학과소식

박형순 교수, 김택수 교수 공동연구팀, 로봇 손의 작업 안정성 및 조작성을 향상시켜줄 수 있는 인체모사 피부 개발

관리자 2020.06.08

파일

그림1. 사람 피부 구조를 모사한 인체모사 3층 피부 구조


그림2. 인체모사 3층 피부를 부착한 로봇 손의 동작 모습



그림3. 왼쪽부터 김택수 교수(교신저자/KAIST), 김철규 박사(공동 제1저자/KAIST), 허시환 박사과정(공동 제1저자/KAIST), 박형순 교수(교신저자/KAIST)

우리과 박형순 교수, 김택수 교수 공동연구팀이 로봇 손의 작업 안정성 및 조작성을 향상시켜줄 수 있는 인체모사 피부를 개발하였습니다. 연구팀은 사람 손바닥 피부의 기계적 물성을 모사함으로써 사람 손바닥이 가진 물체 조작시의 이점을 인공 피부구조에 재현하였습니다. 개발한 피부구조를 표면에 부착하는 것을 통해 기존 로봇 손 시스템 뿐만 아니라 로봇 그리퍼(gripper)나 매니퓰레이터(manipulator)등 물체를 잡고 조작하는 다양한 시스템의 작업 성능을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대됩니다.
허시환 박사과정 학생과 김철규 박사가 공동 제1저자로 참여하고 한국연구재단이 추진하는 바이오닉암메카트로닉스융합연구사업 및 선도연구센터지원사업(웨어러블플랫폼소재기술센터)으로 수행된 이번 연구는 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)’에 5월 8일 선공개 되었습니다. (논문명: Human-Palm-Inspired Artificial Skin Material Enhances Operational Functionality of Hand Manipulation)
사람 손과 같이 높은 작업 능력을 달성할 수 있는 로봇 손, 매니퓰레이터는 의수나 산업용 기계 등 다양한 분야에서 달성하고자 하는 목표입니다. 이를 위하여 다양한 동작을 수행할 수 있는 골격구조뿐만 아니라 압력이나 온도를 느끼는 등 다양한 기능성 피부들도 개발되고 있습니다.
연구팀은 사람 피부의 감각 기능에서 더 나아가 물체를 안정적으로 잡고 조작하는 측면의 기능을 모사한 인체모사 피부를 개발하였습니다. 사람 손바닥 피부를 겉 피부층, 피하지방층, 근육층의 3층 구조로 나누어 분석하고 특히 부드러운 지방 세포조직과 질긴 격벽 조직이 함께 있어 누름에는 말랑말랑하면서 당김 변형에는 저항하는 피하지방층의 비대칭적 물성을 분석하여 이가 피부 기능성의 핵심임을 밝혀냈습니다. 이후 이를 유사한 비대칭적 물성을 가진 다공성 latex 구조로 재현하여 인체모사 피부구조의 기능성을 달성했습니다.
개발한 피부구조는 정량적인 실험 및 유한요소시뮬레이션 기법을 활용하여 검증되었습니다. 분석 결과 개발한 피부를 로봇 피부로 활용하였을 때 기존에 사용되던 단층 실리콘 피부 대비 30% 정도 더 높은 작업 안정성 및 조작성을 달성할 수 있었습니다.
연구팀은 해당 기술은 별도의 복잡한 시스템 추가 없이 단순히 사용하고 있는 로봇 손, 매니퓰레이터에 개발한 피부를 부착하는 것을 통해 물체 조작능력을 크게 키워줄 수 있는 장점이 있다며 향후 로봇 손, 매니퓰레이터의 기능성 향상에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다고 하였습니다.