소프트 로봇이란?
소프트로봇공학(Soft Robotics)은 로봇공학의 특정 분야로,
소프트 로봇은 주로 어떻게살아있는 유기체가 환경에 어떻게 움직이고 적응하는지. 단단한 재료로 제작된 로봇과 달리 소프트 로봇은 작업을 수행할 때 유연성과 적응성을 향상시킬 뿐만 아니라 사람과 함께 작업할 때 안전성을 높입니다. 이러한 특성으로 인해 의료 및 산업 분야에서 사용할 수 있습니다.
소프트 로봇은 주로 디자인부드러운 재료로 만든 로봇. 결과적으로 결과 로봇은 벌레 또는 문어와 같은 무척추 동물과 유사합니다. 이러한 로봇의 움직임을 시뮬레이션하는 것은 어려운 작업입니다. 사실은 그러한 프로세스의 경우 연속체 역학의 방법을 적용할 필요가 있다는 것입니다. 이것이 소프트 로봇을 때때로 연속체 로봇이라고 부르는 이유입니다.
연속체 역학 - 섹션을 기억해 봅시다.역학, 연속체 물리학, 응집 물질 물리학은 기체, 액체, 변형 가능한 고체의 움직임과 그러한 물체의 힘 상호 작용을 연구합니다.
소프트 로봇과 하드 로봇의 하이브리드
생물학적 현상을 연구하기 위해 과학자들은 살아있는 유기체의 이미지에서 소프트 로봇을 만들고 실제 유기체에서 수행하기 어려운 실험을 수행합니다.
그러나 뱀 로봇과 같이 지속적인 변형이 가능한 강성 로봇도 있습니다.
부드러운 구조는 다음의 일부로 사용할 수 있습니다.더 큰 강성 로봇. 물체를 잡고 조작하기 위한 로봇 소프트 이펙터는 이점을 제공합니다. 요점은 깨지기 쉬운 물건을 파괴하지 않는다는 것입니다.
하이브리드 소프트 하드도 생성 가능내부에 단단한 프레임과 외부에 부드러운 요소가 있는 로봇. 부드러운 요소는 동물의 근육과 유사한 작용 메커니즘과 인간과의 충돌 시 안전을 보장하는 완충재 등 많은 기능을 가질 수 있습니다.
부드러운 다리와 지상 이동 능력을 갖춘 바퀴 달린 로봇입니다.
사진: 알리 사데기, 알레시오 몬디니, 에마누엘라 델 도토레, 아난드 쿠마르 미슈라, 바바라 마졸라이
소프트 로봇은 어떤 형태로든 구부릴 수 있습니다.형태. 나노 소재를 포함해 매우 부드러운 소재로 만들어졌습니다. 이로 인해 근육과 같은 인체 부위와 더 비슷해집니다. 실제로 이러한 로봇은 나노물질의 도움으로 거의 생명력을 얻고 있다고 말할 수 있습니다.
소프트 로봇 분야의 많은 연구에도 불구하고 엔지니어들은 여전히 여정의 시작 단계에 있습니다. 그러나 전문가들은 2024년까지 이들 시장이 21억 6천만 달러에 이를 것으로 예측합니다.
소프트 로봇은 일반 로봇과 어떻게 다른가요?
금속 로봇은 훨씬 더 제한적입니다. 속도와 정밀도를 염두에 두고 설계되었으므로 조립 라인 작업과 같은 작업에 이상적입니다. 그러나 그것들이 모두 그렇게 보편적인 것은 아닙니다.
소프트 로봇은 산업용이나부드럽고 유연한 재료로 구성되어 있다는 점에서 협동 로봇. 그들의 디자인은 다른 형태의 로봇과 매우 다르며 마찬가지로 소프트 로봇은 매우 다른 기능을 수행합니다.
대부분의 소프트 로봇은 여전히개발 초기 단계에 있으며 최초의 소프트 로봇은 2011년 하버드 교수 조지 화이트사이드(George Whitesides)에 의해 개발되었습니다. 그 이후로 소프트 로봇의 수와 유형은 급격히 증가했습니다. 실제 상업적 실행 가능성에서 몇 년이 걸릴 수 있지만 여전히 큰 잠재력을 가진 흥미로운 기술을 나타냅니다.
