자가 치유 소프트 로봇: AI 기반 수리의 새로운 지평

로봇공학의 혁신: 생물학에서 영감을 받은 자가치유 로봇

네브래스카-링컨 대학교의 엔지니어팀이 손상을 자동으로 감지하고 수리할 수 있는 자가 치유 로봇을 개발했습니다. 이 장치는 미래 로봇 시스템과 전자 기기의 수명 연장에 기여할 수 있습니다. 자가 치유 로봇이 어떻게 표준으로 자리 잡고 폐기물을 줄이고 성능을 향상시키며 미래 혁신의 문을 여는 데 기여할 수 있는지 살펴보겠습니다.

로봇이 스스로를 치유한다는 아이디어는 공상과학처럼 들리지만, 최근 AI를 비롯한 여러 기술의 발전으로 많은 연구자들은 이 방식이 최선의 선택이라고 생각합니다. 자가 치유 로봇이라고 하면, 단단한 장치가 로봇의 몸을 스캔하여 손상 부위를 찾은 다음, 내장 도구나 다른 장치를 사용하여 로봇을 수리하는 모습을 떠올릴 것입니다.

이 개념의 문제점은 로봇이 수리를 완료하기 위해 추가 자재를 확보해야 한다는 것입니다. 로봇이 모든 부품의 예비 부품을 가지고 다닐 수는 없습니다. 따라서 이 개념은 교체 부품을 확보할 수 있는 매우 제한적인 상황에서만 작동할 수 있습니다.

자연을 모방하다

이러한 한계를 인지한 과학자들은 더 나은 해결책을 찾기 위해 인체의 치유 능력에 주목했습니다. 부상을 입으면 신체는 시간이 지남에 따라 회복할 수 있습니다. 부상이 심각하지 않은 한, 신체는 작은 상처처럼 문제를 인식하고 치유에 필요한 자원을 투입합니다. 며칠 또는 몇 주 안에 부상은 최소한의 흉터만 남기고 완전히 회복됩니다.

ICRA 2025에서 자가치유 소프트 로봇에 대한 새로운 연구 발표

자가 치유 로봇을 구현하는 데 새로운 접근법이 필수적임을 인지한 엔지니어 팀은 더욱 인간과 유사한 로봇 솔루션을 연구하기 시작했습니다. 이러한 연구를 통해 연구 결과가 발표되었습니다.¹ "지능형 자가치유 인공근육: 소프트 로봇공학에서 손상 감지 및 펑크 손상의 자율적 복구를 위한 메커니즘올해의 IEEE 로봇 및 자동화 국제 컨퍼런스에서.

이 획기적인 보고서는 소프트 로봇을 자가 치유 작업 수행 수단으로 활용하는 방법을 심도 있게 다룹니다. 소프트 로봇은 유연한 부품을 사용하여 모양과 크기를 자유롭게 조절할 수 있다는 점에서 기존 로봇과 차별화됩니다. 이를 통해 얇은 파이프를 통과하기 위해 형태를 변형하는 것과 같은 특별한 작업을 수행할 수 있습니다.

엔지니어들은 생체모방을 활용하여 인체와 유사한 층 구조를 가진 소프트 로봇을 개발했습니다. 먼저 다층 구조를 도입했습니다. 이 접근법은 다양한 층을 기반으로 하며, 각 층은 서로 다른 기능을 수행하지만, 로봇이 생명체의 적응력 회복력을 모방할 수 있도록 서로 협력합니다.

출처 - 네브래스카 대학교 링컨

작동 계층: 자가 치유 로봇의 움직임

바깥쪽은 작동층입니다. 이 최상층이 작동기의 움직임을 가능하게 합니다. 이 층은 가압된 물로 채워진 작은 주머니를 통해 움직임을 시작합니다. 이러한 접근 방식은 소프트 로봇의 성능을 제한하는 모터나 기타 단단한 부품이 필요 없기 때문에 소프트 로봇 공학에 이상적입니다.

자가 치유 열가소성 층 설명

다음 층은 자가치유 열가소성 엘라스토머를 통합하여 더욱 견고합니다. 이 층은 손상된 층이 전기적 불일치를 유발하여 하단 층에서 감지되는 경우, 전기적 불일치를 유발하는 물리적 불연속성을 생성하기 위해 전기 이동 및 열 메커니즘을 도입하는 역할을 합니다.

