10층 건물도 뛰어넘는 기록 경신 로봇

엔지니어가 복잡한 현실 세계 환경을 탐색할 수 있는 로봇을 설계하고자 할 때 종종 동물의 왕국으로 눈을 돌립니다. 이 생체모방은 개나 표범처럼 행동하거나 날아가는 새처럼 점프하는 로봇을 생산했습니다. 그러나 캘리포니아 대학교 산타 바바라의 연구원들은 이제 생물학적 모델의 한계를 무시함으로써 새로운 차원에 도달했습니다. 높이가 30cm인 점퍼는 10층 건물 높이와 높이의 100배에 달하는 높이로 공중에서 30미터 이상 올라갈 수 있습니다.

중력을 무시하는 이 성능은 생물이 도달할 수 있는 거리보다 몇 배나 더 높습니다. 아마도 최고의 동물 점프 [a squirrel-sized primate called] 이 장치는 기계 영역에서도 두각을 나타내고 있다고 캘리포니아 대학 산타바바라의 기계 엔지니어이자 하이퍼 점프 프로젝트를 자세히 설명한 연구의 주저자인 Elliott W. Hawkes가 말했습니다. Carnegie Mellon University의 기계 엔지니어인 Sarah Bergpreter는 새로운 연구에 참여하지 않았지만 이에 대한 설명을 작성했습니다.

새로운 점프를 디자인한 팀은 유연성에 의존했습니다. 이러한 유형의 점프 시스템에서 액추에이터라고 하는 부품은 스프링에서 에너지를 이동하고 저장하며, 이는 래치에 의해 해제되어 물체를 공중으로 추진합니다. 이 기본 메커니즘은 동물 왕국의 구성원이 사용하는 메커니즘과 유사합니다. 예를 들어, 메뚜기의 다리 근육은 모터 역할을 합니다. 메뚜기의 다리 근육이 수축할 때 무릎 관절의 스프링 같은 부분을 뒤로 구부려 장력을 생성하고 곤충의 점프를 추진하기 위해 풀어줍니다.

그러나 새 프로젝트의 경우 인체 공학은 몇 가지 중요한 혁신을 제공했습니다. 베이스가 유연한 점퍼의 경우 도달 가능한 높이는 스프링이 저장할 수 있는 에너지의 양에 따라 결정됩니다. 이는 다시 두 가지 요인에 따라 달라집니다. 첫 번째는 작업자가 절약할 수 있는 작업량입니다. 동물에서 근육은 “스프링”을 늘릴 수 있는 수축이 한 번뿐입니다. 그러나 새로운 기계식 점퍼의 작업자를 위해 엔지니어는 모터를 사용했습니다. 모터는 점프할 때마다 여러 번 회전할 수 있으므로 계속해서 더 많은 에너지를 저장할 수 있습니다.

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점프 점프의 다재다능함의 두 번째 요소는 추가 무게를 가하지 않고도 가능한 한 많은 에너지를 보유하는 스프링의 능력입니다. 새로운 로봇의 에너지 밀도를 극대화하기 위해 팀은 몸 전체가 스프링처럼 작용하는 30그램 장치를 만들었습니다. 그것은 생물학적 조직보다 훨씬 높은 에너지 밀도를 갖는 고무 밴드와 탄소 섬유 스트립으로 구성됩니다. 방아쇠(가벼운 회전 모터)가 회전하면 스프링을 제한하는 실이 꼬입니다. 고무 밴드에 장력을 가하고 탄소 섬유를 압축하여 각 슬랫을 활 모양의 곡선 모양으로 구부립니다. 그런 다음 걸쇠가 풀리고 로봇은 시속 약 100km의 속도로 공중으로 쏘아 올립니다. 팀은 수요일에 발행된 네이처 신문에 그것을 설명했습니다.

건물 위로 스스로 추진할 수 있는 로봇은 현재 바퀴 설계, 걷기 또는 심지어 비행을 방해하는 일반적인 환경 중 일부를 효율적으로 탐색할 수 있습니다. Bergpreiter는 다음과 같이 말합니다. 그 장애물을 뛰어넘거나 다리로 그 장애물을 뛰어다니는 것.” Hawkes는 특히 우주 탐사를 위한 점프 로봇 개발에 열심입니다. 그는 그의 장치가 공기가 없는 저중력 환경에서 더 인상적인 거리로 날아갈 수 있다고 언급합니다. “달에서 우리의 장치는 이론적으로 0.5km 앞으로 점프하면서 한 번의 점프로 125m를 상승할 수 있습니다.”라고 그는 말합니다. “예를 들어, 접근하기 어려운 절벽 옆으로 뛰어내리거나 분화구 바닥으로 뛰어내려 샘플을 채취하고 바퀴 달린 로버를 탈 수 있습니다.”

Hawkes는 장치를 개발하기 위해 NASA와 협력하고 있습니다. 그러나 달을 향해 이륙하기 전에 점퍼는 더 많은 개발을 거쳐야 합니다. 예를 들어 현재 프로토타입에는 독립적으로 탐색할 수 있는 기능이 없습니다. 또한 배터리를 사용하여 모터를 작동하고 점프할 때마다 스프링을 다시 장전하는 데 2분이 걸립니다. 그리고 가장 중요한 것은 점프 높이를 조절할 수 없다는 것입니다. 그러나 Hawkes는 5년 이내에 더 발전된 버전이 출시될 수 있기를 희망합니다.

지구를 떠나지 않고도 새로운 장치는 생체 모방의 한계를 보여줌으로써 과학자들을 도울 수 있습니다. 많은 점프 로봇은 부분적으로 연구원들이 벼룩에서 인간에 이르는 유기체가 어떻게 몸을 공중으로 날아가는지 연구하는 데 도움이 되도록 설계되었습니다. 결과적으로 그들은 그러한 동물에 대한 제한을 통합합니다. 그러나 이 프로젝트는 동물이 그럴 필요가 없으며 일부 규칙을 무시하면 큰 이점이 있음을 보여주는 데 도움이 됩니다. “생물학 시스템은 공학 시스템과 다른 제약 조건에서 작동하므로 생물학의 이상적인 솔루션이 공학에서 항상 이상적인 것은 아닙니다.”라고 Hawkes는 설명합니다. “일반적인 생물학적 시스템과 주어진 공학 시스템에 대해 얼마나 유사하고 다른 제약이 존재하는지 고려하고 자연에서 발견되는 솔루션을 단순히 복사하기보다는 그에 따라 설계해야 합니다.” 이 접근 방식의 성공은 다양한 애플리케이션을 위한 다른 애자일 머신을 구축하는 데 적용할 수 있음을 나타냅니다.

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Bergbreiter는 동의합니다. “우리는 생물학과 동일한 제약 조건으로 시스템을 엔지니어링할 필요가 없습니다. 같은 방식으로 비행기도 날지 않고 자동차도 달리지 않습니다.”라고 그녀는 말합니다. “우리는 가정과 제한 사항이 다르기 때문에 시스템을 매우 다르게 엔지니어링할 수 있습니다.”

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