스프링 같은 발바닥으로 로봇 개가 더 멀리, 더 오래 달린다

서울과학기술대학교의 엔지니어들이 네 발 달린 로봇용 다공성 발을 설계하여 지면과의 충격 에너지를 저장하고 다음 걸음에서 이를 반환할 수 있도록 했습니다. 기존의 스프링과 충격 흡수 장치는 빠른 보행에서만 효과적이어서 느리게 움직이는 검사용 로봇 개에게는 다른 에너지 회수 메커니즘이 필요했습니다. 제안된 발은 반구형으로, 유연한 폴리머를 사용해 삼중 주기 최소 표면(TPMS) 형태로 3D 프린팅되었습니다. TPMS는 반복되는 기공과 지주로 이루어진 연속적인 3차원 격자로, 낮은 무게, 조정 가능한 강성, 그리고 저장된 기계적 에너지를 흡수하고 방출하는 능력을 결합합니다. 연구진은 단순, 자이로이드, 다이아몬드의 세 가지 격자 구조를 테스트했으며, 상대 밀도 60%의 다이아몬드 격자가 가장 우수한 성능을 보였습니다. 이 구조는 충분히 변형되고 많은 에너지를 저장하며 내부 마찰로 인한 에너지 손실이 상대적으로 적었습니다. 탄성 발만으로는 충분하지 않았기 때문에 – 잘못된 보행 패턴에서는 저장된 에너지가 소산되거나 로봇의 몸이 흔들려 전기 모터가 자세를 교정해야 했습니다 – 엔지니어들은 딥 강화 학습을 통해 제어기를 훈련했습니다. 모델은 TPMS 구조의 변형과 회복을 포함했으며, 보상 함수는 액추에이터의 작업과 지면 접촉 시 탄성 에너지의 저장 및 방출이 일치하는 움직임을 장려했습니다. 시스템은 네 발 달린 로봇 RBQ-10에서 테스트되었으며, 새로운 발과 기존의 견고한 반구형 지지대를 비교했습니다. 로봇은 전체 속도 범위에서 안정성을 유지하면서 0.4~1m/s의 속도에서 평균 배터리 전력 소비를 1.4~6.2% 줄였습니다. 이 개발은 검사, 화물 운송, 수색 및 구조 작업에 사용되는 로봇을 위한 것으로, 장기간 자율 운영이 중요한 분야입니다.