[번역] Cavatappi Artificial Muscle 을 개발하다.

* 본 글에는 오역 및 의역이 포함되어 있을 수 있습니다.

 

출처 : https://techxplore.com/news/2021-04-mechanical-high-performance-artificial-muscle-technology.html

 

NAU mechanical engineer Michael Shafer and graduate student Diego Higueras-Ruiz conducting a visual inspection of their new compliant robotic arm actuated with cavatappi artificial muscles. Credit: Northern Arizona University

 로봇공학(Robotics)의 영역에서, 연구원들은 로봇이 어떤 의도한 기능을 발휘하길 원합니다. 그 기능을 위한 움직임이 가능토록 하기 위해, 공학자들은 가장 빠르고, 강하고, 효율적이고, 경제적인 방법들을 지속적으로 찾습니다.

 

 더 새롭고 좋은 구동 기술과 ‘부드러운’ 로보틱스의 과제는 보통 생체모방기술(biomimetics)의 원리를 기반으로 합니다. 왜냐하면 기계의 부품들은 인간 근육의 움직임을 모방하여 설계되었기 때문이죠 – 이상적으로는, 이들의 성능을 뛰어넘도록 말입니다.

 전기 모터와 유압 피스톤은 성능이 뛰어남에도 불구, 딱딱한 형태를 가지고 있습니다. 그래서 이 두 개가 ‘어떻게 배치되는가’에 한계를 가집니다. 로봇이 조금 더 생물학적인 형태로 변해감에 따라, 그리고 사람들이 인공기관(prostheses)을 더 많이 요구함에 따라, 구동기는 진화해야 합니다.

 

 Northern Arizona University 기계공학과의 Michale Shafer 부교수와 Heidi Feigenbaum 교수는 Diego Higueras-Ruiz 대학원 연구생과 함께 Science Robotics 에 새롭고 성능이 뛰어난 인공 근육 기술을 소개하는 논문을 게시했습니다. 이 기술은 그들이 NAU’s Dynamic Active System Laboratory에서 개발한 것이죠.

 

 “Cavatappi artificial muscles from drawing, twisting, and coiling polymer tubes,” 라는 제목의 논문은 새로운 기술이 인간 같은 움직임을 어떻게 더 가능하게 하는지에 대해 자세히 설명하고 있습니다. 그것은, 유연함과 적응성(adaptability) 덕분입니다. 심지어 여러 분석의 결과, 인간의 골격근 보다 뛰어났죠.

 

 Shafer는 “이탈리아 파스타와 비슷하게 생긴 점에 착안하여 우리는 이 새로운 선형 구동기를 ‘카바타피 인공 근육’이라고 부릅니다.” 라고 말했습니다.

 

Cavatappi pasta (A) and the actuators developed (C-H) from the simple drawn polymer tubes (B). Credit: Northern Arizona University

 이들은 코일처럼 감겨있거나 나선형 구조를 가지고 있기 때문에, 구동기들이 더 큰 힘을 생산할 수 있습니다. 이 점이 생물공학과 로보틱스 응용에 이상적인 기술인 이유입니다. 연구팀의 간단한 실험을 통해, 그들은 카바타피 인공 근육이 인간의 골격근보다 무게당 일과 일률이 각각 10배, 5배 더 뛰어난 것을 증명했습니다. 그들의 개발은 이어지고 있고, 더 높은 수준의 성능을 만들어내길 기대합니다.

 

“카바타피 인공 근육은 Twisted Polymer Actuators (TPAs)에 기반합니다. 이건 처음 나왔을 때 꽤 혁신 적이었는데, 힘이 좋고 가벼우며 저렴했기 때문이죠. 하지만 구동 시키려면 가열과 냉각을 해야해서 매우 비효율적이고 느렸죠. 더해서, 그들의 효율성은 오직 2퍼센트 밖에 되지 않았어요”라고 Shafer는 말합니다.

 

“카바타피를 위해서, 우리는 이것을 압축유체를 이용해 구동시켜 볼 거에요. 그러면 이 기기가 좀 더 적합하게 될 듯 싶어요. 이 기기들은 우리가 유체를 끌어올리는 만큼 빨리 반응해요. 가장 큰 장점은 그들의 효율성이죠. 우리는 수축효율이 45%까지 된다는 것을 증명했죠. 이것은 Soft actuator의 영역에서 굉장히 높은 숫자에요.

 

Demonstration of the contraction response and biomimetic application of cavatappi artificial muscles. Credit: Higueras-Ruiz et al., Sci. Robot. 6, eabd5383 (2021).

 공학자들은 이 기술이 soft robotics 의 응용, 전통적인 로봇 구동기들 (예를 들면, 걷는 로봇들을 위한) 또는 외골격(exoskeleton)이나 인공기관 같은 보조 기술에 잠재적으로 사용될 것이라 생각합니다.

 

“우리는 미래의 어떤 일(work)에 카바타피 인공 근육이 사용되길 기대합니다. 다른 이점들 보다, 그들의 단순함과 저렴함, 유연함, 효율성과 변형에너지 회복률 때문에 많은 응용이 이루어 지면서요.”