자연에서 무엇을 배울 수 있을까요? 동물 세계의 어떤 능력을 산업에서 응용할 수 있을까요? 오래 전부터 Bionic Learning Network에서는 이러한 질문을 놓고 고민해 왔습니다. Festo는 대학, 연구소, 개발사 등과 연합하여 자연에서 이끌어낸 기술적 기본 원칙에 바탕을 둔 연구 주체를 기획했습니다. 끊임없이 되돌아오는 주제는 코끼리 코의 독특한 움직임과 기능입니다.
시간이 지나면 Bionic Handling Assistant(2010), BionicMotionRobot(2017), BionicSoftArm(2019)과 같은 일련의 공압식 경량 로봇 팔이 등장했습니다. 이들 모두 유연한 벨로즈 구조로 되어 있어서 자연의 모델이 유연하게 움직이는 과정을 쉽게 구현할 수 있습니다. 계속되는 개발 과정에서 생체공학적 컨셉은 갈수록 압축되었고, 더 작게 만들어졌으며, 더 빨리 작동하게 되었습니다.
선조 세공 Bionic E-Trunk를 만들기 위해 Festo의 개발자들은 자르브뤼켄의 메커트로닉스 및 자동화기술 센터와 협력하여 소형화 아이디어를 계속 밀고나가 자연의 동작 형태를 최초로 전기 구동식으로 구현했습니다.
Bionic E-Trunk는 직경이 갈수록 가늘어지는 140mm 길이의 세그먼트 두 개로 짜여져 있습니다. 그 중심에는 길이 방향으로 3D로 인쇄된 재료로 이루어진 구조와 초탄성 안정화 막대가 있습니다. 형상기억합금으로 불리는 특수 금속 소재의 가는 와이어가 척추를 닮은 이 중심을 감싸며 배열되어 있습니다.
형상기억합금은 온도에 따라 두 가지 서로 다른 구조로 존재합니다. 전기로 가열했을 때 와이어가 짧아지는 것이 그 한 예입니다. 식히면 이전 모양을 "기억"해서 원래 위치로 되돌아갑니다. 이런 식으로 Bionic E-Trunk는 개별적으로 제어된 상태에서 임의의 공간 방향으로 휘어집니다. 이 와이어는 얇을수록 더 빨리 가열되었다 다시 식으므로 트리거링에 보다 직접적으로 반응합니다.
컨셉을 수립할 때 개발자들은 과거의 공압 구동식 코리리 코 프로젝트에서 적용했된 것과 유사한 배열을 선택했습니다. 세그먼트당 와이어 가닥 두 개 또는 네 개로 이루어진 와이어 다발 세 개가 장착되어 있습니다. 그래서 와이어를 따로따로 활성화하여 세그먼트를 정의된 방향으로 조종할 수 있습니다. 요소들에서 이 인공 근육들이 상호 작용하여 Bionic E-Trunk의 유적적이고 유연한 동작이 나옵니다.
12그램에 불과한 가벼운 자체 중량 덕분에 이 코는 형상기억합금 소재의 액추에이터 작동으로 수월하게 움직여질 수 있습니다. 이 액추에이터는 다른 구동 원리에 비해 중량 대비 최대 힘을 발휘합니다.
Bionic E-Trunk는 마이크로 그리퍼와 조합하면 작은 물체를 취급하는 작업에도 투입할 수 있습니다. 또한 이 컨셉으로 생명과학 분야의 정량 투여 공정도 가능할 것입니다. 이를 위해서는 구조 측면에 가요성 호스를 부착해 볼 수 있을 것입니다. 이것으로 용기에서 액체를 빼내 다른 용기에 옮겨 채울 수 있을 것입니다. 이로써 병목 지점을 청소할 목적으로만 공기 흐름을 내보내는 것도 생각해볼 수 있을 것입니다.
공압 시스템의 전신들로는 물체를 형상에 맞춰 집는 것만을 시연했다면, 이렇게 Bionic E-Trunk로는 액체나 공기를 들이마시고 내뿜는 코끼리 코의 다른 기능을 구현하는 것도 상상할 수 있습니다.