와이어 구동 기반의 Granular Jamming을 이용한 가변강성 메커니즘의 개발

Abstract

소프트 로봇은 유연한 소재를 구성요소로 도입하는 것을 통해 외부 환경에 적합한 거동을 비롯한 특징을 얻었지만, 동시에 구조적 유연성에서 비롯되는 힘 전달 등의 측면에서의 한계를 갖게 되었다. 이를 해결하기 위한 다양한 가변강성 기술들이 제시되었고, 그 중에서 Granular Jamming은 구동 원리가 직관적이고, 구조가 단순해 다양한 로봇들에 활용되어 왔다. 하지만, 기존의 Granular Jamming 기술은 진공 구동기를 활용한다는 점에서 작거나, 휴대용 목적의 로봇 등의 더 다양한 분야에 활용하기가 어려웠다. 또한 진공은 기본적으로 압력 구배를 통해 힘을 발생시키므로 구동 압력이 최대 1기압으로 제한 된다는 점, 동시에 이러한 진공 구동 시스템은 일반적으로 크고 무겁다는 점이 한계로 지적된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 연구에서는 와이어 구동기를 활용한 Granular Jamming메커니즘을 제안한다. 와이어 구동기는 진공 구동기에 비해 작은 크기와 무게로도 원하는 만큼 충분한 구동력을 전달할 수 있다는 점에서 진공 방식의 한계점을 극복할 수 있는 가능성을 가지고 있다. 본 연구진은 와이어의 구동력을 적절히 전달해 매개 물질간의 엉김을 유도하는 구조를 설계하였으며 이를 활용하여 Granular Jamming을 구현하였다.

본 논문은 와이어 구동기를 Granular Jamming에 적용하는 과정에서 발생하는 문제점들과 이에 적합한 해결책을 담고 있으며, 이를 바탕으로 실제 강성 변화가 가능한 결과물을 제시하였다. 여기에 더해, 제안한 구조의 강성 변화 특성을 예측하고 이를 바탕으로 추가적인 활용 및 연구에 있어서 기준점을 제시하기 위한 해석 및 실험을 제공한다. 마지막 장에서는, 제안된 구조가 가진 특징을 바탕으로 본 기술의 적합한 활용 분야에 대해서 논의한다.