하버드

May 04, 2023

작성자: Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences2022년 12월 5일

물체를 감싸고 있는 그리퍼의 필라멘트 클로즈업. 출처: Harvard Microrobotics Lab/Harvard SEAS

아케이드에서 클로 게임을 해본 적이 있다면 로봇 그리퍼로 물건을 잡고 붙잡는 것이 얼마나 어려운지 알고 계실 것입니다. 부드러운 박제 동물 대신에 침몰한 배에서 멸종 위기에 처한 섬세한 산호 조각이나 귀중한 보물을 움켜쥐려고 한다면 그 게임이 얼마나 더 긴장될지 상상해 보십시오.

오늘날 대부분의 로봇 그리퍼는 작업자의 기술과 내장 센서, 복잡한 피드백 루프 또는 최첨단 기계 학습 알고리즘을 조합하여 깨지기 쉽거나 모양이 불규칙한 품목을 파악합니다. 그러나 하버드의 John A. Paulson 공학 및 응용과학 대학(SEAS)의 과학자들은 더 간단한 방법이 있음을 보여주었습니다.

자연에서 영감을 받아 과학자들은 해파리가 먹이를 모으는 방식과 비슷하게 얇은 촉수 네트워크를 사용하여 물체를 얽고 잡는 새로운 유형의 부드러운 로봇 그리퍼를 만들었습니다. 개별 필라멘트 또는 촉수는 그 자체로는 그다지 강하지 않습니다. 그러나 그룹으로 사용하면 필라멘트는 모든 모양과 크기의 물체를 단단히 잡고 고정할 수 있습니다. 그리퍼에는 감지, 계획 또는 피드백 제어가 필요하지 않습니다. 항목을 감싸기 위해 간단한 인플레이션에 의존합니다.

이번 연구는 미국국립과학원회보(PNAS) 저널에 최근 게재됐다.

부드러운 그리퍼가 즙을 잡아줍니다. 출처: Harvard Microrobotics Lab/Harvard SEAS

SEAS의 전 대학원생이자 박사후 연구원이자 논문의 첫 번째 저자인 Kaitlyn Becker는 "이 연구를 통해 우리는 사물과 상호 작용하는 방식을 다시 상상하고 싶었습니다."라고 말했습니다. "소프트 로봇공학의 자연스러운 컴플라이언스를 활용하고 이를 컴플라이언트 구조로 강화함으로써 우리는 부품의 합보다 더 큰 그리퍼와 최소한의 계획과 인식으로 다양한 복잡한 물체에 적응할 수 있는 파지 전략을 설계했습니다. ."

Becker는 현재 MIT 기계공학과 조교수로 재직하고 있습니다.

그리퍼의 힘과 적응성은 잡으려는 물체에 스스로를 얽매는 능력에서 비롯됩니다. 1피트 길이의 필라멘트는 속이 빈 고무 튜브입니다. 튜브 한쪽은 다른 쪽보다 고무가 두꺼워서 압력을 가하면 마치 변발처럼 말리거나 비오는 날 곧게 펴는 머리카락처럼 말립니다.

로봇을 시연하는 영상입니다. 크레딧: Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences

컬은 서로 및 물체와 매듭을 짓고 얽히며 각 얽힘은 고정 강도를 증가시킵니다. 집단적 유지력은 강력하지만 각 접촉은 개별적으로 약하며 가장 취약한 물체에도 손상을 주지 않습니다. 물체를 방출하려면 필라멘트의 압력을 낮추기만 하면 됩니다.

연구원들은 다양한 관엽 식물과 장난감을 포함한 다양한 물체를 집는 그리퍼의 효능을 테스트하기 위해 시뮬레이션과 실험을 사용했습니다. 그리퍼는 실제 응용 분야에서 농업 생산 및 유통을 위한 부드러운 과일과 채소, 의료 환경의 섬세한 조직, 심지어 유리 제품과 같은 창고의 불규칙한 모양의 물체를 잡는 데 사용될 수 있습니다.

잡기에 대한 이 새로운 접근 방식은 얽힌 필라멘트의 위상 역학에 대한 L. Mahadevan 교수의 연구와 소프트 로봇 그리퍼에 대한 Robert Wood 교수의 연구를 결합합니다.

"얽힘을 통해 각각의 고도로 순응적인 필라멘트가 대상 물체와 국부적으로 일치하여 접촉 특성의 세부 사항과 상대적으로 독립적인 안전하지만 부드러운 토폴로지 파악이 가능합니다."라고 Lola England de Valpine 응용 수학 교수인 Mahadevan이 말했습니다. SEAS, 유기체 및 진화 생물학, FAS 물리학 및 논문의 공동 교신 저자입니다.

"로봇 파지에 대한 이 새로운 접근 방식은 복잡한 제어 전략이 필요한 단순하고 전통적인 그리퍼를 매우 간단한 제어로 작동할 수 있는 매우 순응적이고 형태학적으로 복잡한 필라멘트로 대체함으로써 기존 솔루션을 보완합니다."라고 공학과 교수인 Harry Lewis 및 Marlyn McGrath가 말했습니다. 응용 과학 및 논문의 공동 교신 저자입니다. "이 접근 방식은 로봇 그리퍼로 픽업할 수 있는 범위를 확장합니다."