마이크로플라이어(Microflier) 또는 다수로 배치된 소형 무선 로봇은 오늘날 환경 또는 생물학적 연구와 같은 대규모 감시 및 모니터링 목적으로 사용되는 경우가 있습니다. 공중에 분산되는 전단지의 능력으로 인해 접근이 어려운 장소를 포함하여 단일 위치에서 떨어뜨린 후 넓은 지역을 덮도록 퍼질 수 있습니다. 게다가 여러 대의 드론보다 더 작고 가벼우며 배포 비용도 저렴합니다.
보다 효율적인 마이크로 플라이어를 만드는 데 있어 과제 중 하나는 전력 소비를 줄이는 것이었습니다. 이를 수행하는 한 가지 방법은 워싱턴 대학교(UW)와 그르노블 알프스 대학교의 연구원들이 시연한 것처럼 배터리를 제거하는 것입니다. 일본의 종이 접기 기술인 종이접기에서 영감을 받아 전자 작동을 통해 바람에 흩어지고 모양이 바뀔 수 있는 프로그래밍 가능한 마이크로플라이어를 디자인했습니다. 이는 25밀리초 안에 최대 200밀리뉴톤의 힘을 생성할 수 있는 태양열 구동 액추에이터를 통해 달성됩니다.
"이 작은 전단지를 온도, 빛 및 기타 사항과 같은 환경 조건을 측정하는 센서 플랫폼으로 생각하십시오."
—비크람 아이어(워싱턴 대학교)
저자 중 한 명인 UW의 컴퓨터 과학자이자 엔지니어인 Vikram Iyer는 "이 종이접기 디자인의 멋진 점은 배터리 없이 공중에서 모양을 바꿀 수 있는 방법을 만들었다는 것입니다."라고 말했습니다. "모양의 아주 작은 변화이지만 낙하 동작에 매우 극적인 변화를 가져옵니다. 이를 통해 우리는 이러한 물체가 어떻게 나는지 어느 정도 제어할 수 있습니다."
텀블링 및 안정적인 상태: A) 여기 종이접기 마이크로 플라이어는 텀블링 상태이고 B) 착지 후 구성입니다. 하강하면서 전단지는 C에 표시된 전형적인 텀블링 패턴으로 넘어집니다. D) 종이접기 마이크로플라이어는 여기 안정적인 하강 상태에 있습니다. 전단지의 착륙 위치 범위인 E는 부모 드론에서 방출된 후 분산 패턴을 보여줍니다.
이 연구는 2022년에 발표된 연구원들의 이전 연구를 바탕으로 민들레 씨앗처럼 공기 중에 분산될 수 있는 센서를 시연했습니다. 현재 연구의 목표는 "수백 개의 센서를 배치하고 착륙 위치를 제어하여 정확한 배치를 달성하는 것"이라고 WU의 모바일 인텔리전스 연구소를 이끌고 있는 공동 저자 Shyamnath Gollakota는 말합니다. 각각의 무게가 500mg 미만인 마이크로 플라이어는 미풍을 타고 거의 100m를 이동할 수 있으며 블루투스를 통해 최대 60m 거리까지 기압과 온도에 대한 데이터를 무선으로 전송할 수 있습니다. 이 그룹의 연구 결과는 이번 달 초 사이언스 로보틱스(Science Robotics)에 게재되었습니다.
두 종이접기 상태의 떨어지는 행동의 차이를 발견한 것이 우연이었다고 Gollakota는 말합니다. "평평할 때는 바람에 흔들리는 나뭇잎과 거의 같습니다."라고 그는 말합니다. "평평한 부분에서 약간의 곡률로의 아주 약간의 변화로 인해 매우 제어된 동작으로 낙하산처럼 떨어지게 됩니다." 텀블링 상태에서, 측면 돌풍에서 마이크로플라이어는 안정 상태에서보다 최대 3배의 분산 거리를 달성한다고 그는 덧붙입니다.
이 마이크로플라이어 클로즈업은 상단의 전자 장치와 회로를 보여줍니다.
예를 들어 모터, 정전기 작동기, 형상 기억 합금 및 전열 폴리머가 사용된 다른 종이접기 기반 시스템이 있었지만 이러한 시스템은 연구자들이 직면한 과제를 해결하지 못했다고 Gollakota는 말합니다. 하나는 트리거 없이도 모양이 변하지 않을 만큼 강력하면서도 전력 소비를 낮게 유지할 수 있을 만큼 가벼운 작동 메커니즘 사이의 최적점을 찾는 것이었습니다. 다음으로 땅에 떨어지면서 빠른 전환 반응을 생성해야 했습니다. 마지막으로 전환을 촉발하려면 경량 에너지 저장 솔루션이 탑재되어야 했습니다.
Gollakota가 "상당히 상식적"이라고 설명하는 메커니즘을 생각해 내는 데는 여전히 1년이 걸렸습니다. 종이접기 중앙에는 솔레노이드 코일(전류가 통과할 때 자석 역할을 하는 코일)과 두 개의 작은 자석으로 구성된 줄기가 있습니다. 4개의 힌지형 탄소섬유 막대가 스템을 구조물의 가장자리에 부착합니다. 솔레노이드 코일에 전류 펄스가 가해지면 자석이 서로를 향해 밀고 구조가 다른 모양으로 고정됩니다.
필요한 것은 자기력이 작용할 수 있도록 자석을 서로 적절한 거리 내에 배치할 수 있는 아주 작은 전력뿐이라고 Gollakota는 말합니다. 에너지를 수확하기 위한 얇고 가벼운 태양전지 배열이 있으며, 이 에너지는 작은 커패시터에 저장됩니다. 회로는 접이식 종이접기 구조에 직접 제작되었으며 마이크로컨트롤러, 타이머, Bluetooth 수신기, 압력 및 온도 센서도 포함되어 있습니다.
"우리는 고정된 시간 이후, 무선 신호를 보낼 때 또는 이 장치가 감지하는 고도[또는 온도]에서 이러한 사항을 기반으로 모양 변경을 트리거하도록 이러한 항목을 프로그래밍할 수 있습니다."라고 Iyer는 덧붙입니다. 종이접기 구조는 쌍안정합니다. 즉, 일단 전환되면 모양을 유지하기 위해 에너지가 필요하지 않습니다.
연구원들은 다양한 환경 모니터링 응용 분야를 위한 센서를 통합하도록 설계를 확장할 수 있다고 말합니다. Iyer는 "이 작은 전단지를 온도, 빛 및 기타 사물과 같은 환경 조건과 대기 전체에 걸쳐 어떻게 변화하는지 측정하는 센서 플랫폼으로 생각하십시오"라고 말했습니다. 또는 디지털 농업, 기후 변화 관련 연구, 산불 추적 등을 위해 지상에 센서를 배치할 수도 있습니다.
현재 프로토타입에서 마이크로플라이어는 한 방향으로만 모양이 변경되지만 연구자들은 두 상태를 전환하고 궤적을 더 잘 제어할 수 있도록 양방향으로 전환하기를 원합니다. 그들은 또한 마이크로플라이어 떼가 서로 통신하고, 행동을 제어하고, 떨어지고 흩어지는 방식을 스스로 조직하는 모습을 상상합니다.
해당 기사는 다음 웹사이트에 게재되어 있습니다.https://spectrum.ieee.org/topic/robotics/#toggle-gdpr
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