소프트 로봇 - 세계의 흥미진진한 혁신로봇 공학. 앞서 언급한 5가지 유형의 소프트 로봇은 현재 개발 중인 모든 유형의 소프트 로봇 중 가장 큰 상업적 잠재력을 가질 수 있습니다.
산업용 로봇이나 협동 로봇과 달리 소프트 로봇은 다양한 응용 분야에 사용됩니다.
소프트 로봇은 어떻게 사용됩니까?
소프트 로봇의 매력은 유연성과 다양성에 있습니다.
6가지 유망한 소프트 로봇
다양한 유형의 소프트 로봇이 있지만 가장 큰 상업적 잠재력을 약속하는 6가지 애플리케이션이 있습니다.
- 로봇 근육: 현재 여러 유형이 개발 중입니다.로봇 근육 역할을 하는 소프트 로봇. 가장 유망한 프로토타입 중 하나는 종이접기에서 영감을 얻었습니다. 접힌 구조는 자체 무게의 1,000배를 들어 올릴 수 있고 길이는 몇 밀리미터에서 1미터까지 커질 수 있으며, 과학자들은 현재 DNA를 이용해 나노 규모의 로봇을 만드는 연구를 진행하고 있습니다.
- 등반 로봇:이러한 유형의 로봇은 많은 잠재력을 가지고 있습니다.건물 검사 및 유지 보수에서 수색 및 구조 작업에 이르기까지 다양한 응용 프로그램. 소프트 클라이밍 로봇의 한 버전은 애벌레처럼 구부러진 디자인을 가지고 있습니다. 이를 통해 다양한 크기의 구조물을 위아래로 기어 다닐 수 있습니다.
- 식용 로봇. 이러한 로봇의 첫 번째 프로젝트 연례 Soft Robotics 대회를 위해 필라델피아의 학교 팀이 만들었습니다. 이 생분해성 로봇은 신체의 여러 부분에 약물을 안전하게 전달할 수 있습니다.
- 웨어러블 로봇.이러한 생체 모방 장치는신체 재활을 받고 있는 환자. 소프트 로봇은 어디에 있든 신체의 자연스러운 움직임을 모방하여 환자가 정상적인 운동 기능을 회복하도록 돕습니다.
- 인공 로봇.소프트 로봇을 사용하여 만들 수 있습니다.팔다리나 신체 부위가 없는 사람들을 위한 우수한 보철물입니다. 종종 소프트 로봇 기술은 의수 끝에 사용되어 물체를 보다 섬세하고 정확하게 파악합니다.
- 우주 비행사 로봇. NASA 과학자들은 언젠가 화성 표면을 날아갈 것이라고 제안합니다. 다른 사람들은 이미 인체의 가장 접근하기 어려운 부분에서 작동할 로봇을 설계하고 있습니다.
소프트 로봇도 사용할 수 있지만산업 환경 - 특히 인간과 작업하는 협동 로봇("코봇"이라고도 함)에서는 거의 멈추지 않습니다.
세계 최초의 소프트 자율 로봇
2016년에 하버드의 과학자들은세계 최초의 소프트 자율 로봇인 Octobot 개발을 위한 액상 실리콘 고무입니다. 문어에서 영감을 받은 이 소프트 로봇은 "터미네이터"나 "스타워즈"에 묘사된 것과 같은 날카롭고 단단한 금속 로봇으로는 불가능할 수도 있는 회전하고 장애물을 극복할 수 있습니다.
놀랍게도 Octobot은 제조 비용이 저렴합니다.라떼보다 비싸고 연료를 채우는 데 5센트만 들 수 있습니다. 수백 대의 값싼 소프트 로봇이 현장을 조사하고 장애물과 병목 현상을 극복하여 구조 작업을 돕도록 보내지는 것을 상상할 수 있습니다.
“소프트 로봇의 주요 목표는2018년 TED 강연에서 생물의학 엔지니어인 Jada Gerboni가 말했습니다. "그리고 로봇이 현실 세계에서 예상치 못한 상황을 견딜 수 있도록 하기 위해서입니다."
