Core Concepts
기계적 팽창 메커니즘을 통해 다양한 크기와 형태의 파이프를 탐색할 수 있는 생물 모방 유연 이동 시스템을 개발하였다.
Abstract
본 연구에서는 기생 벌의 산란관(ovipositor)에서 영감을 얻어 파이프라인 검사를 위한 혁신적인 로봇 시스템을 개발하였다. 이 로봇은 기계적 팽창 기술을 통해 다양한 크기와 형태의 파이프에 적응할 수 있는 유연한 이동 시스템을 특징으로 한다.
이동 시스템의 작동 원리는 기생 벌의 산란관 작동 원리를 모방한 것이다. 산란관에는 3개의 밸브가 있는데, 이 밸브들이 순차적으로 움직이면서 알을 이동시킨다. 이를 모방하여 로봇에는 3개의 슬라이더 그룹이 있으며, 이 그룹들이 순차적으로 움직여 로봇을 전진시킨다.
또한 기계적 팽창 메커니즘을 통해 로봇이 파이프의 크기와 형태에 맞게 팽창할 수 있다. 이 팽창 메커니즘은 탄성 변형이 가능한 팽창기를 사용하여 구현되었다.
실험 결과, 이 로봇은 다양한 크기와 형태의 파이프를 70% 이상의 효율로 주행할 수 있었다. 또한 기계적 팽창 메커니즘을 통해 13N의 높은 지지력을 발휘할 수 있어, 약 5.8kg의 하중을 지탱할 수 있는 것으로 나타났다. 이는 수직 파이프에서의 주행에도 적용될 수 있다.
이 시스템은 다양한 파이프라인 환경에서의 검사와 탐색에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
Stats
로봇 직경 대 파이프 직경 비율(δ)이 증가할수록 이동 효율(ηl)이 선형적으로 증가하였다.
2kg의 하중을 추가해도 이동 효율이 63%로 큰 변화가 없었다.
기계적 팽창 메커니즘은 1mm 변위당 약 4.2N의 힘을 발생시킬 수 있었다.
Quotes
"파이프라인은 유체 수송을 위한 필수적인 수단이지만, 특히 작고 유연한 생물학적 시스템에서 검사 작업은 여전히 과제로 남아있다."
"이 연구에서는 기생 벌의 산란관에서 영감을 얻어 다양한 관 크기와 형태에 적응할 수 있는 유연한 이동 시스템을 개발하였다."