소프트 로봇 제어 분야 진출

소프트 로봇 팔은 물체를 조작하고 환경과 상호 작용하는 혁신적인 접근 방식을 제공합니다. 견고한 로봇 팔과 달리 소프트 로봇 팔은 엘라스토머나 직물과 같은 유연한 재료로 제작되며 일반적으로 공압 또는 유압 시스템으로 구동됩니다. 이 독특한 디자인을 통해 주변 환경에 맞게 구부리고 변형하고 적응할 수 있어 광범위한 동작과 민첩성을 얻을 수 있습니다.

소프트 로봇의 고유한 유연성과 순응성은 복잡하고 제한된 공간을 쉽게 탐색할 수 있게 해줍니다. 예를 들어, 촘촘한 틈새에 접근할 수 있고 손상을 주지 않고 섬세한 물체를 다룰 수 있으며 심지어 어수선한 환경을 탐색할 수도 있습니다. 따라서 수색 및 구조 임무, 위험한 환경 탐사 또는 정밀도와 적응성이 중요한 의료 절차와 같은 응용 분야에서 특히 유용합니다.

그러나 소프트 로봇 팔을 제어하기 어렵게 만드는 것은 우리가 중요하게 생각하는 것과 동일한 속성입니다. 관련 재료의 유연성과 변형성을 처리할 수 있는 효과적인 제어 메커니즘을 개발하는 가장 좋은 방법은 여전히 ​​활발한 연구 분야입니다. 대부분의 현재 솔루션은 충분히 잘 작동하는 카메라 기반 솔루션에 의존하지만 다양한 실제 시나리오에서 실험실 환경 외부에서는 사용할 수 없습니다.

Sant'Anna School of Advanced Study와 싱가포르 국립 대학교의 연구원으로 구성된 팀은 완전히 다른 각도에서 이 문제에 접근했습니다. 식물의 생명이 사실상 지구상의 모든 서식지에 퍼져 있다는 점과 많은 식물이 소프트 로봇처럼 부드럽고 유연하다는 점을 인식하고 식물의 움직임을 기반으로 한 제어 시스템을 고안했습니다. 그들은 유사한 움직임 원리를 채택함으로써 이상적인 실험실 조건뿐만 아니라 거의 모든 조건에서 제어할 수 있는 소프트 로봇을 설계할 수 있다고 믿었습니다.

대중적인 믿음과는 달리 식물은 햇빛이나 영양분을 찾는 것과 같은 특정 목적을 달성하기 위해 움직입니다. 그러나 인간과 동물이 움직이기 위해 사용하는 근육 시스템과 달리 식물의 움직임은 성장에 의해 좌우됩니다. 이는 예를 들어 줄기의 한쪽 세포가 다른 쪽 세포보다 더 빨리 자라도록 하는 호르몬을 방출함으로써 달성될 수 있습니다. 연구원들은 이러한 성장 제어 프로세스를 분산형 컴퓨팅 메커니즘과 같은 것으로 작동하는 것으로 설명했습니다.

컨트롤러는 9-DoF 모듈형 케이블 구동 연속체 암에 구현되었습니다. 방사형으로 배열된 3개의 액추에이터를 통해 암이 6가지 기본 방향으로 구부러질 수 있습니다. 근접 센서는 엔드 이펙터 근처에 내장되어 대상을 기준으로 팔의 위치에 대한 정보를 제공합니다. 분산형 컴퓨팅 에이전트로 구성된 행동 기반 인공 지능 도구를 활용하여 식물의 제어된 성장 메커니즘을 시뮬레이션했습니다.

학습 알고리즘은 순환과 굴광성이라는 두 가지 유형의 식물 움직임을 시뮬레이션하도록 훈련되었습니다. 순환은 많은 종류의 식물에서 볼 수 있는 나선형 운동인 반면 굴광성은 더 많은 햇빛을 모으기 위해 식물을 특정 방향으로 이동시킵니다.

이 두 가지 유형의 움직임은 로봇이 주변 환경에 대한 정보를 수집하는 탐색 단계에서 처음으로 사용됩니다. 그 다음에는 특정 목표를 달성하기 위해 팔이 미리 정의된 목표를 향해 움직이는 두 번째 도달 단계가 이어집니다.

이는 컨트롤러에 대한 다소 단순한 아키텍처처럼 보일 수 있지만 효과적인 것으로 입증되었습니다. 그리고 중요한 것은 이것이 실제 환경에서 성공을 거둔 최초의 소프트 로봇 제어 시스템이라는 것입니다. 연구원들은 그들의 방법이 유사한 작동 시스템을 가진 모든 소프트 로봇 팔에 적용 가능하므로 이 새로운 아이디어가 미래에 모든 종류의 소프트 로봇에 전력을 공급할 수 있다고 지적합니다.

현재 팀은 모션 컨트롤러의 기능을 확장하기 위해 노력하고 있습니다. 도달하는 것 외에도 대상 추적 및 팔 전체 묶기와 같은 추가 기능도 활성화할 수 있기를 희망합니다.