꼬리풀과 같은 점프 로봇

작은 벌레인 꼬리말똥개는 종종 낙엽과 정원 흙을 기어다니며 점프하는 데 능숙합니다. 이 깡충깡충 뛰는 육각형 동물에서 영감을 얻어, 하버드 존 A. 폴슨 공학 및 응용 과학 대학(SEAS)의 로봇공학자들은 작은 로봇이 할 수 있는 일의 경계를 넓히는 걷고 점프하는 로봇을 만들었습니다.

Science Robotics 에 게재된 이 연구에서는 민첩한 마이크로 로봇이 인간의 개입 없이 작은 공간을 기어다니고, 위험한 지면을 가로질러 달리고, 주변 환경을 감지할 수 있는 미래를 엿볼 수 있습니다.

새로운 하버드 로봇은 SEAS의 공학 및 응용 과학 교수인 해리 루이스와 멀린 맥그래스인 로버트 J. 우드의 연구실에서 만들어졌습니다. 이 로봇은 원래 손재주가 좋고 죽이기 힘든 바퀴벌레를 모델로 한 마이크로 로봇 플랫폼인 하버드 앰불러토리 마이크로로봇(HAMR)을 변형한 것입니다. 이제 HAMR은 로봇식 갈래뼈를 장착했습니다. 갈래뼈가 달린 꼬리 모양의 부속물로, 땅에서 밀어내어 시몬 바일스처럼 공중으로 날려보냅니다.

"스프링테일은 진화적 규모에서 공간적으로나 시간적으로 편재하기 때문에 영감으로 흥미롭습니다." 우드가 말했다. "그들은 빠른 펀치처럼 땅과 빠르게 접촉하여 운동량을 전달하고 점프를 시작하는 독특한 메커니즘을 가지고 있습니다."

공중으로 날아오르기 위해 로봇은 래치 매개 스프링 작동이라고 하는 것을 사용하는데, 여기서 잠재 에너지는 탄성 요소인 갈래에 저장되고, 이는 투석기처럼 밀리초 단위로 배치될 수 있습니다. 이러한 물리적 현상은 자연에서 반복해서 발견되며, 톡토기에서만 발견되는 것이 아닙니다. 카멜레온의 혀 튕기기에서 사마귀 새우의 먹이를 죽이는 부속기까지 다양합니다.

우드의 팀은 이전에 아만티스 새우에서 영감을 받은 펀칭 로봇을 만들었습니다. "작은 점프 로봇에 스프링테일 점프에서 얻은 통찰력과 함께 유사한 메커니즘을 사용하는 것을 탐구하는 것이 자연스러워 보였습니다."라고 우드는 말했습니다.

스프링테일의 갈래도 우아하게 단순하며, 두세 개의 연결된 단위로만 구성되어 있습니다. "저는 단순함이 처음에 이런 유형의 솔루션을 탐구하도록 저를 매료시킨 것이라고 생각합니다."라고 제1 저자이자 전 SEAS 연구원인 프란시스코 라미레스 세라노가 말했습니다.

연구팀은 우드 연구실에서 개척한 간소화된 미세 제작 워크플로를 사용하여 걷고, 점프하고, 오르고, 공격하고, 심지어 물건을 퍼올릴 수 있는 손바닥 크기의 종이 클립만한 로봇을 개발했습니다.

이 로봇은 신체 길이에 비해 현존하는 모든 로봇 중 가장 길고 높은 점프를 보여줍니다. 최고 성능은 1.4m로 길이의 23배입니다. 이와 대조적으로 비슷한 로봇은 두 배 더 멀리 점프할 수 있지만 하버드 로봇보다 20배 더 무겁습니다.

세라노는 "평평한 지형에서 이동하고 점프하는 기존의 마이크로 로봇은 우리 플랫폼의 민첩성과는 비교할 수 없을 정도로 다릅니다."라고 말했습니다.

연구팀은 로봇이 매번 최적의 착륙 지점을 찾을 수 있도록 세부적인 컴퓨터 시뮬레이션을 로봇 설계에 통합했고, 이륙 전 연결 장치 길이, 연결 장치에 저장된 에너지 양, 로봇의 방향 등을 정확하게 제어했습니다.

가벼운 로봇 하나에 온갖 운동 능력을 담은 이 로봇을 만든 연구팀은, 인간이 갈 수 없거나 가면 안 될 곳을 로봇이 탐험할 수 있는 미래에 대한 기대감을 갖고 있습니다.

"걷기는 정확하고 효율적인 이동 모드를 제공하지만 장애물 횡단 측면에서 제한적입니다." 우드가 말했습니다. "점프는 장애물을 넘을 수 있지만 통제력이 떨어집니다. 두 모드를 결합하면 자연적이고 비구조화된 환경을 탐색하는 데 효과적일 수 있습니다."

이 연구는 미 육군 연구소의 지원금 번호 W911NF1510358로 진행되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/02/250226142549.htm