성균관대학교(총장 신동렬) 화학공학부 방창현 교수 연구팀(제1저자 백상열 박사, 이헌준, 황귀원 연구원)이 한국교통대학교 양태헌 교수와 함께 문어 빨판의 흡착 및 신경시스템을 본떠, 다양한 형태의 물건의 촉감정보를 감지하고 물속과 물 밖에서 안정적으로 잡고 놓을 수 있는 고분자 전자 그리퍼를 개발했다. 이는 수중 생산․서비스 공정 및 로봇 수술 시 인체장기 내부와 같이 보이지 않는 환경에서 활용 가능한 소프트 로봇 기술로 관련 분야에 높은 파급력을 미칠 것으로 기대를 모으고 있다.

최근 세계적으로 복잡한 형태의 물건들을 안정적으로 잡기 위해 유연한 그리퍼와 유연센서를 결합한 로봇팔들을 개발하는 연구들이 활발히 진행되고 있다. 하지만 기존 그리퍼 로봇들은 건조 환경과 수중 환경 모두에서 높은 적응성과 접착력으로 다양한 형태의 굴곡을 갖는 물체들을 안정적으로 잡고 놓을 수 있는 능력에 한계가 있었다. 이는 진공흡착 형태의 기존 그리퍼가 점착 과정에서 물이나 이물질을 빨아들여 수중에서 작동은 불가능하며, 관절형 그리퍼의 경우, 수중에서 낮은 마찰력으로 파지력을 잃어 활용이 어려운 문제가 있기 때문이다. 

또한 그리퍼 로봇이 수중에서 물체의 접촉, 무게, 무게 중심 등의 촉감 및 파지정보들을 지능적으로 감지하는 것은 어려운 일이었다. 예를 들어, 앞이 보이지 않는 수중일 경우, 동물들은 촉감에 의존하여 물체의 위치, 무게, 무게 중심을 파악하여 물체를 잡아낸다. 연구진은 전자 문어그리퍼와 나노센서들을 결합하고, 전기적 신호들을 러닝머신분석을 통해 가능하게 했다. 

이에 공동연구팀은 문어 빨판 근육의 움직임과 신경 시스템에서 영감을 받아, 인공 고분자 빨판 내부 돌기의 크기를 조절하여 손쉽게 높은 점착력과 탈착의 용이함을 갖춰 물속과 물 밖에서 활용 가능한 인공 전자 문어 그리퍼를 제작하였다. 제작된 그리퍼는 문어와 같이 부드러운 소재로 구성되어 다양한 형태의 물체(실리콘 웨이퍼, 사과, 무거운 유리병 등)를 물속에서 잡아내고, 원하는 곳에 운송할 수 있는 능력을 검증했다.

또한 잡는 물체의 정보(물체의 접촉, 무게, 무게 중심)들을 파악하기 위해, 연구팀은 신축성 있는 인공 고분자 빨판내부에 카본나노튜브 기반을 둔 신축성 센서 어레이를 삽입하였다. 연구팀은 인공 전자 문어 그리퍼가 집어내는 물체의 무게 및 무게 중심 데이터들을 머신러닝 기반 분석 시스템을 통하여 신뢰성을 확보하였다. 

나아가 연구팀은 인공 전자문어 그리퍼를 이용하여, 시야확보가 어려운 혼탁한 물속에서 물체의 위치, 무게, 무게 중심을 파악하여 안정적으로 잡아내고, 이송할 수 있음을 검증하였다. 

본 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 신진연구사업 및 산업통상자원부의 전자부품산업기술개발사업의 지원으로 수행되었으며, 국제학술지 ACS 나노(ACS NANO, Impact Factor=15.881)에 9월 28일(화) 출판되었다.

※ 논문명: An Electronically Perceptive Bioinspired Soft Wet-Adhesion Actuator with Carbon Nanotube-Based Strain Sensors
※ 저자 : 방창현 교수(교신저자, 성균관대학교 화학공학부), 양태헌 교수(교신저자, 한국교통대학교 전자전기공학부), 이헌준 연구원(제1저자, 현 The Johns Hopkins University 박사과정), 백상열 박사(제1저자, 현 Massachusetts Institute of Technology 박사후연구과정), 황귀원 연구원(제1저자, 성균관대학교 석박통합과정), 송진호 연구원(참여저자), 김다완 연구원(참여저자, 성균관대학교 석박통합과정), 박보용 교수(참여저자, 현 인하대학교 데이터사이언스학과), 민형호 연구원(참여저자, 성균관대학교 석박통합과정), 김정규 교수(참여교수, 성균관대학교 화학공학부), 고제성 교수(참여저자, 아주대학교 기계공학과)

이명아 기자 다른기사 보기