종이접기(오리가미) 기술을 응용한 로봇 기술

 

어릴 적 한 번쯤은 종이 한 장으로 학이나 배를 접어본 경험이 있을 것입니다. 이러한 단순한 놀이가 오늘날 첨단 기술과 만나 새로운 혁신을 이끌어내고 있습니다. 특히, 종이접기(일본말로 오리가미)의 원리를 활용한 로봇 공학은 공간 절약과 기능성 측면에서 주목받고 있습니다.

 

오리가미 : 일본식 종이접기가 서양에 전파되었는데, 릴리안 오펜하이머(미국종이접기협회의 창시자)가 종이접기를 일본어인 'origami'라는 국제 용어로 제안해서 현재 전 세계에서 'Origami'라는 단어가 '종이접기'라는 뜻으로 사용되고 있습니다. 

 

종이접기는 평면의 종이를 접어 복잡한 3차원 구조를 만드는 기술입니다. 이러한 특성은 로봇 공학에서 공간 효율성을 높이고, 복잡한 구조를 단순화하는 데 큰 도움이 됩니다. 예를 들어, 인공위성의 태양전지판은 이 기술을 활용하여 발사 시에는 접혀 있다가 우주에서 펼쳐지는 방식으로 설계되어 있습니다. 또한, 접이식 카약이나 공간 절약형 가구 등 일상 생활에서도 종이접기의 원리가 적용된 제품들을 쉽게 찾아볼 수 있습니다. 이러한 제품들은 사용하지 않을 때는 접어서 보관하고, 필요 시에는 펼쳐서 사용하는 방식으로 공간 활용도를 높이고 있습니다.

 

최근에는 이런 구조를 활용한 움직이는 로봇이 개발되어 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. 이러한 로봇들은 접힘과 펼침을 통해 다양한 형태로 변형될 수 있어, 좁은 공간에서도 효율적으로 작업을 수행할 수 있습니다. 특히, 재난 구호 지역이나 우주 탐사 등 극한 환경에서의 활용 가능성이 높아지고 있습니다.

 

 

전통적 로봇 설계의 한계

전통적인 로봇 설계는 복잡한 기계 부품과 전자 장치의 조합으로 이루어져 있습니다. 이러한 구조는 고정된 형태로 인해 공간 활용도가 낮고, 다양한 환경에 적응하기 어렵다는 문제도 있으며 이 때문에 제작 비용이 높고, 유지 보수가 어렵다는 단점을 가지고 있죠.

종이접기 방식을 이용한 로봇 설계

종이접기에서 사용되는 접힘 구조를 로봇 설계에 적용함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있습니다. 접힘과 펼침을 통해 로봇의 형태를 자유롭게 변형시킬 수 있어, 다양한 작업 환경에 적응할 수 있습니다. 또한, 단순한 구조로 인해 제작 비용이 절감되고, 유지 보수가 용이합니다.

종이접기가 응용된 로봇에 적용되는 기술

종이접기 기술이 적용된 로봇은 주로 형상기억합금이나 유연한 플라스틱 소재를 사용하여 제작됩니다. 이러한 소재는 특정 온도나 전기 자극에 반응하여 원하는 형태로 변형될 수 있습니다. 또한, 접힘 패턴을 설계하여 로봇의 움직임을 제어할 수 있습니다. 예를 들어, 서울대학교 조규진 교수 연구팀은 종이접기 기술을 활용한 드론 로봇 팔을 개발(링크)하여 다양한 작업에 활용한 사례가 소개되기도 했습니다. 

 

부품 필요 없는 종이접기…로봇공학을 바꾼다

 

종이접기 기술이 적용된 로봇의 취약점

 

오리가미 로봇은 소재의 내구성 및 반복적인 접힘에 따른 피로 누적 등의 문제가 있을 수 있습니다. 또한, 복잡한 움직임을 구현하기 위해서는 정밀한 접힘 패턴 설계가 필요하며, 이는 고도의 기술력을 요구합니다. 하지만 이런 분야에 대한 연구는 계속되고 있으며, 최근에는 인공지능을 이용한 패턴 디자인과 같은 방식도 등장하고 있습니다. 

