자연은 뱀, 지렁이, 달팽이, 애벌레와 같은 동물의 많은 예를 제공한다. 이들은 신체의 유연성과 신체 길이를 따라 물리적 진행파를 생성하는 능력을 모두 사용하여 다양한 환경을 이동하고 탐색한다. 그들의 움직임 중 일부는 식물 뿌리와 유사하다.
자연에서 영감을 얻는 동시에 새로운 기술을 개발하면서 새로운 생물학적 현상을 드러내는 것이 바바라 마졸라이(Barbara Mazzolai)가 조정하는 생체에서 영감을 받은 소프트 로봇 공학 연구실의 주요 목표이며, 이 지렁이 같은 로봇은 그녀의 그룹에서 나온 최신 발명품이다.
지렁이를 닮은 로봇의 탄생은 지렁이의 이동역학에 대한 철저한 이해와 응용을 통해 가능했다. 그들은 근육층의 교대 수축을 사용하여 역행 연동파를 생성하여 토양 표면 위와 아래에서 스스로를 추진한다. 신체의 개별 부분(메타미어)에는 힘을 발휘하고 독립적이고 국부적이며 가변적인 움직임 패턴을 수행하기 위해 내부 압력을 제어하는 특정 양의 유체가 있다.
IIT 연구원들은 지렁이의 형태를 연구하고 부드러운 로봇 솔루션을 만들어 근육 움직임, 일정한 부피의 체강 및 강모 같은 털(강모)의 기능을 모방하는 방법을 찾았다.
연구팀은 지렁이의 적대적인 근육 운동을 구현하는 연동 소프트 액추에이터(PSA)를 개발했다. 중립 위치에서 공기가 펌핑되면 늘어나고 공기가 추출되면 압축된다. 로봇 지렁이의 전체 몸체는 인터링크로 연결된 5개의 PSA 모듈이 직렬로 연결되어 있다. 현재 프로토타입은 길이 45cm, 무게 605g이다.
각 액추에이터에는 알려진 양의 유체를 캡슐화하는 엘라스토머 피부가 있어 지렁이의 내부 체강 유체의 일정한 부피를 모방한다. 지렁이 분절은 길이 방향으로 짧아지고 원주 방향으로 넓어지며 개별 일정한 체적 챔버의 세로 근육이 수축함에 따라 방사형 힘을 발휘한다. 길항적으로 세그먼트는 전후방 축을 따라 길어지고 원주 근육의 수축으로 원주 방향으로 얇아져 축을 따라 침투력이 발생한다.
모든 단일 액추에이터는 1bar의 정압에서 최대 신장률 10.97mm, 부압 0.5bar에서 최대 압축 11.13mm를 보여 단일 액추에이터 모듈에서 종방향 및 반경 방향 힘을 모두 생성할 수 있는 고유한 기능을 제공한다.
평평한 표면에서 로봇을 추진하기 위해 지렁이의 강모에서 영감을 얻은 작은 수동 마찰 패드가 로봇의 복부 표면에 부착되었다. 로봇은 1.35mm/s의 속도로 개선된 운동을 보여주었다.
본 연구는 연동 지렁이와 같은 소프트 로봇을 개발하기 위한 새로운 방법을 제안할 뿐만 아니라 다양한 환경에서 생체 영감을 받은 관점에서 이동에 대한 더 깊은 이해를 제공한다. 이 기술의 잠재적 응용 분야는 지하 탐사, 발굴, 지하 환경에서의 수색 및 구조 작업, 다른 행성 탐사를 포함하여 방대하다.
생체에서 영감을 받은 이 굴착 소프트 로봇은 소프트 로봇 분야에서 중요한 진전을 이루었으며 미래의 발전을 위한 문을 연다.
