프로그래밍 가능한 액체를 만드는 데 사용되는 작은 고무 공

계란이나 열매와 같은 섬세한 물체를 부수지 않고 집어 올릴 수 있는 로봇을 구축하려면 인간의 촉각을 모방하는 고급 비전 시스템이나 센서의 피드를 처리하는 많은 제어 알고리즘이 필요합니다. 다른 방법은 일반적으로 강도와 내구성이 제한된 로봇을 의미하는 소프트 로봇공학의 세계를 탐구하는 것이었습니다.

이제 하버드 대학교 연구진은 센서나 제어 시스템이 전혀 없는 간단한 유압 클러치를 사용한 연구를 발표했습니다. 그들에게 필요한 것은 실리콘 오일과 많은 작은 고무 공뿐이었습니다. 그 과정에서 그들은 압력에 대해 프로그래밍 가능한 반응을 갖는 메타유체를 개발했습니다.

수영용 고무공

“저는 구형 껍질이 어떻게 헤엄치게 되는지에 관해 프랑스에서 박사 학위를 받았습니다. [inverted] 하버드 대학교 Bertoldi 그룹의 연구원이자 이번 연구의 주저자인 Adel Jalouli는 “해파리”라고 말합니다. “저는 매니저에게 이렇게 말했습니다. 이 공을 주사기에 넣고 압력을 높이면 어떻게 될까요?” 그는 Jalouli가 주장하는 것처럼 그것은 흥미로운 아이디어가 아니며 이것이 아무 것도 하지 못할 것이라고 말했습니다. 그러나 몇 년 후, 여러 번의 거절 끝에 Jalouli는 자신의 관심사를 공유하는 벨기에 루벤 대학교의 기계 공학 교수인 Benjamin Goresen을 만났습니다. Jalouli는 “나는 실험을 실행할 수 있고 그는 시뮬레이션을 실행할 수 있었기 때문에 우리는 함께 무언가를 제안할 수 있다고 생각했습니다.”라고 말했습니다. 그리고 드디어 젤리의 고무공이 주사기 안으로 들어갔습니다. 결과는 전혀 예상치 못한 결과였습니다.

공의 반경은 10mm이고 공의 두께 2mm의 실리콘 고무 벽이 공기 주머니를 둘러싸고 있습니다. 물 300ml가 담긴 그릇에 담았습니다. 용기 안의 압력이 증가하기 시작하자 120kPa의 공이 휘어지기 시작했습니다. 버클이 휘기 시작하면 유체가 차지하는 부피가 계속 감소하더라도 압력은 한동안 상대적으로 일정하게 유지됩니다. 공을 포함하는 액체는 더 이상 물처럼 거동하지 않고 오히려 압력/부피 곡선에서 뚜렷한 정체 현상을 보였습니다. “자연에 존재하지 않는 조정 가능한 특성을 가진 유체인 메타유체는 다음과 같은 이론으로 이론화되었습니다. 페데리코 카파소(Federico Capasso)와 동료들음의 굴절률을 가진 액체를 얻고 싶었던 사람. 당시 그들은 광학으로 시작했지만 이 고무공으로 물의 움직임을 관찰하면서 우리가 가지고 있는 것이 메타유체 액체라는 것을 알았습니다.

프로그래밍 가능한 유체 혼합

물속에 고무공 하나를 넣는 것은 단지 시작점에 불과했습니다. “저는 항상 이런 생각을 머릿속에 품고 있었습니다. 너무 많이 넣으면 어떻게 될까요?” Jalouli는 Ars에게 말했습니다. 그래서 그의 팀은 매체에서 다양한 크기와 수의 볼을 실험하고 실리콘 오일과 같은 다양한 매체를 사용하기 시작했습니다. “볼의 반경과 벽의 두께를 변경하여 볼이 활성화되는 압력을 조정할 수 있습니다. 볼을 더 두껍게 만들면 비틀기 위해 더 많은 에너지가 필요하므로 활성화 압력이 더 높아집니다.”라고 Jalouli는 설명합니다.

메타유체에서 원하는 속성을 프로그래밍하기 위해 변경할 수 있는 다른 매개변수가 있습니다. 여기에는 기본적으로 볼이 흡수하는 총 액체 부피의 양인 부피 분율과 볼의 구조, 즉 다양한 크기와 두께의 볼을 넣을 때 액체가 다르게 반응하는 경우가 포함됩니다. 다양한 속성을 가진 도메인을 혼합하여 이를 조정할 수도 있습니다. “구체의 크기와 두께 변화가 너무 좁으면 활성화할 때 압력이 매우 균일해집니다. 분포가 더 넓으면 모든 버클에서 모든 버클로의 전환이 더 부드러워질 것입니다.”라고 말합니다. Jalouli는 또한 단일 유체의 다양한 압력에서 여러 평탄도를 달성할 수 있도록 해줍니다. “이 방법으로 압력/부피 곡선을 미세 조정할 수 있습니다”라고 Jalouli는 덧붙입니다.

이러한 곡선을 조정함으로써 그의 팀은 센서나 제어 시스템 없이 작동하는 스마트 유압 클러치를 구축할 수 있었습니다.