오사카 부립 대학, 옥시알의 그래핀 나노튜브 적용한 로봇 손 개발

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사람 형태를 한 로봇을 상상하다 보면 일상생활에서 자녀 및 애완 동물을 돌보고, 슈퍼마켓에서 심부름을 하며, 필요한 경우 치아를 발치 하거나 보다 복잡한 수술까지 진행하는 로봇의 모습을 떠올리게 된다. 오사카 부립 대학의 연구진이 마침내 로봇에게 사람과 같은 촉각 감각을 부여할 수 있는 방법을 찾았다. 사람이 느끼는 것과 완전히 동일한 감각을 느낄 수는 없지만, 이제 로봇은 거의 모든 환경을 사람에 가깝게 감지할 수 있게 되었다.

오사카 부립 대학 (OPU)은 이미 인간과 비슷한 모습의 에리카 (Erica)와 이부키 (Ibuki)의 발상지로 유명하다. 오사카 부립 대학의 다케이 쿠니하루 교수의 연구팀은 사람의 피부와 동일한 기능을 가진 전자 피부를 만드는 과제에 도전했다.

특별한 목적 의식 없이도 사람은 강이지를 부드럽게 쓰다듬거나 다른 사람의 손을 단단히 잡고 악수를 하는 등의 행동을 하지만 오늘날의 로봇은 이러한 유형의 접촉을 구별하는 것이 불가능하다. 오사카 부립 대학 물리 전자학과의 다케이 쿠니하루 교수의 말에 의하면 촉각 압력과 온도 변화를 동시에 모니터링하는 기술의 부재를 해결하는 것이 주요 과제였다고 한다. 탄력적이고 유연하며 부드러운 로봇 손은 로봇의 여러 센서를 통합하는 작업의 방해가 되어왔다. 오사카 부립 대학교 연구진은 손가락 구조에 따라 구부리는 것에 영향을 받지 않는 나노튜브 기반 촉각 및 온도 센서를 통합하여 공압식 소프트 로봇 손에 적용하는 것에 성공했다.

(SWCNT)를 기반으로 하는 4개의 촉각 센서와 하나의 온도 센서 어레이는 촉각력의 시간지연을 감지함으로써 로봇 손에서 물체의 미끄러짐을 모니터링 할 수 있게 하며, 이를 통해 실시간으로 피드백을 제공하여 로봇 손이 작동력을 조정해 물체를 떨어뜨리지 않게 한다.

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또한 나노튜브 기반 센서를 장착한 로봇 손은 사람 손과 유사하게 촉각 및 온도를 감지할 수 있으며, 각 센서는 사람의 손과 같이 손가락 각각의 촉각력을 독립적으로 측정한다. 이러한 기능을 통해 로봇 손은 사람 손가락을 모방하여 사람과 악수하는 것이 가능하게 된다.

촉각 센서의 감지 메커니즘은 유연하고 전도성이 높은 단일벽탄소나노튜브 레이어와 실버 스레드(silver thread) 사이의 접촉 저항 변화를 이용하여 작동한다. 온도 센서의 경우 단일벽탄소나노튜브와 산화주석(IV, SnO2)을 혼합하여 온도감도 및 장시간 감지하는 것에 대한 안정성을 향상시켰다. 이 센서에는 옥시알에서 제조하는 TUBALLTM 그래핀나노튜브(SWCNT)가 사용되었다.

“지금까지의 경험상 탄소나노튜브 분산제를 사용할 경우 안정적인 전기 네트워크를 얻는 것이 어려웠으나 TUBALL 나노튜브를 통해 장시간 사용할 경우에도 상당히 안정적인 온도 센서와 촉각 압력 센서를 개발할 수 있었다”고 다케이 교수가 말했다.

사람과 유사한 로봇을 개발하기 위해 연구진이 직면한 다음 과제는 전자피부에 더 많은 센서를 적용하는 것과 함께 센서의 신호 처리 및 피드백 시스템을 개발하는 것이다.

참고자료: Human-Like Electronic Skin-Integrated Soft Robotic Hand, Advanced Intelligent Systems https://doi.org/10.1002/aisy.201900018