의학의 소프트 로봇
소프트 로봇은 다음과 같이 사용할 수 있습니다.수술 및 의료 기기(특히 내시경). 그들의 장점은 전통적인 기구보다 더 쉽게 신체 구조를 통과한다는 것입니다. 이를 통해 의사는 검사하려는 환자의 신체 부위를 더 명확하게 파악할 수 있습니다.
사람들이 움직일 수 있도록 도와주는 완전히 부드러운 로봇 의복은 부드러운 로봇 공학을 위한 새롭고 유연하고 가벼운 동력 시스템의 개발로 현실에 한 걸음 더 다가갔습니다.
브리스톨 팀의 발견대학은 장애인과 노화 관련 근육 퇴행으로 고통받는 사람들을 위한 웨어러블 보조 장치의 길을 열 수 있습니다. 이 연구는 오늘 출판되었습니다.사이언스 로보틱스.
새로운 슬림하고 가벼운 신용 카드 크기 펌프. 출처: Tim Helps, University of Bristol.
소프트 로봇은 유연한 재료로 만들어지며,늘어나거나 꼬일 수 있습니다. 이 재료는 공기가 주입될 때 수축하는 인공 근육을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 이 근육의 부드러움은 지지하는 옷을 사용할 수 있게 해줍니다. 그러나 지금까지 이러한 공압 인공 근육은 부피가 크고 시끄럽고 복잡하고 고가인 기존의 전자기(모터 구동) 펌프에 의해 구동되었습니다.
Bristol SoftLab의 연구원로봇 공학 교수 Jonathan Rossiter가 이끄는 Bristol Robotics 연구소는 부드럽고 유연하며 저렴하고 제조하기 쉬운 새로운 전기 공압 펌프를 성공적으로 시연했습니다.
이 기사에서 팀은 새로운 소프트신용카드 크기의 펌프는 공기 방광과 펌프 유체로 인공 근육을 구동할 수 있습니다. 팀은 또한 강력한 의상을 현실로 만들기 위한 다음 단계를 간략하게 설명하고 있습니다.
마찬가지로 탄소 기반 티타늄 폴리머초박형 인공 근육을 만들기 위해 합성 폴리머와 함께 사용할 수 있습니다. 이 기술은 한국과학기술원에서 춤추는 나비, 펄럭이는 잎사귀, 피는 꽃 등을 예술적으로 재현한 바 있다.
소프트 로봇은 어떻게 작동합니까?
특별히 설계된 소프트 로봇생명의 모방은 이동하거나 다른 작업을 수행할 때 종종 주기적인 스트레스를 받아야 합니다. 예를 들어, 위에서 설명한 칠성 또는 갑오징어와 같은 로봇의 경우 이동하려면 물의 전기분해와 가스의 점화가 필요하므로 로봇을 앞으로 나아가기 위해 급속한 팽창이 필요합니다. 이 반복적이고 폭발적인 팽창과 수축은 선택한 폴리머 재료에 강한 주기적 하중을 생성합니다. 유로파의 수중 로봇은 수리 또는 교체가 거의 불가능하므로 피로 균열의 발생 및 전파를 최소화하는 재료와 설계를 선택하는 데 주의를 기울여야 합니다. 특히, 폴리머의 피로 특성이 더 이상 주파수에 의존하지 않는 내구성 한계 또는 응력 진폭 주파수를 갖는 재료를 선택해야 합니다.
소프트 로봇은 부드러운 소재로 만들어졌기 때문에재료, 온도 영향을 고려해야 합니다. 재료의 항복 응력은 온도에 따라 감소하는 경향이 있으며 고분자 재료에서 이 효과는 더욱 두드러집니다. 실온 및 더 높은 온도에서 많은 폴리머의 긴 사슬이 서로를 따라 늘어나거나 미끄러질 수 있으므로 한 영역에 국부적인 응력 집중을 방지하고 재료를 플라스틱으로 만듭니다. 그러나 대부분의 중합체는 연성에서 취성으로의 전이 온도를 겪습니다. 이 온도 아래에서는 긴 사슬이 연성 방식으로 반응하기에 충분한 열 에너지가 없으며 파괴될 가능성이 훨씬 더 높습니다. 고분자 재료가 저온에서 부서지기 쉬운 경향이 챌린저 셔틀 사고의 원인으로 여겨지며 특히 의학 분야에 도입될 소프트 로봇의 경우 매우 심각하게 받아들여야 합니다. 연성에서 취성으로의 전이 온도는 "차가운" 것으로 간주될 수 있는 온도일 필요는 없으며 실제로 결정성, 인성, 측기 크기(폴리머의 경우) 및 기타 요인에 따라 재료 자체의 특성입니다. .
