Miniaturized Gripper Robot
최근 MiGriBot이라는 나노 로봇이 물체 조작 속도에 대한 세계 기록을 깨는 소형로봇공학의 세계를 뒤흔든 사건이 일어났다. 이 로봇은 Redwan Dahmouche가 이끄는 프랑스 팀이 개발하였다.
번개처럼 빠르고 실제 손처럼 유연하며 정밀한 작업이 가능한 MiGriBot은 분당 거의 720번 또는 초당 12번의 작업으로 미세 물체를 잡고 움직일 수 있다. 초소형 로봇은 마이크로미터 또는 100만분의 1미터의 정확도로 작동한다. 이 발명으로 RoMoCo 연구팀은 나노기술 분야의 최선두에 서게 되었다.
2019년 컴퓨터 산업의 글로벌 지출이 4조 2천억 달러 이상인 마이크로일레트로닉스는 산업 시장의 주요 업체로 부상하였다. 그러나 유럽은 전자 부품 생산량의 9%에 불과하다. 오늘날 수십억 개의 제품에는 스마트폰, 컴퓨터, PLC 및 일상생활에서 프로그래밍 가능한 기타 개체를 비롯한 미세 회로가 포함되어 있다. 이 거대한 산업은 이제 점점 더 빠른 생산 속도를 수반하는 매우 복잡한 조립 프로세스를 필요로 한다. 예를 들어 스마트폰 하나는 500개의 요소로 구성된다.
컴팩트하고 빠르고 정확한 로봇
"현재 로봇 역학에 사용되는 기술은 비용도 많이 들고, 시간과 정밀도 면에서 발전의 여지가 많다"고 MiGriBot의 발명가 Redwan Dahmouche는 설명한다. "하버드 대학은 2018년 MiniDelta를 공개했지만, 이는 물체를 잡지는 못했다. 2020년에 도쿄 대학은 이를 달성했지만 로봇은 분당 72개의 작업만 수행할 수 있었다. 우리의 과제는 이러한 기준에 따라 작고 빠르고 정확한 로봇을 만드는 것이었다."
이를 위해 연구자들은 먼저 적절한 구성 요소를 찾아야 했다. 로봇의 매우 유연한 기계 팔은 오일과 일부 고무에도 존재하는 화합물인 폴리디메틸실록산으로 만들어진다. 재료의 밀도에 따라 이 폴리머는 유기 미세 유체에서 껌과 유사한 질감에 이르기까지 다양한 모양을 취할 수 있다. 이러한 탄성은 구조를 가볍게 하여 물체를 다룰 때 운동성을 가속화하는 데 도움이 되었다. 그러나 속도와 정밀도는 단지 재료의 문제가 아니다. 이 모델을 차별화하는 것은 구조이다.
재설계된 병렬 아키텍처
산업에서 사용되는 마이크로 로봇뿐만 아니라 대형 및 중형 로봇(수십 센티미터에서 수 미터)은 일반적으로 직렬 아키텍처에 따라 제작된다. 기계식 팔을 구성하는 모든 요소는 직렬로 조립된다. 마이크로 모터를 포함한 각 요소가 차례로 배치되어 장치의 작동 속도가 상당히 제한된다.
반면 이 로봇은 병렬 아키텍처를 사용하여 구축되었다. "일반적으로 로봇은 여러 시스템을 결합한다. 예를 들어 그리퍼는 항상 독립적으로 추가되어 전체 체인 내에서 별도의 링크를 나타낸다. 그러나 여기에서는 모든 요소가 동일한 시스템의 필수적인 부분을 형성한다." MiGriBot의 액추에이터(actuators)는 모든 로봇 베이스에 연결되어 있다. 결과적으로 관절이 훨씬 더 빠르게 반응하여 다양한 부품 간에 훨씬 더 나은 조정이 가능하다.
"이 로봇의 독창적인 점은 이 규모에 사양을 적용하기 위해 완전히 재설계한 아키텍처이다." 이를 통해 조립 라인에서 수십, 심지어 수천 개의 MiGriBot을 생산할 수 있는 가능성을 제공하여 기존의 마이크로 전자 모델과 동일한 방법을 기반으로 생산할 수 있다.
"우리는 마이크로 일렉트로닉스에서 가장 복잡한 구조를 조립할 수 있는 마이크로 팩토리를 생산하고자 한다. 이는 단지 수익성 때문만은 아니다. 동일한 평방 미터에서 분당 수백만 개의 작업을 수행하는 수천 개의 마이크로 로봇이 있다면 제조 공정에서 에너지 소비를 상당히 줄일 수 있다."
이 성과는 무엇보다도 시장 수요에 따른 것이지만, 발명가는 해당 로봇이 다른 많은 영역에서도 사용될 수 있다고 지적한다. "우리는 이미 특정 환경에서 독성이 강한 화학 물질이나 유기체의 암세포를 감지할 수 있는 마이크로 및 나노 센서에 대한 혁신적인 기술을 보유하고 있다. 그러나 이에는 특정 조립 프로세스가 필요하다." 이 때 나노로봇은 탐지 과정에서 다른 세포를 조작하고 분류할 수 있다.
이러한 모든 기능에도 불구하고 이러한 유망한 마이크로 팔에는 해결해야 할 결정적인 과제가 있다. 바로 에너지 소비와 전자 폐기물과 같은 환경 문제이다. "이제 우리는 이 모델의 수명을 연구하고 있다. 우리는 아직 이러한 로봇의 견고함이나 내구성을 식별할 수 있는 충분한 분석 자료가 없지만, 이 기술이 노후화의 단점을 피하도록 해야 할 것이다."
