바이오닉 로봇은 자연에서 발견되는 생물학적 유기체의 생리학적 구조나 기능적 특성을 모방하며 종종 특정한 공학 응용을 염두에 두고 설계된다. 현재 강력한 지형 이동성과 효율적인 이동 메커니즘은 바이오닉 로봇의 주요 개발 분야이다. 뱀은 다리가 없는 파충류이며 복잡한 환경에서 뛰어난 이동성을 보여 바이오닉 뱀 로봇의 향후 응용 가능성을 높인다.
창춘과기대 연구진은 뱀의 비늘 마찰 특성뿐만 아니라 다중 환경에서 뱀의 접촉역학을 연구해 뱀 모양 로봇의 설계 기반을 제공했다. 연구진은 우선 NOKOV 3차원 모션 캡처 시스템을 이용해 습하고 건조한 환경, 거칠기가 다른 사포 표면 위, 매끄러운 평면에서의 뱀의 움직임을 분석했다. 그리고 나서 그들은 뱀의 움직임에 대한 모델을 얻었고 뱀의 마찰 접촉 역학을 테스트하기 위한 장치를 설계했다. 미리 결정된 채널과 같은 시험 영역을 커버하기 위해 4대의 Mars 4H 광학 모션 캡처 카메라가 사용되었다.
실험 내내 사용된 붉은 사슬 뱀의 운동학적 특성과 신체 구조 때문에 뱀의 머리, 중간, 꼬리 부분에 반사 마커를 배치했다. 이 마커들은 뱀의 움직임에 대한 데이터를 수집하기 위해 모션 캡처 시스템에 의해 추적되었다.
실험에서 뱀은 채널 측면에 있는 작은 구멍으로 안내되어 채널 안으로 들어가 자유롭게 움직일 수 있게 되었다. 뱀의 각 마커의 위치는 카메라에 의해 수집되었고 같은 마커에서 수집된 다른 데이터와 함께 소프트웨어에 저장되었다. NOKOV 적외선 광학 모션 캡처 렌즈의 샘플링 주파수는 180 Hz로 설정되었다.
연구진은NOKOV 모션 캡처 시스템에 의해 수집된 광범위한 데이터를 사용하여 추가 조사를 위해 뱀의 운동학적 접촉 역학을 테스트하는 장치를 설계했다. 수집된 데이터를 뱀저울의 이동특성, 접촉역학, 마찰성능 등을 종합하여 이동기제 모형을 생성하고 분석하였다. 이 모델은 복잡한 환경에 적응한 뱀과 같은 생체 공학 로봇을 설계할 때 정확한 참조 역할을 할 수 있다.
참조:
[1] Guo Wanpeng.Contact Analysis of Snake Movement in Multi-environment and Test Research of Scale Friction Performance[D]. Changchun University of Science and Technology, 2021. DOI:10.26977/d.cnki.gccgc.2021.000653.
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