거북이는 십자형 패턴으로 육지에서 이동합니다. 압축 공기가 채워지면 BionicTurtleWalker는 자연 모델처럼 대각선으로 배치된 다리를 아래쪽으로 밀면서 동시에 스스로 앞으로 나아갑니다. BionicTurtleWalker의 핵심은 프라이부르크 대학교의 Cluster of Excellence인 livMatS(Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems)'에서 개발한 공압식 로직 모듈입니다.
공압식 로직 모듈
거북이의 이러한 '제어 센터'는 공압 시스템의 밸브와 전기식 제어 장치가 수행하는 작업을 대신 수행합니다. 이를 통해 네 다리의 움직임을 정밀하게 제어할 수 있으며 압축 공기 공급을 위해 외부에 단 하나의 튜브만 연결하면 됩니다.
개발된 공압식 로직 모듈은 기존 시스템에 비해 몇 가지 장점이 있습니다. 해당 모듈은 부울 연산(Boolean operation)을 수행할 수 있는 두 개의 밸브 챔버로 구성됩니다.
이러한 설계 덕분에 해당 모듈은 유연한 소재로 직접 적층 제조가 가능하고 낮은 공기압으로 작동할 수 있어 생산 비용, 시스템 복잡성 및 운영 비용을 크게 절감할 수 있습니다.
"공압식 로직 컨트롤러는 기존의 전기식 제어 시스템이 실패했던 지점에서 완전히 유연한 소프트 로봇을 구현할 수 있는 새로운 응용 분야를 열어줍니다."
폴크 타우버(Falk Tauber) 박사, 프라이부르크 대학교 Cluster of Excellence livMatS
유연하면서도 견고한 소재
외장부터 공압식 로직 모듈, BionicTurtleWalker의 다리까지 모든 것이 3D 프린팅으로 제작되며 열가소성 폴리우레탄(TPU) 소재입니니다. 고무와 플라스틱의 특성을 결합한 소재: 내구성이 뛰어나고 유연하면서도 견고합니다. 따라서 로직 모듈은 최대 900kg의 하중을 견딜 수 있습니다.
이를 통해 로직 모듈이 변형되었다가 원래 상태로 돌아갈 수 있습니다. 순환 경제 측면에서 볼 때 TPU는 녹여서 재사용할 수 있습니다.
전망과 잠재력
TPU를 사용한 공압식 로직 모듈 기술은 예를 들어 사람과 로봇이 직접 함께 작업하는 응용 분야에도 적합합니다. 여러 모듈을 결합하여 공압식 소프트 로봇용 공압식 제어 요소를 자유도(degrees of freedom) 수에 상관없이 제작할 수 있습니다.
따라서 적용 분야가 다양합니다. 예를 들어 하나의 모듈만으로 공압식 그리퍼의 개폐를 제어할 수 있습니다. 보다 복잡한 응용 분야의 경우, 모듈을 결합하여 블록으로 제작하거나 소프트 로봇에 직접 통합할 수 있습니다.
"에어와 유연한 소재를 결합하면, 아직 개발해야 할 혁신의 여지가 많이 있습니다. 이 조합은 로봇을 더욱 생동감 있게 만들 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다."
세바스티안 슈로프(Sebastian Schrof), Festo 바이오닉스 팀 디자이너
Incredible Machine의 일부
BionicTurtleWalker는 Festo 100년을 기념하는 해당 기념 전시인 Incredible Machine의 일부입니다. 이는 하나의 자극이 다음 자극을 유발하는 루브 골드버그 장치(Rube Goldberg machine)의 원리에 따라 작동합니다. Incredible Machine은 과거에서 현재까지의 자동화 기술의 역사를 보여주며 다양한 기술과 광범위한 전문 지식을 반영합니다.
