세계 최초로 워싱턴 주립 대학(WSU)의 연구원들은 요(yaw)로 알려진 복잡한 비틀림 동작을 포함하여 모든 방향으로 안정적으로 비행할 수 있는 Bee++라는 로봇 꿀벌을 설계했다.

4개의 탄소 섬유 및 마일라 날개와 각각 날개를 제어하는 4개의 경량 액추에이터로 구성된 Bee++ 프로토타입은 로봇 공학의 상당한 발전을 나타낸다. 날아다니는 곤충에서 관찰되는 6단계의 자유 이동을 달성한 것은 최초이다. WSU 기계 및 재료 공학부 Flaherty 부교수인 Néstor O. Pérez-Arancibia가 이끄는 팀은 IEEE Transactions on Robotics에 연구 결과를 발표하고 IEEE 로봇 공학 및 자동화에 관한 국제 회의에서 연구 결과를 발표했다.

Pérez-Arancibia는 “연구자들은 30년 이상 인공 비행 곤충을 개발하려고 노력해 왔다. 이 작은 로봇을 만들려면 독특한 디자인뿐만 아니라 곤충 뇌의 기능을 모방하는 고급 컨트롤러의 개발도 필요하다. "이것은 로봇 설계와 제어의 혼합이다."라고 덧붙이며 이 작은 로봇을 위한 '인공 두뇌'를 만드는 것의 중요성을 강조했다.

여러 한계 극복

WSU 팀의 첫 번째 창조물은 날개가 두 개인 로봇 꿀벌이었다. 그러나 움직임에는 제약이 따랐다. 이 한계를 극복하기 위해 Pérez-Arancibia와 그의 박사 과정 학생들은 2019년에 이륙할 수 있을 만큼 충분히 4개의 날개를 가진 로봇을 만들었다. 로봇은 다양한 패턴으로 날개를 퍼덕여 복잡한 기동, 피칭 및 롤링을 실행할 수 있었다.

그러나 요(yaw) 컨트롤의 통합은 상당한 도전 과제를 제시했다. Pérez-Arancibia는 " 요(yaw)를 제어할 수 없다면 매우 제한적이다."라고 말하면서 이것이 없으면 로봇이 제어할 수 없게 회전하고 초점을 잃고 충돌한다고 설명했다. 그는 모든 이동 정도가 회피 기동이나 물체 추적에 매우 중요하다고 강조했다.

곤충에서 영감을 얻은 팀은 날개가 각진 평면에서 펄럭이는 디자인을 도입했다. 그들은 또한 날개 플랩 빈도를 초당 100회에서 160회로 늘렸다. "솔루션의 일부는 로봇의 물리적 설계였으며 우리는 로봇에게 무엇을 해야 하는지 알려주는 두뇌인 컨트롤러를 위한 새로운 설계도 발명했다."고 그는 덧붙였다.

날개 길이가 33mm인 95mg의 Bee++는 실제 벌보다 크며 현재 한 번에 약 5분 동안만 자율 비행이 가능하다. 그러나 이러한 한계는 팀의 사기를 꺾지 못했다. 그들은 크롤러와 소금쟁이를 포함한 다른 유형의 곤충 로봇을 개발하기 위해 노력하고 있다.

생체 모방과 혁신의 가치를 구현한 Bee++의 개발은 WSU의 Cougar Cage 프로그램을 통해 National Science Foundation, DARPA, WSU Foundation, Palouse Club 등 다양한 조직의 지원을 받았다. 이 선구적인 작업을 통해 로봇 공학의 미래는 훨씬 더 획기적인 발전에 대한 약속으로 가득 차 밝게 보인다.