전자 피부: 손상 감지층

이 소프트 로봇 구조의 바닥층은 실리콘 엘라스토머에 매립된 LM 미세액적으로 구성된 전자 피부입니다. 이 방식은 전류를 사용하여 표면 연속성을 모니터링한다는 점에서 신경계와 유사하게 작동합니다.

구체적으로, 실리콘 엘라스토머에 액체 금속 미세액적이 매립되어 전도성 경로를 생성합니다. 손상이 감지되면 시스템은 손상 부위를 파악하고 중간층에 이를 알리며, 중간층은 자가 치유 과정을 시작합니다.

자가 치유 로봇이 손상을 감지하고 복구하는 방법

시스템은 이 전기적 흔적을 손상의 증거로 인식하여 해당 부위에 더 높은 전류를 흐르게 합니다. 이 높은 전류는 마치 가열 장치처럼 작용하여 손상으로 인해 전기적 불일치가 발생한 부위를 가열합니다.

그런 다음 중간층을 녹여 다시 밀봉하고, 전기 이동을 통해 금속 원자를 분리된 상태로 되돌려 단락을 제거하고 손상을 봉합합니다. 특히, 전기 이동은 전류를 차단하는 간극 때문에 항상 방해 요소로 여겨졌습니다.

이 연구는 이 공정이 전도성 요구 사항에 이롭다는 것을 처음으로 입증했습니다. 전기 이동과 가열된 줄 효과의 조합은 장치가 손상된 부위를 효과적으로 재설정하고 동시에 전류 불일치를 제거할 수 있도록 합니다. 또한, 자가 치유 로봇이 문제없이 여러 번 자가 치유할 수 있도록 보장합니다.

연구자들이 자가 치유 로봇 시스템을 테스트한 방법

엔지니어들은 자가 치유 로봇이 예상대로 작동하는지 확인하기 위해 일련의 테스트를 진행했습니다. 연구팀은 먼저 로봇에 전극을 부착하여 변화를 정확하게 측정했습니다. 그 후, 다양한 유형의 손상을 가했는데, 여기에는 강한 압력과 절단이 포함되었습니다.

자가치유 로봇 실험 결과

자가 복구 소프트 로봇은 손상을 자율적으로 감지하고 자가 복구 프로세스를 시작할 수 있었습니다. 이 장치는 열 이동이 시작될 때까지 0.25초마다 10 암페어의 작은 전류 램프를 인가했습니다. 이후 이 프로세스를 각 테스트마다 6회 반복하여 여러 시나리오에 걸쳐 손상 복구를 심층적으로 모니터링할 수 있었습니다.

자가 치유 소프트 로봇의 이점

자가 복구 전자 장치는 여러 가지 이점을 제공합니다. 첫째, 전자 장치의 수명을 연장하는 데 도움이 됩니다. 손상된 전자 장치로 가득 찬 매립지가 너무 많습니다. 자가 복구 소프트 로봇은 현장에서 손상을 복구하여 비용과 가동 중단 시간을 줄일 수 있는 더 나은 솔루션을 제공합니다.

자가치유 로봇의 응용 분야와 미래

자가 치유 로봇 연구는 로봇 분야에 혁명을 일으킬 잠재력을 가지고 있습니다. 로봇에 의존하는 여러 분야가 있으며, 자율 드론을 비롯한 다양한 기기의 사용이 증가하고 있습니다. 결과적으로 자가 치유 기능은 로봇의 성능과 수명을 한 단계 더 발전시키는 데 꼭 필요한 요소일 수 있습니다.

로봇공학 및 탐사 분야의 자가 치유 로봇

이러한 발견의 명백한 활용 분야는 로봇 공학 분야입니다. 자가 치유가 가능한 로봇은 탐사, 수색, 구조 작업에 이상적입니다. 로봇이 나뭇가지나 날카로운 돌처럼 위험을 초래할 수 있는 물체와 마주칠 수 있는 곳은 기존의 견고한 로봇보다 자가 치유 로봇에 더 적합합니다.

웨어러블 기술: 자가 치유 소재의 새로운 활용 사례

이 기술이 유용하게 활용될 수 있는 또 다른 분야는 웨어러블 기기 분야입니다. 스마트워치와 같은 웨어러블 기기는 매일 많은 혹사를 당합니다. 이러한 기기는 사용자의 빡빡한 사용 일정과 그에 따른 예상치 못한 충격과 긁힘을 견딜 수 있도록 제작되어야 합니다. 자가 수리 웨어러블 기기는 완벽한 해결책이 될 수 있습니다.

