자기 로봇은 걷고, 기어가고, 수영합니다.

2023년 8월 3일 MIT 뉴스 코멘트 남기기

제니퍼 미칼로스키(Jennifer Michalowski) | MIT 뉴스 오피스

MIT 과학자들이 약한 자석으로 제어할 수 있는 작고 부드러운 몸체의 로봇을 개발했습니다. 고무 같은 자기 나선으로 구성된 로봇은 간단하고 적용하기 쉬운 자기장에 반응하여 걷고, 기어가고, 수영하도록 프로그래밍할 수 있습니다.

지난 6월 3일 자기 로봇에 관한 공개 논문을 발표한 폴리나 아니키바(Polina Anikeeva) 교수는 “1차원 자기장으로 로봇의 3차원 이동을 제어할 수 있는 것은 이번이 처음”이라고 말했습니다. Advanced Materials 저널에 게재됨. “그리고 그것들은 주로 폴리머로 구성되어 있고 폴리머는 부드럽기 때문에 활성화하기 위해 매우 큰 자기장이 필요하지 않습니다. 실제로 이러한 로봇을 구동하는 것은 아주 작은 자기장입니다.”라고 MIT의 재료 과학, 공학, 뇌 및 인지 과학 교수이자 McGovern 뇌 연구 연구소 부연구원이자 MIT 부소장인 Anikeeva는 덧붙입니다. 전자 연구소이자 MIT K. Lisa Yang 뇌-신체 센터 소장입니다.

새로운 로봇은 제한된 공간을 통해 화물을 운송하는 데 매우 적합하며 고무 본체는 취약한 환경에도 부드럽기 때문에 이 기술이 생물 의학 응용 분야로 개발될 수 있는 가능성을 열어줍니다. Anikeeva와 그녀의 팀은 로봇의 길이를 밀리미터로 만들었지만 동일한 접근 방식을 사용하여 훨씬 더 작은 로봇을 생산할 수 있다고 말합니다.

엔지니어링 자기 로봇

Anikeeva는 지금까지 자기 로봇이 움직이는 자기장에 반응하여 움직였다고 말합니다. 그녀는 이러한 모델에 대해 “로봇이 걷기를 원한다면 자석이 로봇과 함께 걷는다”고 설명합니다. 회전하고 싶다면 자석을 회전시키면 됩니다.” 이는 그러한 로봇이 배포될 수 있는 설정을 제한합니다. “매우 제한된 환경에서 작동하려는 경우 움직이는 자석이 가장 안전한 솔루션이 아닐 수 있습니다. 전체 샘플에 자기장을 적용하는 고정된 기기를 원할 것입니다.”라고 그녀는 설명합니다.

Anikeeva 연구실의 대학원생이었던 이영빈 PhD '22 박사는 이 문제에 대한 해결책을 고안했습니다. 그가 Anikeeva 연구실에서 개발한 로봇은 균일하게 자화되지 않습니다. 대신, 그들은 서로 다른 구역과 방향에서 전략적으로 자화되어 단일 자기장이 자기력의 움직임을 주도하는 프로필을 가능하게 할 수 있습니다.

그러나 자화되기 전에 유연하고 가벼운 로봇 본체를 제작해야 합니다. Lee는 서로 다른 강성을 지닌 두 종류의 고무를 사용하여 이 과정을 시작합니다. 이것을 서로 끼워 넣은 다음 가열하고 늘려서 길고 얇은 섬유로 만듭니다. 두 소재의 특성이 다르기 때문에 고무 중 하나는 이러한 스트레칭 과정을 통해 탄성을 유지하지만 다른 하나는 변형되어 원래 크기로 돌아갈 수 없습니다. 따라서 긴장이 풀리면 섬유의 한 층이 수축하여 다른 쪽을 잡아당겨 전체를 단단한 코일로 끌어당깁니다. Anikeeva는 나선형 섬유가 오이 식물의 구불구불한 덩굴손을 모델로 삼았다고 말합니다. 이 덩굴손은 세포의 한 층이 물을 잃을 때 나선형을 그리며 두 번째 층보다 더 빠르게 수축합니다.

세 번째 재료(입자가 자성을 가질 가능성이 있는 재료)는 고무 섬유를 통과하는 채널에 통합됩니다. 따라서 나선형이 만들어지면 특정 유형의 움직임을 가능하게 하는 자화 패턴이 도입될 수 있습니다.

"영빈 씨는 자신이 프로그래밍한 대로 로봇이 움직일 수 있도록 로봇을 자기화하는 방법에 대해 매우 신중하게 생각했습니다."라고 Anikeeva는 말합니다. "그는 실제로 걷거나 기어가기 시작할 자기장을 적용할 때 힘의 프로파일을 설정하는 방법을 결정하기 위해 계산을 했습니다."

예를 들어, 애벌레 모양의 크롤링 로봇을 형성하려면 나선형 섬유를 완만한 기복 모양으로 만든 다음 몸체, 머리, 꼬리를 자화시켜 로봇의 운동 평면에 수직으로 적용되는 자기장이 몸체를 움직이게 합니다. 압박 붕대. 필드가 0으로 줄어들면 압축이 풀리고 크롤링 로봇이 늘어납니다. 이러한 움직임이 함께 ​​로봇을 앞으로 나아가게 합니다. 발 모양의 나선형 섬유 두 개가 관절로 연결된 또 다른 로봇은 마치 걷는 것과 같은 움직임을 가능하게 하는 패턴으로 자화된다.