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Nov 26, 2023

소프트 로봇이 손상을 감지하고 스스로 치료합니다.

연구원들은 동적 감지를 위한 자가 치유 광 가이드인 SHeaLDS를 설치했습니다.

연구원들은 네발 달린 불가사리와 비슷하고 피드백 제어 기능을 갖춘 소프트 로봇에 동적 감지를 위한 자가 치유 광 가이드인 SHeaLDS를 설치했습니다. 연구원들이 다리 중 하나에 구멍을 낸 후 로봇은 손상을 감지하고 상처를 자가 치유할 수 있었습니다.

로봇이 심해나 머나먼 우주 공간 등 인간이 접근할 수 없는 먼 환경으로 모험을 떠나려면 거기에 도달하기 위한 전력과 수단만 필요한 것은 아닙니다. 그들도 스스로를 잘 돌봐야 할 것입니다.

이를 위해 Cornell Engineering의 기계 및 항공우주 공학 부교수인 Rob Shepherd가 이끄는 팀은 광학 센서와 복합 재료를 결합하여 언제 어디서 손상되었는지 감지한 다음 스스로 치유할 수 있는 소프트 로봇을 만들었습니다. 점.

그들의 논문 "손상 지능형 연체 시스템을 위한 자율적 자가 치유 광학 센서"는 Science Advances에 12월 7일 게재되었습니다. 주 저자는 박사과정 학생인 Hedan Bai입니다.

Shepherd는 "우리 연구실은 로봇이 더 오래 지속되고 민첩하게 작동할 수 있도록 항상 노력하고 있습니다."라고 말했습니다. "문제는 로봇을 오랫동안 작동하게 하면 손상이 누적된다는 것입니다. 그러면 로봇이 그 손상을 수리하거나 처리하도록 어떻게 허용할 수 있을까요?"

이러한 수리를 위한 첫 번째 단계는 로봇이 실제로 고쳐야 할 부분이 있는지 식별할 수 있어야 한다는 것입니다.

수년간 Shepherd's Organic Robotics Lab은 신축성 있는 광섬유 센서를 사용해 피부부터 웨어러블 기술까지 소프트 로봇과 관련 부품을 최대한 민첩하고 실용적으로 만들어 왔습니다.

광섬유 센서에서는 LED의 빛이 광학 도파관을 통해 전송되고 포토다이오드는 빔 강도의 변화를 감지하여 재료가 변형되는 시기를 결정합니다. 이 기술의 장점 중 하나는 도파관에 구멍이 나거나 잘려도 빛을 전파할 수 있다는 것입니다.

연구진은 빠른 치유를 위해 수소 결합을 통합하고 강도를 위해 이황화물 교환을 수행하는 폴리우레탄 우레아 엘라스토머와 센서를 결합했습니다.

그 결과 SHeaLDS(동적 감지를 위한 자가 치유 광 가이드)는 신뢰할 수 있는 동적 감지를 제공하고 손상 방지 기능이 있으며 외부 개입 없이 실온에서 절단된 부분을 자가 치유할 수 있습니다.

이 기술을 시연하기 위해 연구진은 피드백 제어 기능을 갖춘 네 다리 불가사리와 유사한 소프트 로봇에 SHeaLDS를 설치했습니다. 연구원들이 다리 중 하나에 총 6번 구멍을 낸 후, 로봇은 약 1분 만에 손상을 감지하고 각 상처를 자가 치유할 수 있었습니다. 로봇은 감지된 손상에 따라 보행을 자율적으로 조정할 수도 있습니다.

재질은 견고하지만 파괴되지 않습니다.

"그들은 인간의 육체와 비슷한 특성을 가지고 있습니다"라고 셰퍼드는 말했습니다. "화상이나 산이나 열이 있는 물질에서는 잘 낫지 않습니다. 화학적 특성이 변하기 때문입니다. 하지만 상처에서는 잘 낫습니다."

Shepherd는 SHeaLDS를 촉각 이벤트를 인식하는 기계 학습 알고리즘과 통합하여 궁극적으로 "자가 치유 피부를 가지고 있지만 동일한 피부를 사용하여 더 많은 작업을 수행할 수 있도록 환경을 느끼는 매우 내구성이 뛰어난 로봇"을 만들 계획입니다.

논문의 공동저자는 김영성 박사과정 학생이다.

이 연구는 공군 과학 연구실, NASA 혁신 및 고급 개념 프로그램, 국립 과학 재단 EFRI 프로그램의 지원을 받았습니다.

연구원들은 NSF가 지원하는 국립 나노기술 조정 인프라(National Nanotechnology Coordinated Infrastructure)의 구성원인 Cornell NanoScale Facility를 활용했습니다. NSF의 MRSEC 프로그램의 지원을 받는 코넬 재료 연구 센터; 그리고 코넬 에너지 시스템 연구소.

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