전자장치 없는 공기 구동 로봇, 걷기 모방

엔지니어들은 전자장치가 전혀 필요 없는 4족 보행 소프트 로봇을 만들었습니다. 이 로봇은 제어 및 로코모션 시스템을 포함한 모든 기능에 압축 공기 지속 공급원만 필요합니다. 응용 분야에는 MRI 기계나 광산 갱도처럼 전자장치가 작동할 수 없는 환경에서 작동하는 로봇이 포함됩니다. 소프트 로봇은 환경에 쉽게 적응하고 인간 근처에서 안전하게 작동하기 때문에 특히 관심이 높습니다.

대부분 소프트 로봇은 압축 공기로 구동되지만 전자 회로로 제어됩니다. 하지만 이 접근법은 회로 기판, 밸브, 펌프 같은 복잡한 구성 요소가 필요하며, 종종 로봇 몸체 밖에 있습니다. 이 구성 요소들은 로봇의 두뇌와 신경계를 구성하며, 일반적으로 부피가 크고 비쌉니다. 반면 새 로봇은 로봇 자체에 탑재된 튜브와 소프트 밸브로 구성된 가볍고 저렴한 공압 회로 시스템으로 제어됩니다. 로봇은 명령에 따라 걷거나 환경에서 감지한 신호에 반응하여 걷을 수 있습니다.

연구자와의 Q&A 읽기

UCSD 엔지니어 Dylan Drotman이 Tech Briefs에 이 로봇 유형이 사용될 수 있는 곳과 걷기 이상으로 더 많은 잠재력을 가진 방법을 말합니다.

로봇의 계산 능력은 뇌가 아닌 척추에서 신경 반응에 의해 구동되는 포유류 반사신경을 대략 모방합니다. 팀은 동물에서 발견되는 중앙 패턴 생성기라고 불리는 신경 회로에서 영감을 받았습니다. 매우 단순한 요소로 구성되어 걷기, 달리기 같은 리듬 패턴을 생성할 수 있습니다. 생성기 기능을 모방하기 위해 팀은 로봇의 네 사지에 있는 공기 구동 근육에 압축 공기가 들어가는 순서를 제어하는 발진기 역할을 하는 밸브 시스템을 만들었습니다. 연구자들은 로봇 다리에 공기 주입을 지연시켜 보행을 조정하는 구성 요소를 만들었습니다. 로봇의 보행은 옆목거북에서 영감을 받았습니다.

로봇에는 간단한 기계적 센서도 장착되어 있습니다. 로봇 몸체에서 돌출된 붐 끝에 있는 작은 유체 채워진 부드러운 거품입니다. 거품이 눌리면 유체가 로봇 내부의 밸브를 뒤집어 방향을 반대로 하게 만듭니다. 로봇에는 고압 상태가 공압 회로 전체에 퍼지게 하는 세 개의 인버터 역할을 하는 밸브가 있으며, 각 인버터에서 지연이 있습니다.

로봇의 네 다리 각각은 세 근육으로 구동되는 3자유도를 가집니다. 다리는 45도 아래로 기울어져 있으며, 벨로우즈가 있는 세 개의 평행한 연결된 공압 원통 챔버로 구성됩니다. 챔버가 가압되면 사지는 반대 방향으로 구부러집니다. 결과적으로 각 사지의 세 챔버는 걷기에 필요한 다축 굽힘을 제공합니다. 연구자들은 각 다리의 챔버를 대각선으로 짝지어 제어 문제를 단순화했습니다.

소프트 밸브는 사지의 회전 방향을 시계 방향과 반시계 방향 사이에서 전환합니다. 그 밸브는 래칭 더블 폴, 더블 드로우 스위치(두 입력, 네 출력으로 각 입력이 두 개의 해당 출력에 연결되는 스위치) 역할을 합니다. 이 메커니즘은 뇌에서 두 신경을 가져와 연결을 바꾸는 것과 비슷합니다.

연구자들은 로봇의 보행을 개선하여 자연 지형과 고르지 않은 표면에서 걷고 다양한 장애물을 탐색할 수 있게 하고 싶습니다. 더 정교한 센서 네트워크와 더 복잡한 공압 시스템이 필요할 것입니다. 팀은 또한 이 기술이 걷기 같은 일부 기능은 공압 회로로 제어하고, 더 높은 기능은 기존 전자 회로가 처리하는 로봇을 만드는 데 어떻게 사용될 수 있는지 살펴볼 것입니다.