'사이언스 어드밴시스'에 논문 발표
프로그래밍 가능한 격자 셀로 유연성과 강성 동시 구현
코끼리의 코처럼 유연하게 움직이면서도, 사람의 무릎처럼 단단하게 지지하는 베네치아 카지노을 만들 수 있는 새로운 기술이 스위스 로잔연방공과대학교(EPFL) 연구팀에 의해 개발됐다.
치타의 폭발적인 질주, 뱀의 유연한 이동, 인간의 정교한 손놀림은 모두 연조직(근육, 인대, 힘줄)과 경조직(뼈)의 완벽한 조화를 통해 이뤄진다.베네치아 카지노공학자들은 오랫동안 고도의 에너지 효율성과 정밀한 제어, 넓은 운동 범위를 갖고 있는 생체구조를 모방해 베네치아 카지노에 반영하려는 노력을 해왔다.
스위스 로잔연방공과대학교(EPFL) '크리에이트(CREATEㆍComputational Robot Design and Fabrication Lab)' 연구팀은 생체 근골격계를 베네치아 카지노에 구현하기 위한 획기적인 격자 구조 기술을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구 성과는 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)'에 발표됐다.(논문 제목:Lattice structure musculoskeletal robots: Harnessing programmable geometric topology and anisotropy)
연구팀에 따르면, 기존에는생체 조직의 다양성을 모방하기 위해다중 소재 3D 프린팅 기술을 바탕으로'연성-경성 베네치아 카지노(soft-rigid robots)'을 만들었다. 하지만 이 방식은 구조 전체에 걸쳐 강성이나 하중 지지 능력을 연속적으로 제어하기 어렵다는 한계가 있었다.
이 같은 문제점을 해결하기 위해 EPFL연구팀은 '단일 폼 소재(simple foam material)'를 사용하면서도 생체 조직처럼 다양한 물성을 구현할 수 있는 ‘프로그래밍 가능한 격자 구조’를 개발했다. 이 구조는 '체심입방(BCCㆍbody-centered cubic)'과 'X-큐브'라는 두 종류의 격자 셀을 기반으로 구성되며, 서로 다른 기하학과 위치, 회전을 조합하여 무한한 기하학적변형을 만들어 낼 수 있다.
이번 연구를 이끈 조시 휴즈(Josie Hughes) 교수는 "격자의 기하와 위치를 이중으로 프로그래밍함으로써, 강성과 변형 특성을 연속적으로 조절할 수 있다"고 설명했다.
연구팀은 이 격자 구조 기술을 활용해 코끼리 형태의 베네치아 카지노을 설계했다. 이 베네치아 카지노의 부드러운 코(trunk)는 코끼리 코처럼 비틀기, 굽힘, 회전이 모두 가능하며, 단단한 관절은 골반, 무릎, 발 등에 적용되어 하중을 지탱할 수 있다.
청화 관(Qinghua Guan) 박사후 연구원은 “이러한 격자 기술은 가볍고 적응력 있는 베네치아 카지노 설계에 전례 없는 가능성을 제공한다”고 말했다. 연구팀은 또한 발의 작은 미끄럼 관절(sliding plane joint), 무릎의 단일축 구부림 관절(bending uniaxial joint), 발가락의 이중 축 굽힘 관절(two-way bending biaxial joint) 등 세부적인 관절 움직임까지 정밀하게 구현했다.
벤후이 다이(Benhui Dai) 박사 과정 연구원은 “이러한 하이브리드 격자 셀은 코끼리 코처럼 부드럽지만 복잡한 운동을 요구하는 부위의 설계에 매우 적합하다”고 설명했다.
연구팀은 이번에개발한 격자 구조가 '강도 대비 무게비'가 높아 초경량 베네치아 카지노 개발에 유리하며, 개방형 폼 구조를 통해 물속에서 유동성 있는 움직임, 센서 등 타 재료 내장, 지능형 구조 설계까지 가능하다고 밝혔다.휴즈 교수는 “마치 벌집처럼 구조적 효율성이 높고, 구조 내부에 전자기기나 센서를 삽입함으로써 베네치아 카지노에 새로운 기능을 부여할 수 있다”고 강조했다.
이 기술은 향후 생물 모사 베네치아 카지노, 의료용 웨어러블, 수중 베네치아 카지노, 우주 탐사용 경량 베네치아 카지노 등 다양한 분야에서 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.