통증 감지 및 자가 치유가 가능한 지속 가능 소프트 로봇

로봇은 고장날 경우 교체 부품이 필요한 경우가 많으며 이는 환경에 영향을 미칠 뿐만 아니라 부품에 대한 비용도 많이 소모됨
이에 따라 연구원들은 손상된 시기를 감지하고 일시적으로 스스로 수리하는 데 필요한 조치를 취할 수 있는 차세대 로봇을 개발하고 있음
EU 지원 SHERO 프로젝트는 완전히 자율적인 자가 치유 소프트 로봇을 개발하기 위해 공학 설계된 기능성 재료, 스마트 감지, 능동 작동 및 제어 기능을 소프트 로봇에 통합함
“목표는 고통을 느끼고, 고통을 완화하기 위해 지능적으로 반응하고, 손상을 치료하고, 모든 기능을 복구하는 데 필요한 조치를 취하고, 재활을 수행하며, 다시 작동 상태로 돌아갈 수 있는 완전한 로봇 시스템을 개발하는 것이었다”고 브뤼셀자유대학(VUB)과 IMEC* 소속의 프로젝트 코디네이터 Bram Vanderborght는 설명함

* IMEC(Institut de Microelectronique et Composants): 유럽 최대 반도체 연구소로 나노전자공학 및 디지털 기술 분야의 선도적인 혁신 허브

인간 또는 섬세한 물체와 안전하게 상호작용할 수 있는 로봇에 대한 수요로 인해 학계와 산업 분야 모두에서 소프트 로봇 공학 분야가 빠르게 부상함
소프트 로봇은 실리콘 및 폴리우레탄과 같은 유연한 소재로 구성되어 부드럽고 섬세한 물체를 다루는 소프트 그리퍼 및 매니퓰레이터 등 다양한 산업 분야에서 사용됨
그러나 이러한 부드러운 소재는 손상되기 쉬워 수명이 길지 않으며, 대부분의 경우 재활용 가능성 또한 매우 낮음

소프트 로봇을 위한 한 가지 솔루션으로 자가 치유 폴리머를 사용할 수 있으나, 이들 모두가 사용에 적합하지는 않음
한편, 딜스-알더 기반 엘라스토머 네트워크와 같은 동적 공유 결합은 소프트 로봇에 적합한 것으로 간주 되어 옴
따라서 SHERO 프로젝트는 자가 치유 폴리머 딜스-알더 기반 네트워크, 수소 결합 기반 네트워크 및 비트리머스 교환 반응 기반 네트워크를 합성하고 특성화함
또한, 프로젝트는 가역 네트워크에서 임베디드 센서 및 자기 필러를 개발하기 위해 자가 치유 폴리머 소재의 전도성 입자를 사용하여 추가 기능을 갖춘 가역 네트워크의 합성 및 특성화를 실현함
더하여, 제조 수준에서 최첨단 기술을 뛰어 넘고, 다양한 산업 요구에 대응하기 위해 프로젝트는 몰딩, 주조, 레이저 절단 및 용접 등을 포함하여 적층 제조 기술을 사용하는 전용 가공 기술을 개발함
이러한 혁신적인 소재 및 공정 기술은 여러 소프트 로봇 데모에서 시연되었으며, 그 중 하나로 그리퍼가 있음
시연 결과는 서로 다른 기계적 특성을 가진 재료로 구성된 지능형 제어 기능을 갖춘 로봇 그리퍼가 통제된 조건에서 손상되었을 때, 로봇은 자가 치유를 하고 원래 업무를 재개할 수 있음을 보여주었음

자가 치유 소재의 주된 혁신은 사용 수명을 연장함으로써 기존 제품의 재사용을 늘리고 재활용할 수 있도록 하는 것으로, 이는 보다 깨끗하고 경쟁력 있는 유럽을 위한 ‘EU 순환 경제 실행 계획’에 기여함
제품의 기능적 성능이 인간의 감지 및 수리에 의존하지 않는 자가 치유 소프트 로봇을 통해 SHERO 프로젝트는 EU 제품에 대한 신뢰를 향상할 수 있을 것으로 기대됨
다음 단계로 이 프로젝트는 개발한 기술을 성숙시키고 있으며, 소프트 로봇 이외의 다른 응용 분야를 조사하고 있음