미국 카네기멜론대 연구진은 로봇 손을 만드는데 활용할 수 있는 새로운 신축형 광학 센서와 광섬유 센서를 개발했다. 로봇 손을 구성하는 부품이 유연한 재료로 만들어져 보다 자연스럽고 부드러운 움직임을 구현할 수 있는 기술이다.
사람 손가락 끝 피부 표면에는 촉감 감지 단위가 수천개 들어있다. 거미는 다리마다 기계적 자극 수용기 수백개를 갖고 있다. 하지만 나사가 만든 최첨단 인강형 로봇 ‘로보노트’조차 손과 허리에 겨우 42개 센서만을 가지고 있을 뿐이다.
연구진이 설계한 로봇 손은 각각 손가락마다 14개 변형 센서를 내장할 수 있다. 손가락 끝이 접촉한 곳을 측정할 수 있고 0.1뉴턴 미만 작은 힘도 검출 가능하다. 새로운 신축성 광학 센서를 로봇 피부 표면에 적용하면 훨씬 만은 피드백을 제공하는 것도 가능하다.
전통적인 방식 센서는 배선이 복잡해 움직일 때 끊어지기 쉽고 전기모터나 다른 전자기 장치로부터 간섭에 취약하다. 센서 하나를 로봇 손에 추가하기 위해선 전체적인 설계 변경과 위치 조정이 필요하다.
광섬유 센서는 광섬유 한 줄에 여러 센서를 포함할 수 있다. 카네기멜론대에서 개발한 손은 각각 손가락에 있는 모든 센서가 광섬유 네개로 연결돼 있지만 이론적으로는 하나의 광섬유로도 그 일을 할 수 있다.
로봇 손은 손가락 끝과 중간마디 등 각 부위를 관절에 의해 연결된 사람 손가락 골격 구조를 모방해 만들어졌다. 각 구간 마다 어디에서 접촉이 이뤄지는지 검출할 수 있도록 총 6개 센서가 부드러운 실리콘 고무 피부로 덮였다. 능동 힘줄은 손가락을 구부리는 역할을, 수동 탄성 힘줄은 손가락을 펴기 위한 힘을 제공한다.
신축성이 높고 유연한 광학 센서는 시중에서 구할 수 있는 실리콘 고무를 조합해 개발했다. 미세한 선이 반사성 금으로 그려져 있어서 실리콘이 늘어날 때 반사 층에서 균일이 일어나는 구조다. 균열을 통해 흘러나온 빛 손실량을 측정해 표면에 주어지는 응력이나 변형을 측정하는 것이다.
새로운 센서는 로봇이 보다 많은 정보를 습득해 자율적으로 움직이는데 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 사람이 피부로 촉감을 느끼는 것처럼 촉감을 느끼고 반응하는 로봇 개발이 가능해질 전망이다.
박정은기자 jepark@etnews.com
