로봇 팔로 환생한 죽은 거미: 오랫동안 기다려온 소형 공압 그리퍼 출시

자연은 로봇 연구와 개발에 많은 영감을 주었고, 생체공학 로봇은 끝없이 등장합니다. 그런데 실제 동물의 몸을 부품으로 사용하는 로봇을 본 적이 있나요?

아래 그림과 같이 죽은 거미는 자신보다 무거운 물체를 집는 기계적인 그리퍼로 사용되고 있습니다.

이것은 미국 라이스 대학의 연구이며, 논문은 고급 과학:

논문 주소: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202201174

우리는 거미의 하중 지지 능력이 매우 뛰어나다는 것을 알고 있습니다. 강하고 자신의 무게보다 큰 물건을 운반할 수 있습니다. 하지만 사람들이 비슷한 기능을 가진 로봇을 만드는 것은 극히 어렵습니다. 라이스 연구는 거미 자체를 직접적으로 활용합니다.

살아있는 거미는 혈압을 조절하여 팔다리를 조절합니다. 압력이 높을수록 팔다리가 늘어납니다. 체내 혈압이 떨어지면 힘의 균형을 맞추기 위한 혈압이 부족하여 팔다리가 휘어집니다. 굴근 근육의.

연구원들은 이 원리가 죽은 거미의 팔다리를 움직이는 데 사용될 수 있다고 믿습니다. 그들은 거미의 몸에 주사바늘을 삽입하고 그 안에 약간의 공기를 주입하여 거미의 모든 다리가 확장되고 펴지면서 죽은 거미의 팔다리가 늘어나도록 제어했습니다.

이것을 살펴보겠습니다. 거미 그리퍼가 할 수 있는 일, 다른 거미 잡기:

회로 기판 조작:

이 작업에서 연구원들은 무생물(죽은 거미, 늑대 거미의 전신)을 사용했습니다. 연구자들은 이것이 괴사공학 연구 분야를 향한 첫 번째 단계라고 말하는 생물학적 작동기(그림 1) 역할을 합니다. 이 연구의 전략은 연구자들이 복잡한 엔지니어링 시스템에서 구현되는 디자인 아이디어를 얻기 위해 거미의 물리적 형태를 찾는 생체 모방 접근 방식과 다릅니다. 또한 본 연구는 살아있는 또는 활성 생물학적 물질을 기반으로 하지 않으므로 정교한 유지 관리가 필요하지 않다는 점에서 바이오하이브리드 시스템과 다릅니다.

이 연구에서는 거미 시체를 사용하여 단 한 번의 간단한 조립 단계로 완벽하게 기능할 수 있는 공압 구동 그리퍼를 만들어 유체 구동 장치 제조의 지루한 단계를 피했습니다.

예를 들어, PneuNet 그리퍼에는 일반적으로 3D 프린팅된 금형, 주조 및 조립이 필요한 여러 가지 구성 요소, 경화하는 데 몇 시간 또는 며칠이 걸리는 엘라스토머가 필요하므로 이는 번거롭습니다. 이번 연구에서 거미 시체를 활용해 구현한 공압 그리퍼는 자기 무게의 1.3배에 달하는 물체를 들어올릴 수 있고, 최대 체결력 0.35mN을 생성하며, 약 700회의 작동 주기를 견딜 수 있다.

연구원들이 거미 그리퍼를 만드는 과정은 대략 다음과 같습니다. 거미 사체의 몸통 앞쪽 부분에 바늘을 삽입한 후 바늘을 거미 몸에 접착제로 고정하여 봉인을 만듭니다. (그림 1b). 바늘 삽입부터 접착제 세팅까지 모든 작업이 가능한 그리퍼를 만드는 데까지 약 10분이면 완료됩니다.

거미는 내부 수압을 높이기 위해 앞몸의 근육을 적극적으로 수축하여 각 다리를 확장합니다. 스파이더 그리퍼의 경우, 외부 공압 소스가 스파이더의 고유한 조절을 대체하여 스파이더 내부의 압력이 대기압 이상으로 증가함에 따라 팔다리를 작동시킵니다(그림 1c). 가압과 감압은 각각 거미의 모든 다리를 동시에 열고 닫아 효과적으로 그리퍼 역할을 합니다.

아래 그림은 스파이더 그리퍼의 힘과 변위 표현을 보여줍니다.

논문의 저자 중 한 명인 Faye Yap은 이 연구의 영감이 생활 관찰에서 나왔다고 말했습니다. "어느 날 우리가 실험실에서 물건을 옮기고 있을 때 가장자리에 웅크리고 있는 거미를 발견했습니다. 거미는 죽을 때 몸을 웅크리는 이유가 궁금했습니다.

Faye Yap

그들은 백과사전을 검색하여 답을 찾았습니다. 거미는 적대적인 성향이 없습니다. 근육 쌍(예: 인간의 이두근 및 삼두근)에는 다리를 수압적으로 구부리고 바깥쪽으로 뻗을 수 있는 굴근만 있습니다. 죽은 후에는 신체에 적극적으로 압력을 가하는 능력을 상실하여 몸을 웅크리게 됩니다.

Yap과 다른 연구원들은 이것이 흥미롭다고 생각하여 이 메커니즘을 활용하는 방법을 찾으려고 노력했습니다.

작은 거미가 큰 거미보다 하중을 더 잘 견딜 수 있다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 예를 들어, 10mg의 작은 깡충거미는 체중의 200%를 초과하는 악력을 발휘할 수 있는 반면, 200g의 거대 거미는 체중의 10%에 불과한 악력을 가질 수 있습니다.

그러나 이 연구 동안 거미는 무사하지 않았습니다. 연구진은 "거미의 윤리적 조달과 인도적인 안락사에 대한 명확한 지침은 없다"고 말했다. .

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