메뚜기

Oct 09, 2023

루펜드라 브라함하트 - 2023년 3월 11일 오후 12:55 UTC

슈퍼휴먼은 현실 세계에 존재하지 않지만, 언젠가는 슈퍼로봇을 보게 될 수도 있습니다. 분명히 인간보다 더 강하고, 빠르고, 더 나은 로봇을 만들 수 있지만, 우리가 로봇을 얼마나 더 좋게 만들 수 있는지에는 한계가 있다고 생각하시나요?

재료 과학과 소프트 로봇 공학의 지속적인 발전 덕분에 과학자들은 이제 미래의 로봇이 비인간 생물학의 한계를 뛰어넘을 수 있는 새로운 기술을 개발하고 있습니다. 예를 들어, 콜로라도 대학교 볼더(University of Colorado Boulder) 연구팀은 최근 자신의 두께보다 200배 더 뛰어오를 수 있는 소프트 로봇을 만들 수 있는 재료를 개발했습니다. 지구상에서 가장 놀라운 도약 동물 중 하나인 메뚜기는 공중으로 도약할 수 있는 길이가 자기 몸 길이의 20배에 불과합니다.

곤충보다 성능이 뛰어남에도 불구하고 고무와 같은 점프 재료를 개발한 연구자들은 메뚜기에서 영감을 얻었다고 말합니다. 곤충과 마찬가지로 이 물질은 해당 지역에 많은 양의 에너지를 저장했다가 점프하는 동안 한꺼번에 방출합니다.

고무 같은 필름은 가교된 폴리머 네트워크로 구성된 특수 소재인 액정 엘라스토머(LCE)로 구성됩니다. 이들은 엘라스토머(타이어, 접착제, 소프트 로봇을 만드는 데 사용)와 액정(TV 디스플레이, 인공 근육, 마이크로봇을 만드는 데 사용)의 특성을 나타내며 다양한 외부 자극에 매우 반응합니다. 전반적으로 LCE는 기존 엘라스토머보다 더 강력하고 유연하며 더 나은 액추에이터입니다.

이 연구의 첫 번째 저자인 Tayler Hebner와 그녀의 동료들은 LCE와 그 형태 변화 능력을 조사하고 있었습니다. 당시에는 점핑 로봇을 만들 생각이 없었지만 LCE의 흥미로운 동작을 관찰했습니다. Hebner는 보도 자료에서 "우리는 액정 엘라스토머가 왜 우리가 예상한 모양을 만들지 못하는지 궁금해하면서 핫 플레이트 위에 앉아 있는 액정 엘라스토머를 보고 있었습니다. 갑자기 테스트 단계에서 곧바로 조리대 위로 뛰어올랐습니다."라고 말했습니다.

뜨거운 장소에 닿자마자 물질은 먼저 뒤틀리고 뒤집어졌다가 갑자기 다음 6밀리초 내에 두께의 약 200배 높이까지 공중으로 뛰어올랐습니다.

연구진은 LCE가 열에 반응하여 메뚜기와 유사한 물질이 개발된다는 사실을 깨달았습니다. 이번 연구에 참여하지 않은 워털루 대학교의 재료 과학 전문가인 하메드 샤사반(Hamed Shahsavan)은 이러한 발견에 대해 논평하면서 "LCE는 일반적으로 열이나 빛에 반응합니다. 이 연구에서도 열을 사용하여 에너지를 생성합니다. LCE의 변형과 점프에 필요합니다."

연구진에 따르면 메뚜기와 유사한 물질은 3개의 엘라스토머 층과 액정으로 구성되어 있다. 재료가 가열되면 엘라스토머 층이 수축하기 시작하지만 아래쪽 층보다 덜 단단한 위쪽 두 층에서 수축 속도가 더 빠릅니다. 동시에 액정도 수축되기 시작합니다. 이러한 불균형한 변화의 결과로 로봇 본체 뒷면의 다리 근처에 원뿔 모양의 형태가 나타납니다.

로봇에는 4개의 모서리 면에 4개의 다리가 부착되어 있습니다. 앞쪽에 짧은 다리 2개, 뒤쪽에 긴 다리 2개가 있습니다. 연구원에 따르면 짧은 다리에 비해 긴 뒷다리는 더 높은 접촉 지점을 제공하여 스냅 스루 힘으로 재료를 원하는 각도로 들어 올릴 수 있습니다.

많은 양의 에너지가 콘에 저장되어 필름의 기계적 불안정성을 초래합니다. LCE가 더욱 가열됨에 따라 원뿔 모양의 구조물이 빠르게 반전되고 재료가 공중으로 튀어오르게 됩니다. 연구 저자들은 "각 LCE의 동심원 방향 패킹은 원뿔 모양의 방향성 변화를 프로그램합니다. 그러나 LCE의 반응 변화와 재료의 기계적 특성은 시간적 불안정성을 나타내는 것으로 나타났습니다. 독립된 영화의 스냅스루로 말이죠."