공압 액추에이터는 로봇을 치타 속도로 추진합니다.

Apr 03, 2024

Slowmotiongli/iStock

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4족 로봇은 다재다능함과 민첩성 덕분에 최근 몇 년 동안 점점 더 인기를 얻고 있습니다. 전기 모터로 구동되는 이 4족 로봇은 정밀한 제어와 민첩한 동작을 제공할 수 있으며, 최근 몇 년 동안 수많은 소비자 중심의 로봇견이 시장에 출시되고 있습니다.

그러나 전기 모터가 따라올 수 없는 한 가지가 있는데 바로 생물학적 근육의 순간적인 힘입니다.

보스턴 다이내믹(Boston Dynamic)의 Atlas와 같은 로봇이 백플립(backflip)과 같은 인상적인 작업을 수행할 수 있도록 해주는 유압 액추에이터가 바로 여기에 있습니다. 그러나 최근 남아프리카 케이프 타운 대학의 아프리카 로봇 공학 부서는 로봇의 보다 전통적인 이동 방법인 공압으로 전환했습니다.

치타의 번개처럼 빠른 움직임에서 영감을 받아 연구자들은 유압 장치의 대안으로 공압 장치의 잠재력을 탐구해 왔습니다. 액체 대신 가스를 작동 유체로 사용하는 공압 장치는 간단하고 비용 효율적인 형태로 높은 힘 대 중량 비율을 제공합니다.

공압 장치는 또한 유압 장치에서는 부족한 내장된 규정 준수 기능을 제공합니다. 공압 장치는 제어하기 쉽지 않지만, 로봇을 치타처럼 달리게 하려면 복잡한 제어가 필요하지 않을 수도 있다는 사실이 연구진에 의해 발견되었습니다.

치타는 지구상에서 가장 빠른 육상 동물이며 단시간에 시속 70마일(시속 113킬로미터)의 속도로 달리는 것으로 유명합니다. 이 짧은 가속 폭발 동안 치타는 약 460미터(1,509피트)의 거리를 이동할 수 있으며 최고 속도에 도달하는 데 단 3초도 걸리지 않습니다.

케이프타운 대학의 부교수인 아미르 파텔(Amir Patel)은 "우리는 빠른 기동성을 위해 정밀한 힘 제어가 필요하지 않을 수도 있다고 주장하고 있습니다"라고 설명합니다.

유압 장치는 폭발할 경우 더 복잡하고 비용이 많이 들고 지저분한 반면, 공압 장치는 간과되지만 강력한 대안을 제공합니다. 치타와 같이 팔다리에서 폭발적인 움직임이 필요한 동물은 공압의 잠재력을 활용하는 데 영감을 줄 수 있습니다.

Patel과 그의 팀은 공압이 제공할 수 있는 빠른 가속과 기동성을 탐구하기 위해 Kemba라는 4족 보행 로봇을 제작했습니다.

아래에서 Kemba의 실제 작동 모습을 시청하세요.

무게가 7kg인 Kemba는 붐의 지원을 받아 착지 제어를 통해 0.5m 높이까지 반복적으로 점프할 수 있으며 최대 점프 높이는 1m에 이릅니다.

그러나 연구는 점프 높이나 최고 속도에만 초점을 맞추지 않습니다. Patel은 정지 상태에서 빠르게 가속하거나 고속 보행 시 정지하는 것과 같은 운동의 일시적인 단계에 집중한다고 강조합니다. 종종 간과되는 모션 단계는 다리가 있는 로봇의 전체 기능을 이해하는 데 중요합니다.

Kemba는 현재 묶여 있고 척추와 꼬리를 추가하는 등 향후 업그레이드 계획이 있지만 공압식 접근 방식의 잠재력은 유망합니다.

Patel은 Kemba가 생물학자들이 동물 운동의 생체역학을 연구하는 데 사용할 수 있는 플랫폼이 되는 것을 구상하고 있습니다. 다리가 있는 로봇의 비용을 낮추는 것은 공압 접근 방식의 추가적인 이점이며, 이는 결국 다리가 있는 로봇을 더 많은 청중이 더 쉽게 접근할 수 있게 만들 수 있습니다.

다리가 있는 로봇이 실제 치타의 능력을 따라잡기까지는 아직 갈 길이 멀지만, 공압과 전기 모터의 혁신적인 조합은 빠른 가속과 기동성에 대한 새로운 가능성을 제공합니다.