혈액을 닮은 액체의 힘으로 헤엄치는 로봇물고기

혈액을 닮은 액체의 힘으로 헤엄치는 로봇물고기

미국 대학의 한 연구팀이 에너지를 제공하기 위해 몸 주위를 순환하면서 혈액처럼 보이는 액체의 압력으로 헤엄 치는 물고기 모양의 로봇을 개발했습니다. 개발 초기 단계이기 때문에 천천히 헤엄 치지 만 언젠가는 기계가 배터리 나 케이블 없이도 실제 생물처럼 움직일 수 있을 것으로 보입니다. 이야기는 지상 수백 미터를 날아다니는 철새로 시작하여 지하 세계에서 수영하는 물고기 모양의 로봇으로 끝납니다. 철새는 여행을 준비하기 위해 지방을 저장하고 경우에 따라 무게를 두 배로 늘립니다. 즉, 깃털이 달린 "배터리"로 변하는 것과 같습니다. 여행을 갈 때 저장된 에너지를 태우고 굶주림과 추위로부터 자신을 보호하기 위해 하루 종일 장거리 비행을 합니다. 그리고 마침내 그는 병든 몸으로 목적지에 도착합니다. 코넬과 펜실베이니아의 과학자들은 이 철새가 기계를 위한 새로운 에너지 시스템을 표현할 수 있다고 믿었습니다. 지방은 멋진 배터리이지만 항상 로봇에 적합한 것은 아닙니다. 그럼 피는 어떨까요? 인간의 혈액은 몸 전체의 세포에 산소와 에너지를 공급합니다. 그리고 일부 로봇에서는 액체가 이미 유압의 형태로 메커니즘을 움직입니다. 인간의 혈액이 근육을 움직이는 것처럼 에너지를 운반하기 위해 로봇에 동력을 공급하는 유체를 사용한다면 어떨까요? 새 로봇은 너무 복잡하고 너무 많은 에너지 밀도를 필요로 합니다. 따라서 물고기 모양의 로봇 Minokasago를 개발하기로 결정했습니다. 수압을 사용하여 얇은 판을 움직이고 단순한 "혈관과 혈액"으로 스스로 에너지를 공급하는 메커니즘입니다. 이 기술은 초기 단계에 있으며 물고기 모양의 로봇은 매우 느립니다. 하지만 큰 배터리와 전선이 기계에서 사라지고 우리가 실제 생물처럼 움직이면 미래가 올 것입니다. 토스터와 같은 기계가 아니라 우주 캐리어 갤럭티카에 등장하는 기계 생물 인 사일론과 같은 기계를 상상해보십시오. 오늘날의 로봇은 기능적으로 완전히 다릅니다. 전원은 전선을 사용하여 액추에이터로 알려진 팔다리의 모터에 전원을 공급하는 리튬 이온 배터리입니다. Minokasago 로봇에도 배터리가 있지만 몸 전체에 분산되어 있으며 두 개의 펌프로 작동합니다. 하나는 가슴지느러미를 움직이는 펌프이고 다른 하나는 꼬리를 움직이는 펌프입니다. 이 배터리와 펌프는 기존 로봇의 리튬 이온 배터리보다 좀 더 생명체의 심장처럼 작동합니다. 첫 번째 구성 요소는 "혈액"입니다. 현실은 이온화된 이온의 형태로 충전된 작동 유체입니다. 이 이온은 "혈액"이 전자 장치에 화학적으로 전력을 공급하도록 합니다. 네이처 지에 발표된 Minokasago 형 로봇 시스템에 관한 논문의 공동 저자인 코넬 대학의 로봇 공학 연구원 Robert Shepard는 말합니다. "유압 오일은 동력을 전달하지만 말 그대로 단지 동력 일뿐입니다. 우리 로봇의 액체는 힘과 전기 에너지를 모두 전달합니다.” 이 "충전된" 액체는 물고기 모양 로봇의 배와 지느러미에 있는 배터리를 통해 흐릅니다. 각 배터리에는 음극과 양극이 있으며 액체가 음극과 양극을 통해 흐르면 충전 불균형 또는 전압이 발생합니다. 이 전압은 전자가 두 펌프에 전원을 공급하는 전자 장치를 통해 흐르게 합니다. 펌프가 움직이면 액체가 계속 흐릅니다. 액체에서 이온이 손실되면 배터리가 작동하지 않습니다. 결과적으로 액체는 순환을 멈추지 만 액체가 재충전되면 물고기는 계속 움직일 수 있습니다. "(수액 순환이 중지되면) 물고기 로봇에서 액체를 배출하고 이온화된 액체를 다시 주입할 수 있습니다."라고 Shepherd는 설명합니다. "주유소에서 기름을 채우는 것과 같습니다." 이런 식으로 액체는 물고기 모양의 로봇에 에너지를 공급합니다. 동시에 유압 장비와 유사한 유압 유체로서 꼬리와 가슴지느러미에 힘을 전달합니다. 액체가 두 개의 펌프로 펌핑되면 꼬리가 흔들리고 원동력이 됩니다. 가슴지느러미도 같은 방식으로 움직여 물고기 모양의 로봇을 좌우로 움직입니다. 다시 말해, 물고기 모양의 로봇은 결코 빠르게 움직이지 않습니다. 분당 총길이의 약 1.5 배만 이동할 수 있습니다. Shepherd는 "바다에서 수영을 한다면 충분한 작용이 될 것입니다."라고 말합니다. 앞으로 속도는 확실히 증가할 것입니다. 연구팀은 전극의 표면적을 늘려 에너지 밀도를 높이려고 노력하고 있습니다. 또한 기존의 단단한 로봇과 달리 원하는 곳에 배터리를 삽입할 수 있으며, 부드러운 바디로 인해 추가 부품과 일치시킬 수 있습니다. 이러한 방식으로 로봇 전체에 액체를 순환시키는 펌프와 배터리로 구성된 순환 시스템을 강화할 수 있습니다. 그러나 이 시스템에는 몇 가지 심각한 한계가 있습니다. 특히 괄목할만한 기술 발전을 이룬 리튬 이온 배터리를 사용하지 않는 것이 그렇습니다. "리튬 이온 배터리와 비교했을 때 이 로봇의 에너지 밀도는 약 3분의 1 에서 150 분의 1입니다." 메사추세츠 공대 컴퓨터 과학 및 인공 지능 연구소의 로봇 엔지니 인 Robert Kashman은 이 로봇의 에너지 밀도가 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도의 1/30에서 1/150이라는 점을 지적합니다. 그는 Minokasago형 로봇보다 20 배 빠르게 움직일 수 있는, 리튬 이온 배터리를 사용하는 물고기 형 로봇을 개발하고 있습니다. 또한 Minokasago 로봇의 분산 전력 시스템은 배터리를 쉽게 교체할 수 없음을 의미합니다. "제가 개발 한 프로토 타입 로봇의 경우 바다에 나갈 때마다 새 배터리로 교체합니다. 완전히 충전될 때까지 기다릴 필요가 없습니다."라고 Kashman은 말합니다. 하지만 로봇 공학의 새로운 비전 인 Minokasago형 로봇이 리튬 이온 배터리로 구동되는 전통적인 물고기 로봇과 함께 헤엄 치는 날이 올 수 있습니다. 바다에서 수많은 다른 물고기들이 공생하듯이 말입니다.