“접었다 폈다”… KAIST, 로봇 종이 개발

국내 연구진이 종이처럼 접었다 펴며 모양을 실시간으로 바꿀 수 있는 로봇 소재 원천 기술 개발했다.

KAIST는 김정 기계공학과 교수, 박인규 기계공학과 교수 공동 연구팀이 형상을 실시간으로 프로그래밍할 수 있는 로봇 시트 원천 기술(field-programmable robotic folding sheet)을 개발했다고 6일 밝혔다. 기존의 접힘 메커니즘은 접는 위치나 방향이 사전에 고정돼 있어, 환경과 작업이 바뀔 때마다 구조를 새로 설계·제작해야 하는 한계가 있었다.

연구팀은 이번 기술에‘필드 프로그래밍’이라는 개념을 접이식 구조에 도입했다.‘접힘을 어디서, 어느 방향으로, 얼마나 크게 할지’라는 사용자의 명령을 소재 형상에 실시간으로 반영할 수 있는 소재 기술 및 프로그래밍 방법론을 통합적으로 제안했다.

해당 ‘로봇 시트’는 얇고 유연한 고분자 기판 내에 미세 금속 저항 네트워크가 내장된 구조로 각 금속 저항이 히터이자 온도 센서 역할을 동시에 수행해 별도의 외부 장치 없이도 시트의 접힘 상태를 실시간으로 감지하고 제어한다.

또 유전 알고리즘 및 심층 신경망을 결합한 소프트웨어를 통해 사용자가 원하는 접힘 위치와 방향, 강도를 소프트웨어적으로 입력하면, 스스로 가열·냉각을 반복하며 정확한 형상을 만들어낸다.

특히, 온도 분포에 대한 폐루프 제어를 적용해 실시간 접힘 정밀성을 향상하고, 환경 변화로 인한 영향을 보정했다. 열 변형 기반 접힘 기술이 지니던 느린 반응 속도 문제도 개선했다.

실제로 연구팀은 단일 소재로 다양한 물체 형상에 맞춰 어떻게 잡을지 결정하는 파지(grasping) 전략을 바꿔가며 적용할 수 있는 적응형 로봇 손(그리퍼)를 구현했고, 동일한 ‘로봇 시트(얇고 유연한 형태의 로봇)’를 바닥에 두어 보행하거나 기어가게 하는 등 생체 모방적 이동 전략을 선보였다.

이를 통해 환경 변화에 따라 스스로 형태를 바꾸는 환경 적응형 자율 로봇으로의 확장 가능성도 제시했다.

김정 KAIST 교수는 “이번 연구는 자기 몸을 바꾸면서 똑똑하게 움직이는 기술 즉, 형상 자체가 지능이 되는‘형상 지능(’구현에 한 걸음 다가간 사례로 평가된다”며 “향후 더 높은 하중 지지와 빠른 냉각을 위한 소재·구조 개선, 배선 없는 일체형 전극에도 다양한 형태·크기로의 확장 등을 통해 재난 현장 대응 로봇, 맞춤형 의료 보조기기, 우주 탐사 장비 등 다양한 분야에 응용될 수 있는 차세대 피지컬 AI 플랫폼으로 발전시킬 계획이다”라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 8월 온라인판에 출판됐다.