키리가미 기반 로봇 그리퍼, 계란 노른자도 안전하게 집는다

노스캐롤라이나 주립대학 연구진이 계란 노른자를 깨뜨리지 않고 들어 올릴 수 있을 만큼 섬세하면서도, 사람의 머리카락 한 올을 집어 올릴 만큼 정밀한 새로운 유형의 유연한 로봇 그리퍼를 개발했습니다. 이 연구는 소프트 로보틱스와 생물의학 기술 분야에 폭넓게 응용될 전망입니다.

키리가미 예술에서 영감받은 2D→3D 변환 기술

이 연구는 2차원(2D) 시트 재료를 자르고 접어 3차원(3D) 형상을 만드는 키리가미(Kirigami) 예술에서 영감을 얻었습니다. 연구진은 재료의 넓은 영역에 평행한 슬릿을 절단하여 2D 시트를 곡면 3D 구조로 변환하는 새로운 기법을 개발했습니다. 최종 3D 형상은 재료의 외곽 경계에 의해 크게 결정됩니다. 예를 들어, 원형 경계를 가진 2D 재료는 구형 3D 형태를 만듭니다.

"사용자가 필요한 곡면 3D 구조를 알면, 우리 접근법을 통해 2D 재료에 필요한 경계 형상과 슬릿 패턴을 역으로 결정할 수 있습니다."

제1저자 홍야오예(Yaoye Hong)는 말합니다. "재료를 밀거나 당기는 방향을 제어함으로써 최종 구조에 대한 추가적인 제어도 가능합니다."

기존 기술 대비 단순성 및 다용도성

진 교수(Jie Yin)는 "우리 기술은 2D 재료를 곡면 3D 구조로 변환하는 기존 기술보다 훨씬 단순하며, 설계자들이 2D 재료로부터 다양한 맞춤형 구조를 만들 수 있게 해줍니다"라고 강조했습니다.

실용성 입증: 계란 노른자부터 머리카락까지

연구진은 계란 노른자부터 사람의 머리카락까지 다양한 물체를 잡고 들어 올릴 수 있는 그리퍼를 제작하여 기술의 실용성을 입증했습니다.

"기존 그리퍼는 물체를 단단히 쥐어 압력을 가하는 방식이라 계란 노른자 같은 취약한 물체를 잡을 때 문제가 됩니다. 하지만 우리 그리퍼는 물체를 감싸서 들어 올리는 방식으로, 마치 손으로 물체를 감싸 쥐는 것과 유사합니다.これにより 정밀도를 희생하지 않고 섬세한 물체도 '잡고' 옮길 수 있습니다."

진 교수는 설명합니다.

생물의학 및 소프트 로보틱스로 확장

연구진은 이 기술이 관절 형상에 맞춰 변형되는 생물의학 기술 설계 등 다른 잠재적 응용 분야도 많다고 밝혔습니다.

"무릎이나 팔꿈치의 움직임에 따라 구부러지고 움직이는 스마트 붕대나 모니터링 장치를 생각해 보세요. 이는 우리 기술이 작동함을 보여주는 개념 증명입니다. 현재 이 기술을 소프트 로보틱스 기술에 통합하여 산업적 과제를 해결하는 과정에 있으며, 인간 무릎에 온열을 가하는 치료 장치 제작 가능성도 탐구 중입니다."

진 교수는 덧붙였습니다.