스토리

생명체와 교감 가능한 초소형 미세 로봇 개발


 

아주대학교 연구진이 생명체의 미세한 맥박이나 심장 박동수까지 정확하게 측정하는 손가락 모양의 초소형 로봇(그리퍼)을 개발했다. 작은 생명체 및 사람의 심혈관을 상처 없이 잡고 생체 신호를 모니터링할 수 있어 향후 바이오 메디컬 로봇으로 활용될 전망이다.

  

한승용·강대식·고제성 교수(사진 왼쪽부터, 기계공학과) 연구팀은 손의 기능을 모사한 밀리미터 크기(3~5mm)의 초소형 정밀 소프트 그리퍼 구현에 성공했다.

  

이번 연구 성과는 ‘다기능 소프트 그리퍼를 활용한 마이크로 크기의 생명체 생체 신호 측정(Vital signal sensing and manipulation of a micro-scale organ with a multifunctional soft gripper)’라는 제목으로 세계적인 로봇 분야 학술지 <사이언스 로보틱스(Science Robotics)> 10월13일자 온라인판에 게재됐다. 이번 연구에는 아주대학교 기계공학과 노연욱, 김민호 학생이 제1저자로 참여했다.

  

 

자연계에 존재하는 다양한 동, 식물의 그리퍼 중 사람의 손은 5개의 손가락을 독립적으로 움직일 수 있고 감각 세포가 집중되어 있어 잡은 대상을 섬세하고 정확하게 다루는 것이 가능하며 대상의 상태 구분도 가능하다. 4차 산업혁명 이후, 로봇 및 의료용 로봇 등 다양한 분야에서 사람의 손 기능을 모사하기 위한 많은 연구들이 진행되고 있다.

  

그러나 기존 그리퍼는 주로 단단한 물질로 만들어져 부드러운 대상을 잡기 어렵다는 문제가 있었다. 또한, 생체 신호를 수신하는 센서를 넣으면 그리퍼의 부피가 커져 크기가 작은 생물체를 잡는 데 한계가 있었다. 의료용 그리퍼의 경우에는 소형화된 그리퍼의 정밀한 컨트롤과 고민감도 센서와의 결합 및 측정을 위한 주변 전자장치와의 통합이 요구되었다.

  

연구팀은 단단함과 부드러움을 조절할 수 있는 가변강성 형상기억폴리머 소재를 사용해 생명체의 피부와 비슷한 성질의 그리퍼를 제작했다. 또한 은 나노선과 레이저 공정을 활용해 센서를 최소화함으로써 로봇의 크기를 5mm 이하로 줄였다. 은 나노선은 소프트 그리퍼의 5개 손가락을 독립적으로 정교하게 컨트롤하는 동시에 온도 센서로 활용되어 측정 대상에 대한 생체 신호 모니터링 및 열 자극도 전달할 수 있다.

 
 

연구팀이 개발한 소프트 그리퍼는 직경 3㎜ 정도의 달팽이알을 터트리지 않고 잡아 열을 가해 부화시키고, 부화 과정에서 발생하는 미세한 움직임 및 부화 직후 400∼600마이크로미터 크기인 달팽이의 심장 박동수도 측정했다. 또한 살아 있는 돼지의 혈관도 상처 없이 잡아 맥박을 재고, 터지기 쉬운 연어알을 손상 없이 잡는 작업도 성공했다. 무게가 25.4밀리그램인 소프트 그리퍼는 자체 무게보다 최대 6400배 무거운 물체를 순간적으로 들어 올리거나 1200배 무거운 물체를 지속해서 드는 작업도 성공적으로 수행했다.

  

한승용 교수는 “기존 그리퍼 연구는 잡은 대상의 신호를 측정 하는데만 그치지만, 이번 연구는 진단과 결과를 분석하여 잡은 대상에 치료를 제공할 수 있다”며 “의료용 초소형 로봇 개발 분야에 적용함과 동시에 많은 난제들이 쌓여있는 사람의 세포 레벨에서의 생명체의 기계적 움직임, 자극, 반응을 분석 할 수 있는 새로운 플랫폼으로 확장 될 수 있을 것”이라고 전했다.

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