저가의 종이보드나 필름 등을 자르고 접어서 만드는 소형 로봇은 짧은 제작시간과 적은 제작비용, 대량생산 가능성으로 학계에서 지속적으로 연구되고 있다. 이러한 소형 로봇은 최근에 열이나 자기장, 습도변화 등에 의해 스스로 접히는 이른바 4D 프린팅 기술과 접목되면서 큰 주목을 받고 있다.

최근 국내연구진이 ‘적층형 자가접기(additive self-folding)’ 라는 새로운 기술로 만들어진 소프트 로봇을 개발하고 문화·예술 산업 등에서의 활용 가능성을 선보여 주목받고 있다. 

4D 프린팅은 온도, 습도, 진동, 자기장 등으로부터 운동에너지를 얻어 미리 설계된 3차원 형상으로 스스로 변하는 지능형 구조를 만드는 기술을 말한다.

소프트로봇(Soft robot)은 딱딱한 금속이 아닌 유연한 소재로 만들어져 있으며 변형하기 쉬운 구조를 가진 로봇. 외부환경에 탄력적으로 적응하고 유연하게 움직임일 수 있어 의료, 탐사, 재난, 제조 등 여러 분야에서 활용가능하다.

한국과학기술연구원(KIST) 지능로봇연구단 임세혁 박사팀이 전산 알고리즘을 이용하여 설계된 종이전개도를 프린터로 출력하고, 이를 접어서 3차원 형상을 가진 로봇으로 활용하는 기술을 개발했다. 이를 통해 개발한 소프트 로봇을 이용해 영화대사를 따라하고, 음악에 유연하고 생동감 있게 움직이는 모습이 시연되기도 했다.

3D 프린터를 사용하는 분야에서 로봇을 구동장치까지 한 번에 제작하는 기술은 현재 선진국에서도 활발히 연구되고 있으나, 기본적으로 고가의 장비를 필요로 하고 로봇의 동작범위나 속도 등이 제한적이었다.

이번 기술을 개발한 연구진은 원하는 로봇의 3차원 형상과 구현하고자 하는 동작을 사전에 설계하여, 자가조립에 의해 기존의 방식보다 더 저렴하고 용이하게 로봇을 구현할 수 있는 기술을 개발했다. 바로, ‘적층형 자가접이’라는 새로운 방식으로 만들어진 소프트 로봇이다.

또한 이러한 기술로 만들어진 소프트 로봇은 부드러운 몸체와 외부충격에 유연한 특성을 가지는 것으로 알려졌다. 연구진은 개발된 소프트 로봇이 영화 대사를 따라하고, 오페라 등의 음악에 맞춰 유연하게 동작하는 ‘오디오-애니메트로닉스(audio-animatronics)’를 시연, 활용범위를 의료분야 뿐 아니라 영화·엔터테인먼트 산업 및 예술분야에까지 확장시킬 수 있다는 점에서 학계의 큰 관심을 받고 있다. 
 
이와 관련해 KIST 임세혁 박사는 "로봇의 디자인과 기능에 따른 최적의 설계가 가능하다"며  "향후 본 연구를 통해 개발한 소프트로봇 기술에 최근 급격하게 발전하고 있는 대화형 인공지능기술을 융합하면 개인·서비스 로봇 관련 산업에도 광범위한 변화를 일으킬 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 기관고유사업으로 수행되었으며, 로봇 분야 국제학술지인 ‘국제로봇연구 저널(The International Journal of Robotics Research)’ 최신호에 온라인 게재되었다.​ ■