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소프트 로봇 가오리가 방금 바다에서 가장 깊은 곳을 탐험했다. 심해 물고기에서 영감을 받은 중국의 한 팀은 마리아나 해구의 바닥인 가장 낮은 저지대의 가혹한 조건을 견딜 수 있는 부드러운 자율 로봇을 설계했다.

https://singularityhub.com/2021/03/09/this-stingray-like-soft-robot-went-35000-feet-below-sea-level-and-thrived-there/

JM Kim | 기사입력 2021/03/11 [00:00]

소프트 로봇 가오리가 방금 바다에서 가장 깊은 곳을 탐험했다. 심해 물고기에서 영감을 받은 중국의 한 팀은 마리아나 해구의 바닥인 가장 낮은 저지대의 가혹한 조건을 견딜 수 있는 부드러운 자율 로봇을 설계했다.

https://singularityhub.com/2021/03/09/this-stingray-like-soft-robot-went-35000-feet-below-sea-level-and-thrived-there/

JM Kim | 입력 : 2021/03/11 [00:00]

지난달 NASA Perseverance 탐사선이 극적으로 강하하는 것을 모든 시선이 주시했지만 한 팀은 로봇을 집에 더 가까운 심해인 다른 외계 세계로 보냈다.

우뚝 솟은 해저 산, 극적인 지질학적 특징, 독특한 생물(그 중 상당수가 미스테리로 남아 있음)이 있는 심해는 지구상에서 미지의 마지막 환경이다. 접근성은 놀라운 것이 아니다. 용감한 탐험가를 검게 물든 물에 가라 앉히면 얼어붙는 온도와 압도적인 압력을 받게 된다. 압력을 받고 있는 금속이 삐걱 거리는 소리를 들어 본 적이 있는가? 정말 무섭다. 보호 장치가 없으면 로봇의 작은 전자 부품은 기회가 없다.

이러한 적대적인 조건에도 불구하고 생물학은 번창할 수 있는 방법을 찾았다. 그리고 과학자들은 주목했다. 심해 물고기에서 영감을 받은 중국의 한 팀은 마리아나 해구의 바닥인 가장 낮은 저지대의 가혹한 조건을 견딜 수 있는 부드러운 자율 로봇을 설계했다. 로봇의 몸은 대략 가오리와 비슷하며, 두 개의 큰 날개가 퍼덕거리는 지느러미와 주변 물을 쉽게 이동할 수 있는 꼬리가 있다.

https://youtu.be/2hVjTG4aYyE

Soft robot free swimming in deep lake

로봇의 섬세한 전자 장치는 하나의 ''가 아니라 벌레의 신경계와 유사한 실리콘 몸체를 통해 퍼져 있다. 이 디자인은 무겁고 투박한 압력 저항 케이스의 필요성을 제거한다고 설명하며 싱가포르 국립 대학교와 링컨 대학교의 Cecilia Laschi Marcello Calisti 박사는 작업에 참여하지 않았다.

단지 이론적인 이야기가 아니다. 팀은 로봇을 시험에 투입하여 실제로 바다의 가장 깊은 부분인 마리아나 해구의 바닥에 가라 앉혔다. 로봇은 번성하여 주변을 펄럭이며 아마도 호기심이 많거나 당황한 원주민 해양 동물일 것이다.

Laschi Calisti는 봇이 "달성할 수 있는 것의 경계를 넓힌다."고 말했다. 심해는 독특한 생물학, 거대한 지질학적 특징 및 광물 자원의 금광이다. 부드럽지만 손톱처럼 힘든 로봇으로 우리는 마침내 미지의 심해를 탐험할 방법을 갖게 될 것이다.

 

압력 아래

마리아나 해구 아래로 이동하는 것은 산소 없이 에베레스트 산을 확장하는 것보다 어렵다.

해발 35,000 피트가 넘는 챌린저 해연은 트렌치의 가장 낮은 지점을 나타낸다. 이 압력은 머리를 감싸기 어렵다. 해수면에서 정상 대기압의 약 천 배 또는 "엄지 손가락에 서있는 코끼리"로 더 다채롭게 묘사된다.

이러한 미친 압력이 심해 탐사 장비가 일반적으로 강력하게 시행되는 이유이다. "강성 로봇과 기계는 이를 캡슐화 하기 위해 압력 용기가 필요하다"고 저자는 설명했다. 이는 종종 부피가 크고 성가신 금속 재료로 만들어진다. 이러한 깊이를 탐색하는 것은 추격 게임으로 끝난다. 이러한 인클로저의 두께와 크기는 증가하는 압력에 대처하기 위해 확장되어야 한다. 그럼에도 불구하고 심해의 극한 조건은 구조적 실패를 쉽게 만든다.

클래식 봇이 챌린저 해연에 도달할 즈음에는 기본적으로 중금속 장갑을 끼고 있는 단단한 봇이다. 거추장스럽고 자연스럽지 않는다. 그들은 주변 환경에 맞지 않으며 무거운 팔과 프로펠러가 있어 해양, 산호 또는 기타 샘플을 수집할 가능성이 있다.

 

번개 전구

그때 해양 엔지니어가 소프트 로봇으로 눈을 돌렸다. 문어가 가장 좋아하는 주변 환경을 우아하게 움직이는 해양 동물에서 영감을 얻어 과학자들은 실리콘 및 기타 유연한 재료를 두드려 쉽게 늘어나고 움직일 수 있는 부드러운 구조를 만들었다.

