전자 장치가 없는 이 로봇은 3D 프린터에서 바로 걸어갈 수 있다

전자 장치 없이 걸을 수 있는 로봇을 상상해보세요. 3D 프린터에서 바로 압축 가스 카트리지만 추가하면 됩니다. 한 번에 한 가지 소재로 인쇄할 수도 있습니다.

이는 캘리포니아 대학교 샌디에이고의 Bioinspired Robotics Laboratory에서 개발한 로봇에서 로봇공학자들이 이룬 바로 그 일입니다. 그들은 Advanced Intelligent Systems 저널의 고급 온라인 출판물에서 그들의 작업을 설명합니다.

이러한 업적을 달성하기 위해 연구자들은 가장 간단한 기술인 데스크톱 3D 프린터와 기성품 인쇄 재료를 사용하려고 했습니다. 이러한 설계 방식은 견고할 뿐만 아니라 저렴합니다. 각 로봇을 제조하는 데 약 20달러가 듭니다.

"이것은 기계를 만드는 것을 보는 완전히 다른 방식입니다." UC 샌디에이고 기계 및 항공우주 공학과 교수이자 논문의 수석 저자인 마이클 톨리는 말했습니다.

이러한 로봇은 전자 장치가 작동하지 않는 환경에서 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 로봇은 강한 방사선이 있는 지역에서의 과학적 정찰이나 재난 대응 또는 우주 탐사에 사용될 수 있습니다.

연구원들은 실험실에서 로봇을 테스트했고, 로봇이 일정한 압력 하에 공기나 가스 공급원에 연결되어 있는 한 3일 동안 쉬지 않고 작동할 수 있음을 보여주었습니다. 또한, 이 팀은 로봇이 압축 가스 카트리지를 전원으로 사용하여 야외에서 묶이지 않고 걸을 수 있으며, 잔디와 모래를 포함한 다양한 표면을 가로지를 수 있음을 보여주었습니다. 로봇은 물속에서도 걸을 수 있습니다.

목표는 공기 전원을 추가하여 프린터에서 바로 걸을 수 있는 로봇을 설계하는 것뿐만 아니라 유연하고 부드러운 소재를 사용하는 것이었습니다.

"이러한 로봇은 연구자들이 일반적으로 사용하는 기존의 딱딱한 구성 요소로 제조되지 않았습니다." 톨리는 말했습니다. 대신 간단한 3D 프린팅 필라멘트로 만들어졌습니다.

가장 큰 과제는 인공 근육과 제어 시스템을 모두 같은 부드러운 소재로 인쇄하여 단일 인쇄물로 포함하는 디자인을 만드는 것이었습니다. UC 샌디에이고 제이콥스 공과대학의 톨리 연구 그룹의 박사후 연구원인 이첸 자이가 이끄는 팀은 이전에 전자 장치가 없는 그리퍼를 만드는 데 사용했던 3D 인쇄 기술을 적용했습니다.

그들의 노력은 6개 다리를 가진 로봇의 제작으로 이어졌습니다. 자이는 "우리는 완전히 스스로 걷는 로봇으로 거대한 도약을 이루었습니다."라고 말했습니다.

로봇을 움직이기 위해, 팀은 기관차의 증기 엔진을 구동하는 메커니즘과 유사한 소프트 액추에이터의 반복적인 동작을 제어하는 ​​공압 진동 회로를 만들었습니다. 이 회로는 적절한 시기에 공기압을 전달하여 여섯 다리의 움직임을 조정합니다.

세 개의 다리로 구성된 두 세트 사이를 번갈아가며 움직입니다. 로봇의 다리는 위아래, 앞뒤의 네 가지 자유도로 움직일 수 있으며, 이를 통해 로봇은 직선으로 걸을 수 있습니다.

다음 단계에는 로봇 내부에 압축 가스를 저장하는 방법을 찾고 재활용 가능하거나 생분해성 재료를 사용하는 것이 포함됩니다. 연구자들은 또한 로봇에 그리퍼와 같은 조작기를 추가하는 방법을 모색하고 있습니다.

Tolley의 연구실은 BASF Corporation과 협력하여 California Research Alliance(CARA)를 통해 표준 3D 프린터에서 사용할 수 있는 다양한 연성 소재를 테스트했습니다. 테스트한 고급 소재 중 일부는 시중에서 판매되지 않지만 연구원들은 기성품 표준 소재로 로봇을 성공적으로 인쇄했습니다.

BASF와의 협력 외에도 이 연구는 국가과학재단으로부터 일부 자금을 지원받았습니다.

이 논문이 출판되기 전, 연구팀은 2022년에 3D 인쇄로 보행 로봇을 완성하여 그해의 고든 로봇 연구 컨퍼런스에서 선보였습니다.

• 자율 보행 로봇의 모놀리식 데스크탑 디지털 제작
• Yichen Zhai, Jiayao Yan 및 Michael T. Tolley, UC San Diego 기계 및 항공우주 공학과
• Albert De Boer와 Martin Faber, BASF Forward AM
• 로히니 굽타, BASF 캘리포니아 연구 연합

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/03/250325115131.htm