과학자들은 근육 조직으로 구동되는 두 다리 로봇을 설계합니다.

로봇에 비해 인간의 신체는 유연하고 미세한 움직임이 가능하며 에너지를 효율적으로 움직임으로 변환할 수 있습니다. 일본 연구자들은 인간의 보행에서 영감을 얻어 근육 조직과 인공 재료를 결합하여 두 다리로 움직이는 바이오 하이브리드 로봇을 제작했습니다. 1월 26일 저널에 게재 문제이 방법을 사용하면 로봇이 걷고 회전할 수 있습니다.

교신저자인 일본 도쿄대학교 다케우치 쇼지(Shoji Takeuchi) 교수는 “생물학과 역학이 융합된 바이오하이브리드 로봇에 대한 연구가 최근 생물학적 기능을 갖춘 로봇공학의 새로운 분야로 주목받고 있다”고 말했다. “근육을 액추에이터로 사용하면 소형 로봇을 구축하고 부드러운 터치로 효율적이고 조용한 움직임을 달성할 수 있습니다.”

연구팀이 개발한 혁신적인 이족보행 로봇은 근육을 활용하는 바이오하이브리드 로봇의 유산을 바탕으로 제작됐다. 근육 조직은 바이오하이브리드 로봇을 구동하여 똑바로 앞으로 기어가고 헤엄치며 방향을 바꾸지만 날카로운 방향은 아닙니다. 그러나 로봇이 장애물을 피하려면 피벗하고 급회전하는 것이 필수적인 기능입니다.

미세하고 섬세한 움직임을 갖춘 보다 민첩한 로봇을 만들기 위해 연구진은 인간의 보행을 모방하고 물 속에서 작동하는 바이오하이브리드 로봇을 설계했습니다. 로봇에는 폼 부표 상단과 무게가 있는 다리가 있어 수중에서 똑바로 설 수 있습니다. 로봇의 골격은 주로 근육 움직임에 따라 구부러지고 휘어질 수 있는 실리콘 고무로 만들어졌습니다. 그런 다음 연구자들은 실험실에서 배양한 골격근 조직 조각을 실리콘 고무와 각 다리에 부착했습니다.

연구자들이 근육 조직을 전기로 공격하자 근육이 수축하여 다리가 위로 올라갔습니다. 전기가 소멸되자 다리의 뒤꿈치가 앞으로 착지했습니다. 5초마다 왼쪽 다리와 오른쪽 다리 사이에 전기 자극을 번갈아 가며 바이오하이브리드 로봇은 5.4mm/분(0.002mph)의 속도로 성공적으로 “걷기”했습니다. 회전을 위해 연구자들은 왼쪽 다리가 닻 역할을 하는 동안 오른쪽 다리를 5초마다 반복적으로 재빠르게 공격했습니다. 로봇은 62초 만에 90도 좌회전을 성공했다. 연구 결과에 따르면 근육 구동 이족 보행 로봇은 걷고, 멈추고, 미세 조정된 회전 동작을 할 수 있는 것으로 나타났습니다.

Takeuchi는 “현재 우리는 수동으로 한 쌍의 전극을 움직여 전기장을 다리에 개별적으로 적용하고 있는데, 여기에는 시간이 걸립니다.”라고 말했습니다. “향후에는 전극을 로봇에 통합함으로써 속도를 더욱 효율적으로 높일 수 있을 것으로 기대합니다.”

연구팀은 또한 이족 보행 로봇에 관절과 두꺼운 근육 조직을 부여해 보다 정교하고 강력한 움직임을 가능하게 할 계획이다. 그러나 Takeuchi는 로봇을 더 많은 생물학적 구성 요소로 업그레이드하기 전에 로봇이 공중에서 작동할 수 있도록 하는 생체 조직과 장치 구조를 유지하기 위한 영양 공급 시스템을 통합해야 한다고 말했습니다.

Takeuchi는 “정규 연구실 회의에서 로봇이 비디오 위를 성공적으로 걷는 것을 보고 환호가 터졌습니다.”라고 말했습니다. “작은 발걸음처럼 보일 수도 있지만 실제로는 바이오하이브리드 로봇의 거대한 도약입니다.”

이 작업은 JST-Mirai 프로그램, 파괴적인 과학 기술을 위한 JST 융합 지향 연구 및 일본 과학 진흥회에서 지원되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/01/240126140516.htm