초록 ▼

□ 연구내용
ㅇ 목적: 인간과 로봇의 안전을 보장하며 인간을 물리적으로 지원 할 수 있는 케어로봇 개발을 위한 소프트 로보틱스 기반 기술 개발
ㅇ 소프트 액추에이션 기술 개발
- 액체전해질 및 탄소나노튜브 적용 전기화학 구동 섬유형 인공근육 연구
- 섬유형 인공근육 성능 향상을 위한 재료 연구
- 소형 텐던구동모듈 및 직렬탄성요소 제어알고리즘 개발
ㅇ 소프트 촉각센서 기술 개발
- 섬유 기반 외피 디자인 최적화 및 시제품 개발
- 섬유형 멀티 촉각센서 적용 외피 및 위치인

□ 연구내용
ㅇ 목적: 인간과 로봇의 안전을 보장하며 인간을 물리적으로 지원 할 수 있는 케어로봇 개발을 위한 소프트 로보틱스 기반 기술 개발
ㅇ 소프트 액추에이션 기술 개발
- 액체전해질 및 탄소나노튜브 적용 전기화학 구동 섬유형 인공근육 연구
- 섬유형 인공근육 성능 향상을 위한 재료 연구
- 소형 텐던구동모듈 및 직렬탄성요소 제어알고리즘 개발
ㅇ 소프트 촉각센서 기술 개발
- 섬유 기반 외피 디자인 최적화 및 시제품 개발
- 섬유형 멀티 촉각센서 적용 외피 및 위치인식 향상기술 개발
- 영상/광량 기반 소프트 촉각센서 알고리즘 성능 개선
- 영상/광량 기반 소프트 촉각센서를 적용한 외피 재제작 및 개선
- 소프트 촉각센서 생체신호(맥박) 검출 알고리즘 개발
- 신규 소재 합성을 통한 고민감 소프트 촉각센서의 최적화
- 소프트 촉각센서의 어플리케이션
ㅇ 케어로봇 플랫폼 개발
- 케어로봇을 위한 소프트 로봇핸드 개발 (2차)
- 요소기술 융합을 통한 검증

□ 연구개발 성과
ㅇ 정성적 성과
- 전기화학 구동 인공근육 향상을 위한 나노 구조체(CNS) 개발 (그림 1)
- 소형 텐던구동모듈 및 직렬탄성요소 제어알고리즘 개발 (그림 2)
- bow-limb 메커니즘 기반 허리자세보조용 엑소수트 시제품 제작 (그림 3)
- 로봇의 사이즈, 움직임, 가동관절을 고려한 부위별 외피 소재 선정, 디자인 개발 및 시제품 제작 (그림 4)
- 상반신 로봇 슈트 내장용 섬유기반 촉각 센서 개발 : 팔 부위 별 센싱 패드 제조기술, Matrix 방식의 다중 촉각 신호 처리 기술 및 데이터 통신 기술 (그림 5)
- 영상/광량 기반 소프트 촉각센서를 적용한 외피 제작(그림 6, 그림 7)
- 신규 소재 Deco-flex®를 활용하여 인체와 로봇에 접목(그림 8, 그림 9)
- 케어로봇을 위한 Tendon-driven 경량-고자유도 로봇핸드 개발 (그림 10)
- 과 구속 연속체 로봇 관절의 케이블 메커니즘 개발 (그림 11)
ㅇ 정량적 성과
ㅇ 기술스펙 달성 성과

