Festo, 바이오닉 러닝 네트워크 설계

도마뱀붙이는 파충류들 가운데 기어오르는 데에 귀재이다. 미끄러운 유리표면 위에서도 경이로울 정도로 잘 붙어 있는다. Festo의 바이오닉 러닝 네트워크 설계가들은 이 도마뱀붙이의 발바닥을 면밀히 살펴 보았다. 거기서 나온 것이 바로 NanoForceGripper이다. 이 그리퍼는 민감한 표면을 손상시키지 않고, 에너지 효율적으로 잡을 수 있다.

순수한 접착력: 도마뱀붙이는 미끄러운 유리 표면 위에서도 어려움 없이 이동한다.

현미경으로 본 그리퍼: 400배 확대한 필름의 나노 구조

도마뱀붙이는 5천만년이 넘는 기간 동안 지구 위에서 생존해왔다. 이들의 성공 비결은 그들의 발판에 있다. 기어오르기를 잘하는 이 작은 생명체의 발가락에는 엄청난 그립력이 있다. Festo의 생체 공학 전문가들은 최근 연구 프로젝트에서 도마뱀붙이를 모방할 만한 단서를 찾았다. 이는 도마뱀붙이 자체를 따라 했다는 것이 아니라 NanoForceGripper로 따라 했다는 의미이다. 이 바이오닉 그리퍼는 도마뱀붙이의 발바닥을 성공적으로 모방하였다. 이 그리퍼는 스마트폰의 미끄러운 표면을 압력점 없이 에너지 효율적으로 잡았다가 다시 풀 수 있다.

견고하게 붙잡는 나노

NanoForceGripper라는 이름은 프로그램 이름이다. 프로토타입인 나노포스 그리퍼는 원자와 분자 차원의 힘으로 작동한다. 이른바 판데르발스(Van der Waals)의 힘이다. 도마뱀붙이도 이 힘을 이용한다. 이 작은 생명체는 끈적끈적한 분비물이나 흡착판 없이 수직벽을 쉽게 기어 오를 수 있다. 이들의 성공의 비밀은 전자 현미경으로 보아야 확인할 수 있을 정도이다. 이는 정말 미세한 털로 짜인 카펫처럼 보인다. 이들 털 하나하나와 매끈한 표면의 각각 분자 사이에 판데르 발스 힘이 상호 작용을 일으킨다. 미세한 털 한 가닥의 힘은 미미하다. 하지만 도마뱀붙이나 나노포스그리퍼에게는 이러한 미세한 털이 cm2당 29,000배 강화된다. 이런 방식으로 도마뱀붙이는 다리 하나에 최대 10kg의 무게를 감당할 수 있다.

지느러미 원리로 부드럽게 놓는다

나노포스 그리퍼의 하부면에는 이른바 도마뱀붙이 나노플라스트 필름이 있다. 이 그리퍼는 2012년 페스토의 Bionic Learning Network의 연구 주제로 구상되었다. 파일럿 시스템에서 이 그리퍼는 기계적 연결부 없이 스마트폰의 디스플레이 표면을 직접 잡을 수 있다. 페스토 연구원들은 매끄러운 구조에서 다시 풀릴 수 있도록, 도마뱀붙이의 발을 더 정확히 말해서 발가락을 한번 더 유심히 살펴보았다. 도마뱀붙이는 자신의 발을 간단히 굴리며 판데르 발스 힘으로 털을 푸는 것을 발견했다. 나노포스 그리퍼도 이 원리에 따라 이동하고, 또 다른 생물학적 원리에 따라 움직인다. 바로 FinRay 원리로, 물고기의 꼬리 지느러미를 본 뜬 것이다. 나노포스 그립의 털 구조는 힘이 작용할 때에 직선 면에서 곡선 면으로 모양이 변한다. 필름에 있는 효과적인 홀딩면이 점차 감소되면서, 잡고 있는 물체가 부드럽게 풀리게 된다.

에너지를 사용하지 않고 잡고 버티기

나노포스그리퍼 연구 프로젝트: 이 바이오닉 그리퍼는 Van der Waals 힘을 이용하여 스마트폰을 잡고, FinRay 효과를 통해 스마트폰을 풀어 놓는다.

표면을 푸는 나노포스그리퍼의 기능 방식은 푸시-푸시 효과를 기반으로 하고 있다. 푸시-푸시 메커니즘으로 작동하는 에너지를 사용하지 않는 홀딩과 에너지 효율적인 그리핑은 그리퍼에 있어 신기술이다. 나노포스 그리퍼는 잡은 부품을 영구적으로 붙잡고 있으며, 이를 위해 에너지를 사용하지 않는다. 이러한 결합을 푸는 데에는 근소한 반력만 있으면 된다. 그리퍼 구조에서 푸시-푸시 메커니즘은 잡은 부품을 내려 놓을 때에 적응 구조를 자동으로 움직인다. 혁신적인 구조 덕분에 나노포스 그리퍼는 추가의 액추에이터나 제어 기능이 필요하지 않다.

압축공기 소비량이 줄어든다

푸시-푸시 메커닉스: 추가의 액추에이터나 컨트롤 기능없이 구조가 활성화된다

이 컨셉트 연구는 에너지 효율적인 자동화가 미래에 어떤 모습을 보일 수 있는지를 보여주었다. 이는 기존 자동화 콤포넌트에 내포된 커다란 에너지 절감 잠재력을 스마트하게 노출시켰다. 나노포스 그리퍼를 사용하면 다른 진공 시스템에 비해 압축공기 소비량을 상당량 낮출 수 있다. 이 바이오닉 그리퍼는 무접촉 그리핑의 새로운 관점을 열었다. 뿐만 아니라 혁신적 기술이 산업 생산을 지속 가능하게 만드는 데에 어떻게 도움이 되는지를 인상적으로 보여주었다. 결과적으로 자연으로부터 모방하여 자연을 이롭게 하는 것이다.