소프트 로봇팔 구동 콘셉트와 실물 사진.

 

[대학저널 온종림 기자] 고려대학교 전기전자공학부 차영수 교수 연구팀이 종이접기 구조를 응용해 가볍고 유연하면서도 뛰어난 보조력을 제공하는 웨어러블 로봇팔 개발에 성공했다.

두 손이 모자랄 때, 팔이 하나 더 있으면 얼마나 좋을까. 그동안 로봇팔을 등에 장착해 작업 능력을 획기적으로 향상시키기 위한 시도는 꾸준히 이어져 왔지만, 무게 문제가 발목을 잡았다. 기존 로봇팔은 대부분 금속 소재로 제작돼 착용자의 부담이 컸기 때문이다.

연구팀은 ‘크레슬링 패턴’이라 불리는 종이접기 구조에서 돌파구를 찾았다. 유연하면서도 형태를 안정적으로 유지하는 이 패턴을 적용해 4개의 원통형 구조체(실린더)를 만들고, 이를 결합해 하나의 소프트 모듈을 설계했다. 여기에 와이어로 잡아당기는 ‘텐던 구동’ 방식을 더해 보다 정교하고 부드러운 동작을 구현했다.

특히 주요 몸체를 폴리염화비닐(PVC) 등 가벼운 소재로 구성해 77cm 길이에도 1.3kg으로 가볍고, 최대 90도까지 구부러지는 높은 유연성을 자랑한다. 덕분에 착용자의 어깨나 허리 등 다양한 부위에 장착해 작업 중 물건을 지지하거나 운반하는 등 보조적인 역할로 사용할 수 있다.
 

왼쪽부터 고려대 전기전자공학부 김진호 석사과정(제1저자), 고려대 전기전자공학부 차영수 교수(교신저자).

연구팀은 하드웨어 개발에 더해, 로봇팔의 움직임을 수학적으로 계산하는 기하학 기반 모델링 프레임워크도 구축했다. 종이접기 구조는 움직임이 복잡해 제어가 까다롭지만, 이 모델을 통해 특정 명령에 따라 로봇팔이 어떤 각도로 얼마나 변형될지 예측할 수 있다. 즉, 조종 정확도를 크게 향상시켜 매우 정밀하게 로봇팔의 움직임을 제어할 수 있게 된 것이다.

차영수 교수는 “이번 로봇은 종이접기 구조의 경량성과 소프트 로봇의 안전성을 동시에 갖추고 있다”며 “물류 현장에서의 작업 보조는 물론, 일상생활에서 도움이 필요한 노약자나 장애인을 위한 보조 기구 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단의 미래개척융합과학기술개발사업과 기초연구사업(중견연구) 지원을 받아 수행됐다. 연구 성과는 로봇공학 분야의 국제 저명 학술지 ‘IEEE/ASME Transactions on Mechatronics(IF=7.3)’에 4월호로 출판됐다.

 

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