Laschi Calisti소프트 로봇은 기존의 단단한 로봇보다 본질적으로 더 안전하다.”고 말했다. 예를 들어, 그들은 좁은 공간에 꽉 끼고 고르지 않은 표면에 걸쳐 확장할 수 있으며 보다 자연스러운 방식으로 야생 동물과 상호작용할 수 있다.

팀의 영감은 2014년에 심해에서 찌그러진 물고기인 Mariana hadal snailfish를 발견한 것에서 비롯되었다. 벌레 모양의 투명한 생물은 강아지의 주둥이와 머리에서 뻗어 있는 지느러미가 있다. 가장 좋아하는 서식지? 마리아나 해구 깊이 26,000 피트 이상. 그 발견자인 뉴욕 주립 대학의 맥켄지 제 링거 박사는 곧 3D프린팅을 사용하여 이 이상한 동물을 재구성하여 자신이 수영하는 방식을 더 잘 이해했다.

이 새로운 연구는 snailfish로부터 메모를 받았고, 자율적으로 수영하는 동안 엄청난 압력을 견딜 수 있는 능력을 가진 유사한 로봇을 설계했다. 로봇의 몸체는 두 개의 날개가 퍼덕거리는 지느러미가 있는 물고기 모양이다. 지느러미는 "근육"또는 전기 에너지를 움직임으로 변환하는 부드럽고 신축성 있는 재료로 봇의 연질 코어에 부착된다. 봇에는 이동에 필요한 "주스"를 저장할 배터리가 있다. 배터리가 전류를 쏘면 "근육"이 수축하도록 자극한다. "근육"이 몇 개의 작은 단단한 커넥터로 지느러미에 연결되어 있기 때문에 근육의 움직임은 지느러미 전체가 펄럭이는 것으로 변환되어 로봇이 앞으로 헤엄 치도록 추진한다.

물고기 같은 봇은 스피드 러너가 아니다. 극 주위를 헤엄 치는 실험실에서 테스트했을 때, 그것은 다른 소프트 로봇과 일치하지만 약간 느린 초당 몸 길이의 절반도 안되는 길이를 관리했다.

그러나 눈에 띄는 부분은 압착 압력을 처리하는 능력이다. 단단한 금속 보호 장치에 대한 아이디어를 거부하면서 팀은 대신 실리콘 몸체 내부의 전기 부품을 배치했다. 이는 hadal snailfish가 두개골을 구성하는 방식과 유사하다. snailfish의 두개골은 완전히 융합되지 않았으므로 두개골에 가해지는 압력이 외부 압력과 같을 수 있도록 어느 정도 가단성을 제공한다.

모든 전자 제품을 하나의 "두뇌"에 모아 놓은 평상시와는 완전히 다른 이탈은 성과를 거두었다. 실험실 테스트 및 시뮬레이션에서 분산된 구성이 구성 요소 간의 단일 인터페이스에 대한 압력을 감소시키는 것으로 나타났다. , 로봇의 ""가 단단히 묶인 신경계보다 유연하게 끈적거리는 역할을 한다는 것을 의미한다.

 

현실세계 밖에서

팀은 실험실 테스트에 그치지 않았다. 그들은 실제를 위해 갔다: 실제 세계에서의 현장 테스트. 전체적으로 그들은 봇을 호수에서 약 230 피트, 남중국해에서 10,000피트 이상, 그리고 마지막으로 챌린저 해연이라는 세 가지 다른 환경에 배치했다.

처음 두 번의 시험에서 로봇은 가장 빠른 속도로 초당 약 2인치의 속도로 자유롭게 수영할 수 있었다. Mariana Trench 테스트를 위해 봇은 날개를 펄럭이는 동안 지원 및 사진 작업을 위해 기존의 수중 로봇에 연결되었다. 극심한 압박 속에서 봇은 마치 매력처럼 작동했다.

 

Free swimming of soft robot in deep sea at the depth of 3,224 m

봇은 우리가 심해를 탐험하는 방법에 있어서 게임 체인저가 될 수 있다. 기존의 금속 로봇 그리퍼에 비해 소프트 봇은 살아있는 표본을 겁 내거나 손상시키지 않고 부드럽게 처리할 수 ​​있다.

Laschi Calisti새로운 세대의 심해 탐험가로 가는 길을 열어준다고 말한다.

개선해야 할 것이 많다. 한 가지는 속도이다. 자체 동력이 있고 제어되는 동안에도 트렌치 봇은 이전에 보고된 수중 봇보다 느리게 헤엄친다. 수중 해류에 쉽게 휩쓸릴 수 있다는 점에서 더 민감하다. 앞으로도 주변 환경을 포착하려면 카메라와 지능형 센서도 장착해야 한다. 그럼에도 불구하고 봇은 "탄력적이고 신뢰할 수 있는 심해 탐험가의 미래 세대를 위한 토대를 마련한다" Laschi Calisti는 말했다.

장기적으로 참호 봇 무리는 심해의 건강을 모니터링하면서 심해의 신비를 밝혀 낼 수 있다. 소프트 로봇은 산호 숲이나 수중 동굴을 안전하게 탐색하여 환경을 손상시키지 않고 표본을 수집할 수 있다. 또한 오염, 미세 플라스틱 또는 해양 생물의 변화를 모니터링하기 위해 해저에 퍼질 수 있다. 그러나 더 근본적으로 화성 탐사선의 군대처럼 우리는 마침내 우리의 거대한 바다 깊숙한 곳에 숨어있는 미스터리를 탐험할 방법을 갖게 될 것이다. 우리가 뭘 찾을지 누가 알겠는가?

이미지 출처: Li et al./NPG Press

 

 
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