재프로그래밍 가능한 레고 스타일 블록으로 생활 유연성을 에뮬레이션

모션 디자인 내부자

Xiaoyue Ni는 수조에서 재프로그래밍 가능한 꼬리를 가진 로봇 물고기가 헤엄치는 모습을 지켜봅니다. 시연 증명을 통해 인체나 전자 장치 내부에서 기능할 수 있는 재프로그래밍 가능한 재료 특성을 지닌 재료가 탄생할 수 있습니다. (이미지 :연구원 제공)

Duke University의 기계 엔지니어들은 견고한 레고와 같은 빌딩 블록에 기계적 특성을 프로그래밍하는 개념 증명 방법을 시연했습니다. 특정 패턴으로 수백 개의 개별 셀의 견고성을 제어함으로써 이 접근 방식을 통해 미래형 로봇이 기계적 특성과 기능을 즉시 변경할 수 있습니다.

초기 테스트에서 연구원들은 다양한 구성을 갖춘 꼬리 모양의 3D 빔이 동일한 운동 활동으로 다양한 경로를 따라 물 속에서 로봇 물고기를 어떻게 움직일 수 있는지 보여줍니다. 팀은 예를 들어 혈관을 통해 건강을 조사하거나 적응형 스텐트를 형성하기 위해 재구성할 수 있는 소형 버전의 기술을 구상하고 있습니다.

“우리는 살아 있는 재료를 만들고 싶습니다.”라고 논문의 제1저자이자 박사 학위를 취득한 Yun Bai는 설명했습니다. 듀크대학교 기계공학 및 재료과학 조교수인 Xiaoyue Ni 연구실의 학생입니다. "3D 프린터는 특정 기계적 특성을 가진 재료를 만들 수 있지만 이를 변경하려면 인쇄를 반복해야 합니다. 우리는 실시간으로 강성을 변경할 수 있는 인간의 근육과 같은 것을 만들고 싶었습니다."

이를 가능하게 하기 위해 연구자들은 개별 세포에 갈륨과 철의 제조법을 채웠습니다. 실온에서 이 금속 복합재는 고체이거나 액체일 수 있습니다. 완전한 고체에서 시작하여 연구자들은 전류로 열을 가하여 모든 패턴의 세포를 액화할 수 있습니다. 마치 하드 드라이브에 1과 0을 쓰고 저장하는 것과 같습니다.

2차원에서 결과 재료는 본질적으로 모양이나 기하학적 구조를 변경하지 않고 강성과 감쇠를 정확하게 변경하도록 프로그래밍할 수 있는 얇은 시트입니다. 이 소재는 엄격한 테스트를 거쳐 플라스틱에서 고무까지 시중에서 판매되는 다양한 부드러운 소재를 모방할 수 있는 엄청난 유연성을 보여주었습니다.

그러나 이 개념은 3차원에서 더욱 흥미로워집니다. 시연에서 연구원들은 어떤 구성에서도 함께 붙거나 풀 수 있는 레고와 같은 빌딩 블록을 만들었습니다. 각 블록은 27개의 개별 셀을 포함하는 루빅스 큐브와 비슷하며, 각 셀은 전기 신호의 국부적인 열을 통해 액화될 수 있습니다. Bai는 “이를 통해 다양한 기계적 특성을 지닌 3D 구조를 만들 수 있는 유연성을 얻을 수 있습니다.”라고 말했습니다. "그리고 블록을 0도에서 동결하면 모든 셀이 고체 상태로 재설정되므로 구성을 계속해서 다시 프로그래밍할 수 있습니다."

논문에서 연구원들은 이러한 큐브 중 10개를 직선 기둥에 함께 붙여 일종의 프로그래밍 가능한 꼬리를 만들고 이를 로봇 물고기 내의 간단한 모터에 부착하고 다양한 구성의 수영 능력을 테스트했습니다. 꼬리에 서로 다른 고체 세포 배열을 가진 동일한 로봇 물고기가 매우 다른 수영 궤적을 보여주었습니다.

이 플랫폼을 기반으로 연구원들은 다양한 금속을 사용하여 이러한 재료를 인체 내에서 사용할 수 있는 다양한 어는점과 녹는점을 만드는 것을 구상하고 있습니다. 그들은 또한 인간의 혈관이나 섬세한 전자 시스템과 같은 작은 범위 내에서 작동하도록 설정을 소형화할 수 있다고 믿습니다.

“우리의 목표는 궁극적으로 복합 재료를 사용하여 더 큰 시스템을 구축하는 것입니다.”라고 Ni는 말했습니다. "우리는 다양한 환경에서 다양한 작업을 수행할 수 있는 로봇 공학용 유연하고 프로그래밍 가능한 재료를 만들고 싶습니다."

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