Biomimetic Robotics Lab(생체모방 로봇 연구실)은 한양대학교 ERICA캠퍼스 로봇공학과에 소속되어 있으며, 마이크로/나노로봇, 소프트로봇, 고감도 촉각 센서 등 첨단 로봇 기술의 융합 연구를 선도하고 있습니다. 본 연구실은 자연에서 영감을 받은 생체모방 설계와 첨단 소재, 그리고 다학제적 접근을 바탕으로 차세대 로봇 시스템을 개발하고 있습니다.
주요 연구 분야는 무선 마이크로/나노로봇의 설계 및 구동, 소프트로봇의 구조 및 운동 제어, 그리고 인간-로봇 상호작용을 위한 고감도 촉각 센서 개발입니다. 특히, 외부 에너지를 활용한 극소형 로봇의 정밀 제어, 자연 모사 기반의 다기능 소프트로봇, 그리고 메타구조 기반의 촉각 센서 등 혁신적인 기술을 통해 바이오메디컬, 산업 자동화, 웨어러블 기기 등 다양한 응용 분야에 기여하고 있습니다.
연구실은 다양한 국내외 연구 프로젝트와 산학협력을 통해 실용적이고 혁신적인 연구 성과를 창출하고 있습니다. 예를 들어, 산업통상자원부, 과학기술정보통신부, 삼성전자 등과의 협력 프로젝트를 통해 실제 산업 현장과 의료 분야에서 활용 가능한 기술 개발에 집중하고 있습니다. 또한, 다수의 특허 출원과 국제 학술지 논문 발표를 통해 연구의 우수성을 인정받고 있습니다.
연구실 구성원들은 로봇공학, 기계공학, 화학, 재료과학 등 다양한 배경을 바탕으로 융합적 연구를 수행하고 있으며, 실험실 내외의 활발한 학술 교류와 국제 컨퍼런스 참가를 통해 최신 연구 동향을 선도하고 있습니다. 또한, 대학원생과 학부생, 인턴 등 다양한 인재들이 참여하여 창의적이고 도전적인 연구 환경을 조성하고 있습니다.
향후 Biomimetic Robotics Lab은 마이크로/나노로봇 및 소프트로봇 분야에서 세계적인 연구 거점으로 성장하는 것을 목표로, 첨단 로봇 기술의 한계를 극복하고, 인간과 자연, 기계가 조화롭게 공존하는 미래 사회 구현에 기여하고자 합니다.
무선 마이크로/나노로봇은 내장 배터리를 탑재할 수 없는 극소형 구조로 인해 외부 에너지원을 활용하여 구동되는 첨단 로봇 기술입니다. 본 연구실에서는 화학 에너지, 자기장, 광에너지, 초음파 등 다양한 외부 에너지를 활용하여 마이크로/나노로봇을 구동하는 방법을 연구하고 있습니다. 이러한 에너지 전달 방식은 생체 내 응용에서 높은 조작성, 깊은 조작 가능성, 그리고 안전성을 동시에 요구하는데, 기존의 방식들은 이 세 가지를 모두 만족시키지 못하는 한계가 있습니다.
연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 새로운 에너지 전달 방식과 로봇 설계 방법을 개발하고 있습니다. 예를 들어, 자기장을 이용한 정밀 제어, 화학 반응을 통한 자가 추진, 그리고 빛이나 초음파를 활용한 원격 조작 기술을 융합하여 다양한 환경에서 안정적으로 동작할 수 있는 소형 로봇을 구현하고 있습니다. 또한, 복잡한 생체 환경에서의 응용을 위해 로봇의 구조적 설계와 소재 개발에도 집중하고 있습니다.
이러한 연구는 의료 분야에서의 정밀 약물 전달, 조직 검사, 미세 수술 등 다양한 바이오메디컬 응용에 혁신적인 가능성을 제시합니다. 앞으로도 본 연구실은 무선 마이크로/나노로봇의 성능을 극대화하고, 실제 임상 및 산업 현장에 적용할 수 있는 실용적인 기술 개발을 목표로 하고 있습니다.
소프트로봇 및 생체모방 로봇
소프트로봇은 무한한 자유도(DOF)를 바탕으로 주변 환경 변화에 뛰어난 적응성을 보이는 차세대 로봇입니다. 그러나 높은 자유도는 동시에 운동의 비선형성을 유발하여, 실제 이동형 소프트로봇 개발 시 제어의 어려움이 존재합니다. 본 연구실은 동물이나 박테리아 등 자연에서 영감을 받은 소프트로봇을 개발하고 있으며, 예를 들어 정자 세포의 운동 특성을 모방한 다중 링크 나노로봇을 구현하였습니다. 이 로봇은 외부 자기장 하에서 다중 모드 운동과 다기능성을 동시에 구현할 수 있습니다.
또한, 공압식 소프트로봇 등 다양한 형태의 소프트로봇을 개발 중이며, 이를 위해 소재 합성, 구조 설계, 유체-구조 연성 해석 등 다학제적 접근을 적용하고 있습니다. 소프트로봇의 구조적 특성과 소재의 물리적 특성을 최적화하여, 실제 환경에서의 내구성과 적응성을 극대화하는 연구가 진행되고 있습니다.
이러한 소프트로봇 기술은 의료용 미세로봇, 산업용 자동화, 인간-로봇 상호작용(HRI) 등 다양한 분야에 적용될 수 있습니다. 특히, 생체 내에서의 안전한 이동과 정밀한 작업 수행이 요구되는 바이오메디컬 응용에서 큰 잠재력을 가지고 있습니다.
고감도 촉각 센서 및 인간-로봇 상호작용
본 연구실은 기존 Hall 효과 기반 촉각 센서의 한계를 극복하기 위해 혁신적인 메타구조를 적용한 고감도 촉각 센서(HEATS)를 개발하고 있습니다. 회전 사각형 플레이트 구조를 적용한 auxetic 패턴을 통해 민감도를 크게 향상시켰으며, 유한요소해석(FEA) 기반의 최적화 과정을 거쳐 설계되었습니다. 실험 결과, 기존 비-auxetic 센서 대비 20배, 10배 이상의 민감도 향상을 달성하였으며, 다양한 촉각 자극(근육 움직임, 관절 각도 등)에 대해 탁월한 정밀도를 보였습니다.
이러한 촉각 센서는 인간-로봇 상호작용(HRI) 및 인간-기계 인터페이스(HMI)에서 필수적인 미세 촉각 신호의 정밀 감지에 활용될 수 있습니다. 특히, 감성 교감형 동반자 로봇, 의료용 웨어러블 기기, 스마트 그리퍼 등 다양한 응용 분야에서 실시간 피드백과 정밀 제어를 가능하게 합니다. 또한, 센서의 구조적 설계와 소재 합성, 신호 처리 알고리즘 개발 등 다학제적 연구가 통합적으로 이루어지고 있습니다.
향후 본 연구실은 촉각 센서의 소형화, 집적화, 그리고 인공지능 기반 신호 해석 기술을 접목하여, 더욱 정교하고 지능적인 인간-로봇 상호작용 시스템을 구축하는 것을 목표로 하고 있습니다.
Development of the emotional sympathetic companion robot with 0.02N level nanoelectronic skin and 0.9W16TOPS level reinforcement learning based cognitive intelligent HRI technology.
Ministry of Trade, Industry and Energy (산업통상자원부)
2022년 ~ 2025년
2
The development of multi-energy sensitive hybrid-microrobots and their application to rapid antigen test kit.
NRF
2022년 ~ 2023년
3
BRL collaborates supercritical fluid facility with Samsung Electronics
