해파리에서 영감을 받은 수중 로봇이 해양 폐기물을 정화할 수 있다

TL;DR 요약

• 해파리-봇(Jellyfish-Bot)은 주변 환경에 최소한의 영향을 주며 폐기물을 포획하고 취약한 샘플을 수집할 수 있다.

• 전기유압 액추에이터가 로봇의 이동을 구동하여 소음이 없고 비접촉식 폐기물 수집 도구를 생성한다.

• 향후 개선 목표는 Jellyfish-Bot을 무선으로 만들고 항법 및 운영 능력을 향상시키는 것이다.

세계의 바다가 오염의 영향을 계속 받으면서, 슈투트가르트의 막스 플랑크 지능형 시스템 연구소(MPI-IS) 로봇공학자들이 해결책을 제시했을 가능성이 있다. 해파리에서 영감을 받아 그들은 해저 폐기물 정화에 도움이 될 수 있는 새로운 수중 로봇을 개발했다.

Jellyfish-Bot은 인공 근육을 통해 몸체 아래에 공기 와류를 생성하여 물리적 접촉 없이 폐기물을 수집할 수 있는 방식으로 이동할 수 있도록 설계되어 거의 무음으로 작동한다. 산호초와 같은 섬세한 환경과 안전하게 상호작용할 잠재력을 지닌 이 혁신적인 로봇은 환경 복원에 귀중한 도구가 될 수 있다.

Jellyfish-Bot 소개: 자연에서 영감을 받은 수중 로봇

지구 표면의 70% 이상이 불행히도 심각한 오염에 시달리는 바다로 덮여 있어, 이러한 매우 민감한 생태계에 쌓인 폐기물 더미를 처리하기 위해 수중 로봇을 활용하는 것이 전략이 되었다.

그러나 기존 프로토타입은 일반적으로 크고 시끄러운 액추에이터와 제한된 구성을 사용한다. Jellyfish-Bot이라는 새로운 로봇은 환경 복원에 중요한 도구가 될 수 있다. 거의 소음이 없는 이 프로토타입은 물리적 접촉 없이 몸체 아래에 물체를 포획하여 산호초와 같은 섬세한 환경에서 안전한 상호작용을 가능하게 한다.

Jellyfish-Bot 로봇은 인공 근육 역할을 하여 로봇에 동력을 공급하는 6개의 전기유압 액추에이터로 구성된다. HASEL(하이젤)은 전기를 사용하여 이동을 생성하는 인공 근육이다. 이들은 액체 유전체가 채워진 플라스틱 주머니와 부분적으로 전극으로 덮여 있다. 전극에 높은 전압이 가해지면 양전하를 띠게 되고, 이는 주변의 물을 음전하로 만든다. 이는 주머니 내부의 오일을 앞뒤로 움직여 액추에이터가 펄럭이게 한다.

수중 로봇은 전선을 통해 흐르는 주기적인 전류로 몸체 아래에 소용돌이를 만들어 우아하게 수영하며 주변 물을 순환시킨다. MPI-IS 물리 지능 부서에 재직 중인 박사후 연구원이자 논문 제1저자인 천루 왕(Tianlu Wang)은 해파리가 위로 헤엄칠 때 주변 물을 순환시켜 영양분을 수집할 수 있으며 경로상의 물체를 포획할 수 있다고 설명한다.

이 기능은 환경이나 수생 생물에 해를 끼치지 않고 폐기물 입자나 물고기 알과 같은 섬세한 생물학적 샘플을 효율적으로 수집한다. 수집된 쓰레기는 소음 방해가 최소화되는 상태로 표면으로 운반되어 재활용된다.

왕은 로봇이 해저에서 물고기 알과 같은 섬세한 생물학적 샘플을 수집하여 표면으로 가져올 수 있다고 말했다. 연구 저자들은 해양 쓰레기의 상당 부분이 해저에 쌓이며 플라스틱이 주범이라고 지적한다. 그들은 쓰레기를 수집하여 표면으로 운반할 수 있는 로봇을 만드는 것이 중요하며, 이러한 로봇이 해양 정화에 도움이 되기를 희망한다.

Jellyfish-Bot 로봇의 설계는 거의 무음에 가까워 현재 이용 가능한 다른 로봇 솔루션보다 덜 침습적인 폐기물 수집 도구를 제공한다. 전류가 액추에이터를 통해 흐르며 '근육'을 수축하고 확장시켜 로봇의 이동을 구동한다.

Jellyfish-Bot은 이제 설계의 일부로 물체를 집어 들고 잡을 수 있는 팔을 갖추고 있다. 주(Joo)는 네 개의 팔을 프로펠러로, 나머지 두 개를 그리퍼로 작동시키거나 로봇을 다른 방향으로 조종하기 위해 팔의 하위 집합만 작동시켜 물체를 집는 것을 달성했다고 설명했다. 또한 그들은 여러 로봇의 집단 작동을 어떻게 수행할지 탐구했다.

예를 들어, 우리는 두 대의 로봇을 사용하여 단일 로봇으로는 매우 어려운 마스크를 들어 올렸다. 두 대의 로봇은 무거운 하물을 운반하는 데 협력할 수도 있다. 그러나 현재 우리의 Jellyfish-Bot은 전선이 필요하다. 이는 우리가 정말로 미래에 바다에서 사용하고자 한다면 단점이다.

다음으로 팀은 전선 없이 작동할 수 있도록 Jellyfish Bot을 완전히 자율적으로 발전시키기를 희망한다. 또한 그들은 해류에 더 잘 견디기 위해 크기와 내구성을 증가시킬 계획이다. 추가로 팀은 폐기물 수집을 넘어 해양 생명체 모니터링 및 연구와 같은 로봇의 잠재적 응용 분야를 탐구하기를 희망한다.

Jellyfish-Bot의 개발은 환경 복원을 위한 로봇 기술 사용에서 중요한 진전을 의미한다. 덜 침습적이고 거의 소음이 없는 폐기물 수집 도구를 제공함으로써 이 로봇은 우리 바다를 정화하고 섬세한 생태계를 보존하는 데 중요한 역할을 할 수 있다.