□ 기술적 우수성
ㅇ 전기화학 구동 섬유형 인공근육의 섬유 제조 원천기술 확보와 인공근육 성능 향상을 위한 나노 구조체 개발 및 구동ㆍ제어 기술 확보
ㅇ 외부와 유연한 상호작용을 가능하도록 하는 텐던구동기의 직렬탄성요소 제어방법 및 시스템 개발
ㅇ 근로자의 자세 보조를 통해 근골격계 부상 방지가 가능한 엑소수트 시제품 제작 및 실험을 통한 검증
ㅇ 섬유기반 외피 및 촉각센서
- 외피 : 로봇의 돌출 부위 커버 소재와 디자인 및 가동 관절 부위 소재와 디자인 최적화
- 외피용 촉각센서 : 상부 팔, 하부 팔 곡면 적용 압저항 센싱 패드 제조기술, 다중 촉각신호처리 및 위칙인식 기술
ㅇ 실리콘고무나 스폰지와 같이 쉽게 구할 수 있는 저가 소재를 활용하여 물체의 접촉위치를 추정할 수 있는 촉각센서 개발
ㅇ Piezoelectric 과 Triboelectric 플렉시블 촉각센서소자의 최적화 기술 개발
- 유한요소법기반의 다중물리 시뮬레이션을 통한 센서 성능 예측 및 이를 통한 최적 구조 설계
- 고감도 센서 제작을 위한 단위 소자의 구조 설계 최적화 진행을 통해 Output 전압을 극대화하여 고분해능, 저소비전력 센서 구현
ㅇ 외력의 영향을 받지 않는 높은 자유도의 연속체 로봇 개발
ㅇ 케어로봇을 위한 소프트 센서의 테스트 플랫폼으로 사용될 수 있는 경량-고자유도 로봇핸드 개발

□ 성과활용 계획
ㅇ 포유류의 근육보다 80배 이상 우수한 섬유형 인공근육 기초 연구는 엑소스켈레탈, 의료, 마이크로 로봇, 미세유체 제어 등의 산업에 활용
ㅇ 인간과 물리적인 상호작용을 필요로하는 반려로봇, 간병로봇, 협동로봇 및 재활로봇에 활용 가능함
ㅇ 산업 근로자 혹은 군인 등 육체적 작업을 많이 하는 작업자의 허리 자세보조 및 근력보조를 지원할 수 있음
ㅇ 척추측만증 교정기에 적용되는 실시간 삼접압 압력 모니터링 모듈형 센서 개발민간수탁과제 수행 및 의뢰기업과 사업화 추진
ㅇ 로봇용 센서 뿐만 아니라 VR, 게임용 입력장치, 자동차 시트, 사무용 의자, 침대를 위한 자세 검출 센서로 활용 가능
ㅇ 로봇의 인공 피부 및 저전력 센서로 사용
- 전기를 생산하며, 민감한 센싱 특성을 가짐으로써, 로봇의 인공 피부 및 저전력 센서로 사용 가능 할 것으로 보임
ㅇ 과 구속 연속체 로봇 관절의 케이블 메커니즘은 침습형 수술이나 배관 탐사로봇 등 공간이 제한되어 정교한 작업이 필요한 곳에 활용 가능
ㅇ 개발된 경량-고자유도 로봇핸드는 케어로봇 및 고기능 로봇의수 등 의료/재활 로봇에 활용 가능
ㅇ 확보된 기반기술을 바탕으로 알키미스트과제 포함 정부수탁과제 선정(3건) 및 기획(1건)

(출처 : 요약서 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 기본사업 연구보고서 ... 3
• 요약서 ... 4
• 목차 ... 7
• 제 1 장 개 요 ... 8
• 제 1 절 연구개발 목표 ... 8
• 제 2 절 연구개발의 필요성 ... 8
• 제 3 절 당해연도 연구개발 범위 ... 9
• 제 2 장 연구수행 내용 및 결과 ... 14
• 제 1 절 연구개발 추진 체계 ... 14
• 제 2 절 당해연도 연구개발 내용 ... 16
• 제 3 절 당해연도 연구개발 결과 ... 41
• 제 3 장 연구성과 활용 방안 ... 43
• 제 1 절 연구성과 활용·확산계획 ... 43
• 제 2 절 기대효과 ... 44
• 제 4 장 차년도 사업추진계획 ... 45
• 제 1 절 차년도 사업추진 내용 ... 45
• 제 2 절 차년도 사업추진 일정 ... 52
• 제 3절 차년도 세부 연구분야(Spec) ... 55
• 제 5 장 참고문헌 ... 59
• 끝페이지 ... 61