피부 같은 소프트 촉각 센서 장착 로봇 그리퍼, 정밀 핸들링 구현

연구팀이 피부와 비교 가능한 특성을 가진 소프트 촉각 센서를 개발했습니다. 센서가 손가락 끝에 장착된 로봇 그리퍼는 깨지기 쉬운 물체 안정적으로 잡기, 바늘에 실 꿰기 같은 어려운 작업을 수행할 수 있었습니다.

인간 피부의 주요 특징은 전단력(두 물체가 접촉할 때 미끄러지거나 슬라이드하게 만드는 힘)을 감지하는 능력입니다. 전단력의 크기, 방향, 미세한 변화를 감지함으로써 인간 피부는 피드백 역할을 하여 손으로 물체를 얼마나 안정적으로 잡을지, 얼마나 꽉 쥐어야 할지 조정할 수 있게 합니다.

이 인간 피부 특징을 모방하기 위해 소프트 촉각 센서는 인간 피부처럼 다층 구조로 통합되었으며, 약 0.5mm 두께의 유연하고 특수하게 자화된 필름을 최상층으로 포함합니다. 외부 힘이 가해지면 필름 변형으로 인한 자기장 변화를 감지할 수 있습니다. 더 중요한 것은 외부 힘을 자동으로 두 성분(물체에 수직으로 가해지는 수직력과 전단력)으로 분리하거나 분해하여 각각을 정확하게 측정할 수 있다는 점입니다.

또한 센서는 인간 피부 같은 또 다른 특징인 촉각 '초해상도'를 가져 자극 위치를 가능한 한 정확하게 위치시킬 수 있습니다. 효율적인 촉각 초해상도 알고리즘이 딥러닝을 사용하여 접촉 위치 위치 정확도를 60배 개선합니다. 이러한 알고리즘은 최소 감지 유닛 수로 촉각 센서 어레이의 물리적 해상도를 개선하여 배선 수와 신호 전송 시간을 줄이는 데 도움이 됩니다.

센서를 로봇 그리퍼 손가락 끝에 장착하여 팀은 로봇이 어려운 작업을 수행할 수 있음을 보였습니다. 로봇 그리퍼가 외부 힘이 잡아당기려 해도 계란 같은 깨지기 쉬운 물체를 안정적으로 잡았고, 원격 조작으로 바늘에 실을 꿰었습니다. 센서는 센서 어레이나 로봇 전신을 덮는 연속적인 전자 피부 형태로 쉽게 확장할 수 있습니다.

센서의 감도와 측정 범위는 센서 두께를 변경하지 않고 최상층(자기 필름)의 자화 방향을 변경하여 조정할 수 있습니다. 이는 전자 피부가 신체 부위마다 다른 감도와 측정 범위를 가질 수 있게 하여 인간 피부와 같습니다. 또한 센서는 다른 촉각 센서에 비해 훨씬 짧은 제작 및 캘리브레이션 공정을 가집니다.

이 센서는 적응형 잡기, 정교한 조작, 텍스처 인식, 스마트 보철, 인간-로봇 상호작용 등 로봇 공학 분야 응용에 유익할 수 있습니다.