작은 공기 폭발로 구동되는 곤충 크기의 로봇이 코넬대학교 연구팀에 의해 개발돼 연구 성과가 네이처지 온라인판에 실렸다. 개발된 로봇은 기어가거나 도약하는 방식으로 이동하고, 자기 무게의 20배 이상의 물건을 운반할 수 있다.
뉴욕주 이타카 소재 코넬 대학교의 재료 엔지니어 부문 로버트 셰퍼드 교수와 캐머론 어빈 연구원이 주도한 팀은 작은 액추에어터로 구동되는 조금 큰 곤충 크기의 로봇을 개발했다. 액추에이터는 로봇의 네 팔에 각각 드럼통 모양으로 설치됐으며, 상단에 탄성 실리콘 고무가 장착된 속이 빈 실린더 구조다.
액추에이터는 전기, 유압, 압축공기 등을 사용해 축을 움직이는 원동기의 총칭이다. 보통은 유체 에너지를 이용해 작업을 수행하지만, 이번에 개발한 소형 로봇은 소형 원통 속에서 공기가 폭발해 동력을 만들어 낸다.
연구원들은 로봇의 발 각각에 네 개의 액추에어터를 사용해 로봇을 구동시켰다. 공기 폭발에 의한 추진력으로 움직이기 때문에 로봇의 점프 능력이 월등히 뛰어나다. 로봇은 또 네 발로 기어가는 것도 가능하도록 설계됐다. 이를 위해 메탄과 산소가 각 발에 공급되고 배터리에서 전기가 발생한다. 물과 이산화탄소를 형성하는 가스 사이의 반응으로 인해 작은 폭발이 일어나 에너지가 방출되며 연쇄적으로 액추에이터 상단의 실리콘 고무 층이 변형된다. 이것이 피스톤과 같은 역할을 하면서 로봇에 동력을 주는 것이다.
작은 폭발은 빠르고 신속하며, 폭발 정도는 세밀하게 제어되기 때문에 고무를 태우거나 손상시키는 불꽃을 발생시키지 않는다. 그러면서도 로봇이 점프할 만큼 큰 추진력을 제공하는 기계적 효율성이 높다. 로봇은 56cm 높이까지 점프할 수 있으며 자체 무게의 22배에 달하는 하중의 짐을 운반할 수 있다.
일리노이주 에번스턴 노스웨스턴 대학교의 재료 과학자 라이언 트루비 교수는 "개발된 로봇은 화학적 원리를 로봇공학으로 접목시키는 동시에 곤충 정도 크기의 기계도 인상적인 기능을 수행할 수 있음을 보여준 결과물“이라고 호평했다.
로봇은 작고 가볍지만 강력한 운반 능력을 보유하고 먼 거리를 이동할 수 있다. 업계에서는 이 로봇이 매우 좁은 공간에서의 환경 모니터링 등 제한된 공간에서의 탐사와 함께, 각종 수색 및 구조 분야에서도 널리 활용될 것으로 기대했다. 개발된 로봇의 작동 원리와 적용 기술은 지난주 사이언스지에도 실렸다.
개발된 로봇은 몇 가지 추가 개발을 거쳐 현장에 투입될 예정이다. 현재 가스 공급 장치와 배터리가 포함된 패널 연결 작업이 진행 중이다. 로봇 구동을 위해 연료를 연소하는 기능의 추가 개발도 필요하다. 네 개의 발 각각에서 작은 폭발이 발생해 로봇이 움직이는데, 각각의 폭발은 균일해야 한다. 또 주변 환경에 맞추어 제어되는 액추에어터 구동력이 필요하다.