자가치유 로봇은 언제쯤 출시될까?

향후 5~10년 안에 자가 수리 로봇이 시장에 출시될 것으로 예상됩니다. 소프트 로봇 분야는 빠르게 성장하는 산업으로, 이제 막 주목을 받기 시작했습니다. 이러한 기기의 장점과 기능이 널리 알려짐에 따라 더 많은 지원을 받게 될 것입니다.

자가 치유 로봇 연구원

자가치유 로봇 연구는 네브래스카-링컨 대학교의 공학자들이 수행했습니다. 이 연구는 에릭 마크비카, 에단 크링스, 패트릭 맥매니걸을 주요 기여자로 언급했습니다. 특히 자가치유 로봇 보고서는 39편의 논문 중 ICRA 1,606 최우수 논문상 최종 후보로 선정된 단 2025편 중 하나였습니다.

특히, 엔지니어들은 미국 국립과학재단, NASA 네브래스카 경쟁 연구 촉진 프로그램, 네브래스카 담배 합의 생물의학 연구 개발 기금으로부터 추가 지원을 받았습니다.

로봇 시장에 투자

로봇 분야는 시장에서 가장 혁신적인 분야 중 하나입니다. 세계에서 가장 시급한 문제들을 해결하는 데 도움이 될 차세대 로봇 기술을 개발하기 위해 수많은 경쟁 업체들이 치열하게 경쟁하고 있습니다. 혁신적인 변화를 선도하는 한 기업을 소개합니다.

(주)에이비비

(주)에이비비 (ABB ) 스위스에 본사를 둔 글로벌 기술 선도 기업인 ABB는 전기화, 자동화, 로봇 공학 분야에 중점을 두고 있습니다. 1988년 스웨덴의 ASEA와 스위스의 Brown, Boveri & Cie의 합병으로 설립된 ABB는 산업용 로봇 분야에서 가장 영향력 있는 기업 중 하나로 성장했습니다.

ABB의 로봇 사업부는 첨단 로봇 팔, 협동 로봇(코봇), 그리고 유연한 제조 솔루션을 통해 자동화의 경계를 끊임없이 확장해 왔습니다. 적응형 로봇 기술에 대한 ABB의 노력은 소프트 액추에이터, 지능형 소재, 자가 치유 시스템 등 네브래스카-링컨 대학교 연구에서 탐구된 혁신 기술과 긴밀히 연계됩니다.

최근 몇 년간 ABB는 학계와의 파트너십 및 AI 기반 자동화 스타트업 인수를 통해 스마트하고 인간 친화적인 로봇 공학에 대한 투자를 확대해 왔습니다. ABB의 GoFa와 YuMi 코봇은 인간과 안전하게 함께 작업할 수 있는 로봇을 개발하려는 ABB의 전략을 잘 보여줍니다. 이 로봇은 자가 치유 소재를 활용하여 복원력을 향상시키고 가동 중단 시간을 크게 줄일 수 있습니다. 산업이 더욱 자율적이고 유연하며 손상에 강한 시스템으로 전환됨에 따라, ABB는 차세대 로봇 공학을 실현하는 데 앞장서고 있습니다.

소프트 로봇 붐에 일찍 노출되기를 원하는 투자자라면 ABB와 같은 회사를 추적하거나 첨단 소재 분야의 신생 스타트업을 주목하고 싶어할 수도 있습니다.

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자가 치유 소프트 로봇 – 당신의 다음 동료

손상을 감지하고 자가 치유할 수 있는 소프트 로봇 개발에 대한 관심이 한창입니다. 제조업체들은 이러한 장치가 추가적인 위험을 초래하지 않으면서도 인간과 함께 세상을 바꿀 수 있는 이상적인 솔루션이라고 생각합니다. 여기에 부상을 감지하고 자가 치유하는 기능이 추가되면 이러한 장치는 판도를 바꿀 수 있습니다.

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참고 연구:

^{1. Krings, EJ, McManigal, P., & Markvicka, EJ(2025). 지능형 자가치유 인공근육: 소프트 로봇공학에서 손상 감지 및 펑크 손상의 자율 복구를 위한 메커니즘. 2025 IEEE 로봇 및 자동화 국제 컨퍼런스(ICRA) 회의록, 2591–2598. https://smr.unl.edu/papers/Krings_et_al-2025-ICRA.pdf}