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종이접기에 대한 단상

'종이접기'와 관련된 개인적인 기억이 몇 가지 있습니다. 

 

그 중 하나는 8~9년 정도 전인가 Kickstarter에 올라왔던 폴딩 카약입니다. 제 기억으론 형태와 모양 등을 감안할 때 이 제품이 현재 'Oru Lake'인가 하는 제품으로 발전한 것 아닌가 싶습니다. (확실하진 않습니다!) 당시 가방처럼 매고 다니다가 펼쳐서 카약을 만들어 강이나 인근 바닷가를 다닐 수 있다는 컨셉이 너무 좋았습니다. 우리나라에서는 써먹기엔 자연적인 조건이 맞지 않겠지만, 어쩌면 제주도 정도에서는 해안 근처에서타고 다닐 수 있는 수준은 되지 않을까 하는 생각을 했고 나중에 돈 벌면 하나 사고 싶다는 바램이 있었습니다. 

 

그림 : Oru Kayak (출처 : 오픈워터피디아)

 

그리고, 다른 하나는 도서관에서 빌려 읽었던 일본 종이접기책입니다. 책 제목은 기억나지 않네요. 책 속의 많은 작품들 가운데 '입 큰 개구리'라는 것이 하나 있었는데, 접는 방법이 복잡하지도 않으면서 접고나면 입을 벌렸다 오무렸다 하는 재미난 개구리 형상이 만들어졌습니다. 꼬마 아이들에게 하나씩 만들어 줬을 때 좋아했었습니다. 개인적으로 복잡한 것 기억은 자신이 없어서 종이접기도 이것과 다른 것 딱 2가지만 할 수 있었는데 그 가운데 하나를 좋아해주는 사람들이 있었으니 기분 좋더군요. 

 

종이접기의 원리를 활용한 로봇 공학은 공간 효율성과 기능성 측면에서 혁신적인 발전을 이루고 있습니다. 접힘과 펼침을 통해 다양한 형태로 변형될 수 있는 로봇은 좁은 공간에서도 효율적으로 작업을 수행할 수 있으며, 제작 비용 절감 및 유지 보수 용이성 등의 장점을 가지고 있습니다. 앞으로 소재의 내구성 향상 및 정밀한 접힘 패턴 설계를 통해 더욱 다양한 분야에서의 활용이 기대됩니다.

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참고자료

• 인공위성의 태양전지판 : 발사 시에는 접혀 있다가 우주에서 펼쳐지는 구조로, 오리가미 원리가 적용되어 있습니다. (링크)
• 접이식 카약 : 사용하지 않을 때는 접어서 보관하고, 필요 시에는 펼쳐서 사용하는 방식으로 공간 활용도를 높이고 있습니다. (예: Oru Lake)
• 공간 절약형 가구 : 접이식 테이블이나 침대 등은 오리가미의 원리를 활용하여 제작되어, 좁은 공간에서도 효율적으로 사용할 수 있습니다.(예: Origami Folding Chair)
• 기사) 부품 필요 없는 종이접기…로봇공학을 바꾼다
• 기사) 종이처럼 접고 펼치면 의자, 테이블, 서랍으로 변신하는 로봇

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Q&A

Q: 오리가미 로봇의 주요 장점은 무엇인가요?

오리가미 로봇은 접힘과 펼침을 통해 다양한 형태로 변형될 수 있어 좁은 공간에서도 작업 효율성을 높입니다. 또한, 단순한 구조 덕분에 제작 비용이 낮고 유지 보수가 용이합니다.

Q: 오리가미 로봇은 어떤 소재로 제작되나요?

주로 형상기억합금, 유연한 플라스틱, 또는 고분자 소재를 사용합니다. 이러한 소재는 외부 자극(온도, 전기 등)에 반응하여 원하는 형태로 변형될 수 있습니다.

Q: 오리가미 로봇의 한계점은 무엇인가요?

주요 한계로는 소재의 내구성 문제와 반복적인 접힘으로 인한 피로 누적이 있습니다. 또한, 복잡한 접힘 패턴 설계를 위해 고도의 기술력과 시간이 필요합니다.