기술의 단점
소프트 로봇에도 단점이 없는 것은 아닙니다.특히, 과학자들은 실제로 로봇에 애니메이션을 적용하는 장치인 유체 액추에이터가 이동에 필요한 엄청난 양의 유체로 인해 또는 장치 내의 다양한 구조(예: 튜브 및 밸브)에 의해 흐름이 느려지기 때문에 켜지는 속도가 느리다는 사실을 발견했습니다. ). .
그러나 하버드 연구원들은해결 방법. 이러한 장난감을 구부리면 많은 양의 에너지가 방출된다는 점에 주목하여 두 개의 개폐식 덮개가 있는 액추에이터를 설계했습니다. 외부 캡이 팽창되면 내부 캡에 대한 압력이 증가합니다. 구부러지면 에너지가 방출되어 장치가 움직입니다.
소프트 로봇에는 다음과 같은 잠재력이 있습니다.화성과 그 뒤로까지 확장되고, 그들은 의심할 여지 없이 앞으로 몇 년 안에 사회의 큰 부분이 될 것입니다. 그들의 능력은 인간의 상상력에 의해서만 제한됩니다.
소프트 로봇과 인간
소프트 바디 로봇은 다음과 같은 기능을 제공합니다.인간과 로봇 사이의 사회적, 촉각적 상호작용은 부적절한 정서적 애착의 가능성과 사용자의 개인적, 사회적 파괴적 행동의 가능성을 신중하게 고려해야 합니다. 인간-로봇 상호 작용과 관련된 윤리적 문제와 사회적 상호 작용의 맥락에서 소프트 로봇 공학 설계에 기여해야 하는 방법은 Soft Robotics 저널의 기사에서 논의됩니다.
터프츠 대학교의 토마스 아놀드와 마티아스 쇼이츠,메사추세츠주 메드포드(Medford)는 "소프트 로봇 공학의 촉각 윤리: 인간-로봇 상호 작용을 위한 지능형 설계"라는 제목의 기사를 공동 저술했습니다. 그들은 소프트 로봇이 환경을 만지고 상호 작용할 수 있는 능력, 로봇과 인간의 일방적인 감정적 연결을 형성할 때 발생할 수 있는 잠재적 위험, 소셜 로봇이 무엇을 위해 설계되어야 하는지 등 광범위한 주제를 탐구합니다. 소프트 로봇과 관련된 윤리적 문제 및 사회에 대한 잠재적 위험을 설명하기 위해 저자는 섹스 로봇의 예를 논의합니다.
의사 Arnold와 Schoitz는 세 가지 공통점을 제안합니다.사회적인 사람과 로봇의 맥락에서 소프트 로봇을 개발하는 원리. 그들은 소프트 로봇 커뮤니티가 인간-로봇 상호 작용의 품질과 효율성을 개선하는 방법으로 이러한 윤리적 문제를 해결하도록 권장합니다. “소프트 로봇 기술은 곧 인간과 직접 상호 작용하는 기계를 가져올 것입니다. 그들이 사회적 상황에 미칠 수 있는 영향에 대해 생각하기 시작하는 것이 중요합니다. 매사추세츠주 메드포드에 있는 터프츠 대학교에서 신경역학 및 생체모방 장치 연구소를 운영하는 Barry A. Trimmer 박사는 이 논문에서 몇 가지 주요 문제를 간략히 설명하고 인간-로봇 관계에 대한 진지한 논의를 위한 훌륭한 지침을 제공합니다. .
읽어보기
세계 최초의 정확한지도가 만들어졌습니다. 다른 사람들에게 무슨 문제가 있습니까?
허블의 행성상 성운 사진을보세요.
물리학 자들은 블랙홀의 아날로그를 만들어 호킹의 이론을 확인했습니다. 어디로 가는가?