자신의 몸을 3D 프린팅하는 자율 로봇 개발

이탈리아 Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia 와 프랑스 몽펠리에 대학의 연구원 들은 자신의 몸을 지속적으로 3D 프린팅하여 더 오래 성장할 수 있는 자율 뱀 모양 로봇을 개발했습니다.

로봇의 머리가 회전하면서 베이스에 있는 스풀에서 PLA 필라멘트를 본체 위로 끌어당깁니다. 그런 다음 이 재료는 헤드의 가열된 노즐을 통해 압출되어 로봇의 관형 본체에 추가 코일 층을 3D 프린팅합니다.   

FiloBot이라고 불리는 이 새로운 로봇은 덩굴과 같은 식물에서 영감을 얻어 센서를 사용하여 자라는 방향을 결정합니다. 

예를 들어, 로봇은 광원 방향으로 3D 인쇄하도록 설정하여 항상 땅에서 멀어지도록 할 수 있습니다. 중력이나 그늘과 같은 다른 외부 자극도 성장 방향을 결정하는 데 사용될 수 있습니다. 

연구원들은 이 3D 프린팅 로봇이 수색 및 구조 작업, 환경 모니터링, 탐사, 비정형 환경과의 상호 작용, 복잡한 인프라의 자율 건설과 같은 응용 분야에 잠재력을 가지고 있다고 믿습니다. 

필로봇. 사이언스 로보틱스(Science Robotics)를 통한 사진.

FiloBot: 자율적인 자가 3D 프린팅 로봇   

FinoBot이 3D 프린팅되는 온도, 방향 및 속도는 일정하지 않으며 외부 요인의 영향을 지속적으로 받습니다. 압출기 외에도 로봇의 원뿔 모양 헤드에는 광 센서, 자이로스코프 및 기타 전기 장치가 포함되어 있습니다. 

이러한 장치는 중력과 청색광, 적색광, 원적색광의 방향을 인식하고 이러한 자극에 반응하여 3D 프린팅 프로세스를 지시합니다. 이를 통해 FiloBot은 사전 프로그래밍된 움직임이나 경로 계획 없이도 환경을 자율적으로 탐색할 수 있습니다.    

또한 FiloBot은 지지 구조를 찾아 성장하도록 설계되었습니다. 일단 위치를 찾으면 로봇은 이러한 지지 구조물 주위를 감거나 감아서 올라가서 횡단합니다. 

FiloBot은 또한 환경과 작업에 반응하여 신체의 기계적 특성을 적응적으로 미세 조정할 수 있습니다. 이를 통해 로봇은 3D 프린팅 프로세스 중에 에너지 소비를 보다 효율적으로 관리할 수 있습니다. 

예를 들어, 나무 줄기와 같은 지지 구조물에서 자랄 때 FiloBot은 자동으로 더 적은 에너지를 사용하여 더 가벼운 몸체를 3D 프린팅합니다. 그러나 열린 공간을 만나면 로봇은 정지 상태에서 스스로 지탱할 수 있는 더 강한 몸체를 3D 프린팅합니다. FiloBot은 또한 지지 구조를 따라 묶고 이동할 때 더 빠른 성장을 유발합니다.   

연구진에 따르면 FiloBot의 성장 메커니즘은 기존의 비행 로봇, 바퀴 달린 로봇, 다리 달린 로봇에 비해 주목할만한 이점을 제공합니다. 

성장로봇은 지상과 지하를 모두 탐색할 수 있고, 흙 등 밀도가 높은 물질에도 침투할 수 있다. 더욱이 FiloBot의 줄기 모양 본체는 다양한 유형의 지형을 통과하고 예측할 수 없는 장애물을 통과할 수 있습니다. 뱀 모양의 로봇은 지속적으로 에너지원에 연결되어 있으므로 에너지 공급 문제는 무시할 수 있습니다.     

과학자들은 연구 논문에서 "등산 식물에서 영감을 받은 기능을 구현하면 로봇이 에너지 및 자재 측면에서 건설 비용을 최소화하고 감지 및 컴퓨팅 전략의 단순성을 극대화할 수 있습니다."라고 설명합니다. "우리의 설계를 통해 등반 식물에서 영감을 받은 로봇이 실제 시나리오에서 자율적인 3D 탐색을 수행할 수 있었습니다."

이러한 장점으로 인해 FiloBot은 수색 및 구조 임무는 물론 로봇이 예측할 수 없는 환경을 탐색해야 하는 기타 응용 분야에도 적합합니다. 

제노아에 있는 이탈리아 공과대학의 로봇공학자이자 이번 연구의 주요 저자인 Emanuele Del Dottore는 분당 약 7mm의 로봇의 느린 평균 성장률이 이러한 응용 분야에서 이점이라고 주장합니다. 예를 들어, 이는 3D 프린팅 중에 불안정한 구조가 교란되거나 추가 손상되는 것을 방지할 수 있습니다. 

Del Dottore는 “자율 시스템에 생체 영감을 받은 행동 전략과 결합된 이동 가능한 적층 제조 기술을 갖춘 미래의 로봇은 구조화되지 않은 역동적인 환경을 탐색할 수 있으며 심지어 자가 구축 인프라도 가능하게 할 수 있습니다.”라고 덧붙였습니다. 

성장하는 로봇 영역, 해당 기능 및 성장 반응을 도식적으로 표현합니다. 사이언스 로보틱스(Science Robotics)를 통한 이미지

까다로운 환경을 위한 3D 프린팅 로봇 

3D 프린팅은 까다로운 환경을 통과할 수 있는 로봇을 개발하는 데 종종 활용되어 왔습니다. 작년에 WPI( Worcester Polytechnic Institute ) 연구원 Markus Nemitz가 수색 및 구조 작업에 최적화된  새로운 종류의 저비용 3D 프린팅 소프트 로봇을 개발하기 위해 599,815달러를 받았다고 발표되었습니다 .

국립과학재단(National Science Foundation) 의 CAREER 어워드(CAREER Award)의 일부로 자금을 지원받은 Nemitz의 연구는 특정 재해 상황에 맞게 신속하게 생산 및 맞춤화할 수 있는 통합 유체 회로를 갖춘 작고 유연한 로봇 개발에 중점을 두고 있습니다. 이 로봇에는 구조자의 능력을 향상시키기 위해 마이크, 카메라 등의 센서가 장착될 수 있습니다.   

“부드럽고 유연한 재료로 신속하게 제작되는 소형 로봇의 개발에는 엄청난 잠재력이 있습니다. 이 로봇은 지진 잔해, 침수 지역, 심지어 원자력 사고 현장을 포함하여 인간에게 잠재적인 위험을 초래하거나 접근할 수 없는 지역을 탐색함으로써 구조 활동을 크게 도울 수 있습니다.”라고 Nemitz는 설명했습니다.