KAIST, 실시간 프로그래밍 가능한 접이식 로봇 시트 개발

KAIST 기계공학과 김정·박인규 교수 연구팀이 접이식 구조를 현장에서 실시간 프로그래밍할 수 있는 ‘로봇 시트(Robotic Sheet)’ 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.

해당 기술은 복잡한 로봇 기구 없이 단일 소재 기반으로 다양한 형상을 구현하고 동작까지 수행할 수 있는 점에서, 차세대 피지컬 인공지능(Physical AI) 플랫폼으로 평가된다.

연구팀은 이번 개발을 통해 얇고 유연한 고분자 기판에 미세 금속 저항 네트워크를 내장한 접이식 시트를 구현했다. 이 금속 저항체는 전기적 가열로 시트를 접는 히터이자, 실시간 온도 정보를 감지하는 센서로도 작동한다. 외부 장비 없이 자체적으로 온도 상태를 파악하고 접힘을 제어할 수 있다.

특히 사용자가 원하는 접힘 위치, 방향, 각도 정보를 소프트웨어로 입력하면, 로봇 시트는 유전 알고리즘과 심층 신경망 기반 계산을 통해 최적의 가열 경로를 도출하고, 자체적으로 가열·냉각을 반복해 정해진 형상을 구현한다. 이 과정에 폐루프 제어(Closed-loop control)를 적용해 가열부의 온도 분포를 정밀하게 조절하며, 외부 온도 변화나 위치 오차 등을 보정할 수 있도록 설계됐다.

기존 열 변형 기반 접힘 기술은 반응 속도가 느려 실시간 제어에 한계가 있었지만, 연구팀은 이 기술을 통해 접힘 속도를 수십 초 이내로 단축하는 데 성공했다. 더불어 시트의 가열·형상 변화 과정을 실시간으로 센싱하고, 필요한 보정을 자동 수행함으로써 안정성과 정밀도도 크게 향상시켰다.

이 기술을 적용한 로봇 시트는 단일 구조임에도 다양한 기능을 수행할 수 있다. 연구팀은 이를 활용해 물체의 형상에 따라 즉석에서 잡는 방식을 달리하는 ‘적응형 로봇 그리퍼’를 구현했으며, 시트를 바닥에 펼쳐 형상 변형 순서를 조절함으로써 걷거나 기어가는 ‘보행형 로봇’ 동작도 재현했다. 접힘 구조의 실시간 변경만으로 파지, 이동 등 여러 동작을 연속 수행할 수 있어, 로봇의 기능성을 획기적으로 확장할 수 있다.

연구팀은 향후 이 기술을 통해 재난 구조, 우주 탐사, 웨어러블 로봇, 개인 맞춤형 의료 보조기기 등 다양한 분야에 적용할 수 있는 고적응성·고자율성 로봇 플랫폼을 개발할 계획이다.

김정 교수는 “형상 자체가 지능의 역할을 수행하는 ‘형상 지능(shape intelligence)’ 개념을 구현한 사례”라며 “하드웨어 복잡성을 줄이면서도 다양한 환경에 능동적으로 대응하는 차세대 지능형 로봇의 기반 기술이 될 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 KAIST 박현규 박사(현 삼성전자 삼성종합기술원)와 정용록 경북대학교 교수가 공동 제1저자로 참여했으며, 연구 결과는 『네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)』 온라인판에 게재됐다.

김지윤 기자/ hello@sciencewave.kr