Festo, 바이오닉 캥거루의 점프

자연의 복잡함을 간단한 기술적 요소로 구현하는 것이 Festo의 바이오닉 러닝 네트워크 목표 중 하나이다. Festo의 연구원과 디자이너는 바이오닉 캥거루를 통해 다시 한 번 인상적인 성공을 거두었다. 2년여에 걸쳐 개발된 혁신적 키네마틱스로 인공 캥거루는 에너지 효율적인 도약을 이루었다.

독특한 점프 동작: 안정적이고 효율적인 점프를 위해 장착된 구성 요소들의 지능적 상호 작용

  1. 탄성적 스프링 요소의 예압
  2. 앞으로 중심 이동
  3. 점프를 위한 밸브 스위칭
  4. 센서값 평가
  5. 다리 당기기
  6. 착지와 다음 점핑을 위한 스프링 수축

캥거루는 멀리 뛰면 뛸수록 에너지를 더욱 효율적으로 소비한다. 캥거루의 독특한 점프 메커니즘 때문인데, 착지 시 생성되는 에너지를 캥거루의 아킬레스건에 저장되었다가, 다음 점프에서 다시 방출하는 방식이다. 에너지를 추가 소비없이 속도를 높일 수 있다. 이런 원리는 이미 오래 전부터 Festo의 바이오닉스 전문가들을 열광케 하였다.

2년 전, 바이오닉 러닝 네트워크를 이용하여 캥거루의 자연적인 복잡한 점프를 기계적으로 시각적으로 자연에 최대한 가깝게 모사하는 데 파란 불이 들어왔다. Festo Corporate Bionic Projects 책임자인 엘리아스 크누벤을 중심으로 프로젝트 팀에게 8가지 검증 테스트가 주어졌다. BionicOpter나 SmartBird와 같은 유사한 바이오닉스 프레젝트와 마찬가지로 바이오닉 캥거루 프로젝트를 시작할 때에 확실하게 정해진 것은 마감 시한 하나뿐이었다. 그리고 그 데드라인은 다음 하노버 박람회였다.

성공적으로 탯줄을 자르다

팀 작업: 복잡한 메카트로닉스 구조는 학제간 협력을 통해 형성되었다.

“성공을 위해 보장된 것은 아무 것도 없었습니다. 역량 있고 열의가 가득한 팀과 공동의 목표가 있어서 기본 바탕은 훌륭했습니다.“(엘리아스 크누벤) 그렇게 다양한 분야의 전문가, 실무자 그리고 대학생들로 구성된 12인의 팀이 구성되었다.

생물학적으로 영감을 얻은 점프 기능에서 첫 번째 기술적 세부 솔루션을 거쳐서 완성된 전체 컨셉트에 이르기까지 진정한 걸작을 완성할 수 있었다. 한 단계 한 단계 생물학과 로봇 공학이 가까워졌고, 캥거루의 자연 상태의 복잡한 운동은 가능한 적은 수의 자유도를 지닌 완전한 기능의 키네마틱스로 표현하도록 집중하였다. 우선 점프를 위한 에너지를 전달하는 “탯줄”을 가볍고 콤팩트한 컴프레서 또는 고압 어큐뮬레이터를 이용하여 분리할 수 있었다. 다양한 연구 파트와 울름 대학 전문가들과의 협업을 통해 바이오닉 캥거루가 안정적으로 점프하고, 완벽하게 착지하고 다시 유연하게 점프하도록 키네마틱을 통제할 수 있었다.

두 단계 뒤로 후퇴 후에 세 단계 앞으로 전진

처음에 점프 에너지를 전송하던 “탯줄”을 가볍고 콤팩트한 컴프레서 또는 고압 어큐뮬레이터를 이용하여 분리할 수 있었다.

„바이오닉 프로젝트를 대중에게 공개할 때까지 거듭하여 디자인을 고치는 과정을 거쳐야 합니다. 이때 세 단계를 나아가면 두 단계를 후퇴해야 하는 경우가 많습니다.“ (엘리아스 크누벤) 마감 기한까지 시간이 부족함에도 불구하고 진행은 계속되었다. 바이오닉 캥거루는 2014 하노버 박람회 직전 드디어 연속적인 점프에 성공하였다. 정밀한 컨트롤 기술과 제어 기술 그리고 연동하는 컨디션 모니터링으로 점프와 착지 시 안정성을 유지하였다.

캥거루의 에너지 상태, 제어 변수 그리고 안착 각도를 지속적으로 모니터링하고 평가한다. 카본으로 강화한, 레이저 소결 구성품으로 구성된 키네마틱으로 바이오닉 캥거루의 키는 약 1m 이지만 무게는 7kg에 불과하다. 최대 높이 40cm까지 점프를 하고 폭은 80cm 정도이다.