스스로 떼지어 다니는 마이크로로봇

코넬대학교

뉴욕주 이타카 - 코넬과 막스 플랑크 지능형 시스템 연구소의 연구 협력은 떼지어 다니는 마이크로 로봇의 집단적 행동을 확장하는 효율적인 방법을 찾았습니다. 자기장이 가해지면 조작될 수 있는 패턴. 이 기술을 사용하면 떼가 수동 개체를 "감금"한 다음 추방할 수도 있습니다.

이 접근 방식은 마이크로 로봇 배치가 인체에서 의약품을 운반하고 방출하는 표적 약물 방출을 미래의 마이크로 로봇이 어떻게 수행할 수 있는지 알려주는 데 도움이 될 수 있습니다.

팀의 논문 "이종 마이크로로봇 집단의 프로그래밍 가능한 자기 조직화"는 6월 5일 미국 국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 게재되었습니다.

수석 저자는 Steven Ceron 박사입니다. 그는 논문의 공동 수석 저자인 Kirstin Petersen(조교수이자 코넬 공학 전기 및 컴퓨터 공학과의 Aref 및 Manon Lahham 교수 연구원)의 연구실에서 일했습니다.

Petersen의 집단 구현 지능 연구소(Collective Embodied Intelligence Lab)는 알고리즘과 고전적 제어부터 물리적 지능에 이르기까지 다양한 방법을 연구해 왔으며, 종종 로봇과 환경 및 서로의 상호 작용을 활용하여 대규모 로봇 집단이 지능적으로 행동하도록 유도했습니다. 그러나 이 접근 방식은 온보드 계산을 수용할 만큼 크지 않은 마이크로 규모 기술에 적용할 때 매우 어렵습니다.

이 문제를 해결하기 위해 Ceron과 Petersen은 논문의 공동 저자인 독일 슈투트가르트에 있는 Max Planck 지능형 시스템 연구소의 Gaurav Gardi 및 Metin Sitti와 팀을 이루었습니다. Gardi와 Sitti는 자기장으로 구동되는 소규모 시스템 개발을 전문으로 합니다.

"어려운 점은 계산, 감지 또는 통신 수단이 없는 로봇 떼에서 어떻게 유용한 행동을 가능하게 하는가입니다."라고 Petersen은 말했습니다. "지난 논문에서 우리는 단일 전역 신호를 사용하여 로봇을 작동시키고 쌍으로 상호 작용하여 집단 동작, 접촉 및 비접촉 기반 물체 조작을 생성할 수 있음을 보여주었습니다. 이제 우리는 다음과 같은 작업을 수행할 수 있음을 보여주었습니다. 서로 다른 크기의 마이크로 로봇을 함께 사용하여 쌍별 상호 작용이 비대칭이 되도록 행동의 레퍼토리를 더욱 확장할 수 있습니다."

이 경우 마이크로로봇은 3D 프린팅된 폴리머 디스크로, 각각 인간 머리카락 너비 정도이며 강자성 물질의 얇은 층으로 스퍼터 코팅되어 1.5cm 너비의 물 웅덩이에 놓여 있습니다.

연구원들은 두 개의 직교 외부 진동 자기장을 적용하고 진폭과 주파수를 조정하여 각 마이크로 로봇이 중심 축을 중심으로 회전하고 자체 흐름을 생성하도록 했습니다. 이 움직임은 차례로 일련의 자기력, 유체 역학 및 모세관력을 생성했습니다.

"지구 자기장을 변경함으로써 우리는 그러한 힘의 상대적 크기를 변경할 수 있습니다"라고 Petersen은 말했습니다. "그리고 그것은 떼의 전반적인 행동을 변화시킵니다."

연구원들은 다양한 크기의 마이크로 로봇을 사용하여 떼의 자체 조직 수준과 마이크로 로봇의 조립, 분산 및 이동 방식을 제어할 수 있음을 보여주었습니다. 연구자들은 다음과 같은 작업을 수행할 수 있었습니다. 떼의 전체 모양을 원형에서 타원형으로 변경합니다. 비슷한 크기의 마이크로로봇을 강제로 하위 그룹으로 묶습니다. 그리고 떼가 외부 물체를 집단적으로 포착하고 추방할 수 있도록 개별 마이크로로봇 사이의 간격을 조정합니다.

"시스템이 우리에 갇히고 배출될 수 있을 때 우리가 항상 흥분하는 이유는 예를 들어 인체에 완전히 비활성인 작은 마이크로 로봇이 담긴 약병을 마시고, 우리에 가두고 약을 운반하게 한 다음, 몸의 올바른 지점으로 가져와서 풀어주세요.”라고 Petersen은 말했습니다. "물체를 완벽하게 조작하는 것은 아니지만, 이러한 마이크로 스케일 시스템의 동작에서 우리는 계산이 부족함에도 불구하고 더 정교한 로봇과 많은 유사점을 보기 시작했습니다. 이는 매우 흥미롭습니다."