| 촉각 기능 갖춘 4D 프린팅 소프트 로봇 개발 | ||
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  톈진대학교 재료대학 Feng Wei(封偉) 교수 연구팀은 자율행동 능력과 촉각 변형력을 갖춘 4D 프린팅 소프트 로봇을 개발했다. 해당 로봇은 후속 가공 절차가 필요 없이 한 번의 프린팅 성형 후에 열 유도 비제약 롤링 능력을 보유한다. 관련 연구 성과는 국제학술지 “Substance”에 게재되었다. 연구팀은 3D 프린팅에 기반하여 소프트 로봇 제조에 “시간” 차원을 추가한 4D 프린팅을 달성하기 위해 스마트 재료를 열 자극에 반응하는 동적 구조 재료로 가공하였다. 연구팀은 4D 프린팅을 통해 액정 탄성체 스마트 재료를 정밀 가공하여 지각 능력과 적응성 갖춘 스마트 소프트 로봇을 직접 얻었다. 연구팀은 융합 증착 기술에 기반한 3D 프린터를 개조하여 액정 탄성체의 정밀 잉크 직접인쇄(Direct write) 기술을 달성하였다. 그 과정에서 단단한 준결정(mesomorphic unit) 유닛이 제어 가능한 분자 서열을 가진 3D 구조에 직접 기입된다. 준결정 배열 순서는 프린팅 경로를 통해 설정되기 때문에 다양한 배열 순서는 다양한 자극 반응 성능을 달성할 수 있다. 해당 로봇은 제조가 간단하고 신속하며 중복성이 양호하다. 또한 자율성이 뛰어나고 장애물을 만났을 때 지능적인 생체공학 행위가 가능하다. 롤링이 안정적이고 강력하며 모양과 크기를 변경하여 속도와 방향을 조절할 수 있다. 4D 프린팅된 직사각형 소프트 로봇을 160°C의 뜨거운 스테이지에 놓으면 나선관형으로 변형되고 가열판 위에서 자동으로 롤링을 시작한다. 크기를 조절하여 로봇의 롤링 속도를 변경할 수 있다. 롤링 방향은 나선관의 곡률 방향으로 제어되며 쉽게 변경할 수 있다. 이러한 관형 로봇의 전체 구동 과정은 환경 요인의 변화가 필요 없이 자동이며 인공 제어를 이탈한 상황에서 작업을 완성한다. 소프트 로봇은 특정 점탄성 특성과 상당한 롤링 구동력을 나타내기 때문에 경사진 가열판 위에 특정 각도로 올려놓아도 여전히 롤링할 수 있다. 해당 로봇은 나선원통의 곡률 방향이 롤링 방향을 제어하는 특성으로 인해 곤충의 촉각과 유사한 촉각 지각 능력을 보유하여 전방 도로의 장애물을 감지할 수 있다. 장애물의 높고 낮음에 따라 넘어 가거나 되돌아오는 지능적인 행위를 나타낸다. 예를 들어, 로봇이 미지의 고정 길이 경로를 지나갈 때 세 가지 시나리오를 달성할 수 있다. 예정 시간 내에 지나가면 경로에 장애물이 없다는 것을 의미하고, 예정 시간보다 늦으면 미지 경로가 약간 막혔음을 의미하며, 로봇이 출발점으로 되돌아오면 미지 경로가 심각하게 또는 완전히 막혔음을 의미한다. 화물 운송도 비제약 소프트 로봇의 중요한 응용 분야이다. 해당 로봇은 앞뒤로만 움직일 수 있지만 점 대 점 화물 운송에 사용할 수 있다. 비선형 물체 운송 능력을 테스트하기 위해 연구팀은 손수레와 비슷한 소형 견인장치를 설계했는데 전체 장치는 가열판에서 일정한 속도로 움직일 수 있었다. 해당 로봇이 극한 고온 환경에 화물 운송 작업을 수행할 수 있음을 의미한다. 샘플의 길이를 늘리면 소프트 로봇의 운송 능력을 크게 향상시킬 수 있다. 샘플 길이를 미터급으로 늘릴 경우, 관형 로봇의 운송 능력이 한개수량급 증가할 수 있으며 적재 물품의 최대 용량은 로봇 무게의 40배에 달할 수 있다. 정보출처 : http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2021-10/13/content_523109.htm?div=-1 |
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