재해와 재난으로부터 안전한 대피처 '텐세그리티 로보틱스’ 기술 VIDEO:Stanford Makes Giant Soft Robot From Inflatable Tubes

재난시 보호막 치는 로봇건물·식물과 대화 기술…난제에 도전하는 과학자 아이디어 쏟아진다

   재해와 재난으로부터 안전한 대피처를 만들 수 있는 초경량 거대 구조물 구축 기술, 식물과 소통해 실시간으로 생태 환경을 모니터링할 수 있는 사물인터넷(IoT) 기반의 인체증강 기술 등이 수십 년 뒤를 바꿀 도전적인 미래 기술 아이디어로 제시됐다.

박주홍 포스텍 창의IT융합공학과 교수는 22일 오후 서울 서초구 엘타워에서 개최된 ‘한국 과학난제도전 온라인 콘퍼런스’에서 미래에 각광 받을 새로운 기술 연구 아이디어로 ‘텐세그리티 로보틱스’ 기술을 제안했다. 

미국항공우주국(NASA)가 텐세그리티를 활용해 개발한 '수퍼볼'이다. 에어백 없이 다른 행성에 로버를 착륙시키기 위해 개발했다. NASA 제공

Stanford Makes Giant Soft Robot From Inflatable Tubes This large-scale isoperimetric soft robot can safely change size and shape without tethers or pumps As much as we love soft robots (and we really love soft robots), the vast majority of them operate pneumatically (or hydraulically) at larger scales, especially when they need to exert significant amounts of force. This causes complications, because pneumatics and hydraulics generally require a pump somewhere to move fluid around, so you often see soft robots tethered to external and decidedly non-soft power sources. There’s nothing wrong with this, really, because there are plenty of challenges that you can still tackle that way, and there are some up-and-coming technologies that might result in soft pumps or gas generators. Researchers at Stanford have developed a new kind of (mostly) soft robot based around a series of compliant, air-filled tubes. It’s human scale, moves around, doesn’t require a pump or tether, is more or less as safe as large robots get, and even manages to play a little bit of basketball. Image: Farrin Abbott View full text https://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/robotics-hardware/stanford-giant-soft-robot-inflatable-tubes

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한국 과학난제도전 온라인 콘퍼런스는 과학기술정보통신부와 한국과학기술한림원 과학난제도전협력지원단이 추진한 ‘과학난제 도전 융합연구개발사업’의 일환으로 개최된 행사다. 연구자 집단지성을 통해 과학 난제를 발굴하고, 이를 기존에 상상할 수 없던 방법으로 해결하기 위해 시작됐다. 올해 3월 92건의 아이디어를 접수 받았고, 그 중 선별된 15건의 연구책임자들이 22~23일 개최되고 있는 온라인 콘퍼런스를 통해 아이디어를 발표한다. 올해 2건, 2021년 3건의 연구를 최종 선정해 2025년까지 과제마다 최대 90억 원을 지원한다.

박 교수팀이 제시한 ‘텐세그리티’는 쉽게 말하면 접는 우산이나 저절로 펼쳐지는 텐트처럼 특정 조건에서 변형될 수 있는 구조물이다. 필요할 때 스스로 움직여 구조물을 형성하거나 변형돼 골격과 구동기(근육)가 함께 결합한 일종의 로봇으로 분류되기도 한다.

박 교수팀은 텐세그리티를 이용해 매우 가볍고 제작 비용이 적게 들면서 거대하고 튼튼한 구조물을 만들 수 있는 기술을 제안했다. 이 아이디어는 1960년대에 ‘지오데식 돔’이라는 초경량 거대 구조물의 이론이 제안되면서 처음 연구가 시작됐다. 2012년부터 미국항공우주국(NASA) 등이 연구하고 있지만, 아직까지 일부 분야를 제외하고는 구체적인 연구성과가 나오지 않을 정도로 난제로 여겨지고 있다. NASA는 화성 탐사선에 실을 로버에 이 기술을 적용하기 위해 연구 중이다(위 사진). 로버를 멀리 이동시키려면 가벼우면서 작게 접힐 수 있어야 한다. 지상에 갈 때엔 스스로 펼쳐져 구조를 형성해야 한다. 지상에 내려 보내려면 지면과 충돌해도 충격을 받지 않아야 한다. 전력 사용량은 적어야 한다. 텐세그리티는 이런 조건을 모두 만족시키는 최적의 기술이다.

현재 대부분의 텐세그리티는 직선의 구조물을 이용해 제작된다. 하지만 박 교수는 곡선을 지닌 부재를 활용해 내부 공간을 충분히 확보하는 텐세그리티 기술을 연구할 계획이다. 박 교수는 “인체의 흉곽이 대표적인 예”라며 “휘어진 갈비뼈가 인체 장기를 보호하면서 내부공간을 확보하는데, 재난에 대비한 안전보호장비(세이프티셀, 아래 사진)을 만드는 데 이런 구조가 가장 적합하다”고 말했다. 

 

박주홍 포스텍 창의IT융합공학과 교수는 22일 오후 서울 서초구 엘타워에서 개최된 ‘한국 과학난제도전 온라인 콘퍼런스’에서 재난에 대비한 안전보호장비(세이프티셀)을 만드는 데 텐세그리티 기술을 이용하는 방안을 제안했다. 한국 과학난제도전 온라인 콘퍼런스 화면 캡쳐

이 기술은 중국이나 인도 등이 건설하고자 하는 거대한 미세먼지 정화시설 등 거대 건축구조물을 제작하는 데에도 활용할 수 있다. 또 드론이나 자동차, 초고속열차 등을 제작할 때 안전성을 확보하기 위한 구조물로 적용할 수 있다. 현재는 충격을 흡수하기 위한 구조물을 자동차의 앞부분 등에 설치하는 방법을 쓰지만, 측면 충돌이나 자동차가 구를 때와 같이 다른 방향에서 가해지는 충격은 막지 못한다는 단점이 있다. 박 교수는 “텐세그리티는 방향성이 없다”며 “안전 요구 분야의 기초연구로 널리 활용될 수 있다”고 말했다.

이날 콘퍼런스에는 그 외에도 상상력 넘치는 다양한 미래 기술에 대한 아이디어가 새롭고 독창적인 난제 해결 과제로 제시됐다. 오웅성 홍익대 스마트도시과학경영대학원 교수는 식물에 센서를 설치하고 공중에서 음파 등을 통해 수목내 수액의 흐름을 실시간 측정한 뒤 이 데이터를 해석해 식물과 생태계의 건강을 실시간으로 측정, 관리하는 새로운 생태 관리 기술을 제안했다.

오 교수는 이를 통해 식물의 언어를 이해하고 인류를 위해 이롭게 활용하며, 나아가 식물을 통해 인간의 신체 능력을 증강시키는 사실상의 ‘트랜스휴먼’을 달성할 수 있다고 주장했다.

 

오웅성 홍익대 스마트도시과학경영대학원 교수는 식물에 센서를 설치하고 공중에서 음파 등을 통해 수목내 수액의 흐름을 실시간 측정하고 이 데이터를 해석해 식물과 생태계의 건강을 실시간으로 측정, 관리하는 새로운 생태 관리 기술을 제안했다. 한국 과학난제도전 온라인 콘퍼런스 캡쳐

김호영 서울대 기계항공공학부 교수는 나노미터(nm, 1nm는 10억 분의 1m) 단위의 미시세계부터 실생활에서 접할 수 있는 cm나 m 단위까지, 규모를 넘어서 공통으로 적용될 수 있는 자기조립기술을 제안했다. 규모가 바뀌면 물리적 환경이 바뀐다. 나노 세계에서는 입자의 결합이 수소결합 등에 의해 좌우되지만, 그보다 큰 세계에서는 정전기력이나 마찰력 등에 좌우된다. 이렇게 규모가 달라지면 전혀 다른 물리에 의해 지배를 받기 때문에 이들을 넘나들며 제어할 기술은 연구조차 거의 되지 않았을 만큼 난제인데, 이 문제에 도전한다는 뜻이다.

김 교수는 “작은 입자 하나하나로는 제한된 기능을 갖지만 모여서는 훨씬 강력한 새로운 기능을 창출하는 '창발성을 지닌 기계' 기술도 이 연구를 통해 달성할 수 있다”며 “영화 ‘터미네이터2’나 ‘트랜스포머’에서 볼 수 있던 자유자재로 분리 합체하는 로봇이나 기계, 약물전달체 등을 개발할 수 있다”고 말했다.

김광수 울산과학기술원(UNIST) 특훈교수는 인공지능(AI)를 이용해 혁신적인 소재를 새롭게 개발할 기술을 제안했다. 김 교수는 “새로운 혁신소재는 데이터가 없어 AI를 이용한 연구가 어렵다”며 “전세계와 원격 공동연구를 통해 이론을 개발하고 이를 통해 혁신적인 초기능성 소재를 창조하겠다”고 말했다.

동아사이언스

Design of SUPERball v2, a Compliant Tensegrity Robot 

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