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미래의 로봇공학을 발전시킬 인공 근육

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    2015년, 전 세계 25개 팀이
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    재난대응 로봇 경연대회에 참가했습니다.
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    여러 가지 작업을
    수행할 수 있는 로봇으로
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    전동 공구를 사용하거나
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    고르지 않은 땅에서 작업하거나
    이동할 수 있는지를 겨뤘습니다.
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    대단하게 들리죠?
    실제로도 그렇습니다.
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    당시 우승을 차지한
    로봇 HUBO를 봅시다.
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    차에서 내리려고 하는 HUBO입니다.
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    참고로 말씀드리자면
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    이 영상은 3배속으로 재생된 것입니다.
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    (웃음)
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    한국 KAIST가 만든 HUBO는
    최첨단 로봇으로
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    엄청난 능력을 갖추고 있습니다.
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    그러나 외형은 수십 년 전부터 봐온
    로봇들과 그리 다르지 않습니다.
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    경진대회에서 선보인 다른 로봇들도
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    마찬가지로 부자연스럽게 움직입니다.
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    로봇 본체는 복잡한 기계 구조로
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    단단한 재료로 구성되는데
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    철제, 강성 전자모터 등을 사용해 만듭니다.
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    저비용도 아니고
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    사람 근처에서 작동하기에
    안전하지도 않으며
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    예기치 못한 상황에 대한
    대응능력도 떨어지죠.
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    로봇 지능에 있어 많은 성과가 있었지만
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    움직임은 예전과 다를 바 없습니다.
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    제 딸 나디아입니다.
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    아직 다섯 살이지만
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    HUBO보다 훨씬 빨리
    차에서 내릴 수 있습니다.
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    (웃음)
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    최신의 그 어떤 인간형 로봇보다
    정글짐을 훨씬 잘 탈 수 있습니다.
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    HUBO와는 다르게
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    인간은 변형이 쉽고 움직임이 부드러운
    신체 부위를 자유자재로 사용합니다.
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    근육과 피부 같은 것들이죠.
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    로봇의 몸체도 새롭게 바뀌어야 합니다.
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    자연에서 영감을 받아
    정밀하고 효율적이며
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    부드러운 소재를 사용한 로봇 말이죠.
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    사실, 이 개념은 새로운 연구 분야인
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    소프트 로봇공학의 핵심 아이디어입니다.
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    우리 연구진과
    전 세계 공동 연구자들은
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    부드러운 자재를 사용해
    근육과 피부와 비슷하게
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    민첩성과 유연성을 갖춘
    로봇을 만들고 있습니다.
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    로봇의 기능은 점점 더
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    인체가 갖는 놀라운 능력에
    근접해 가고 있습니다.
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    저는 생물학적 근육에서
    영감을 받아왔습니다.
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    이미 눈치채셨겠지만
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    저는 오스트리아인이고
    영화 터미네이터 주인공 같은 말투죠.
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    (웃음)
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    생물학적 근육은
    진화의 진정한 걸작입니다.
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    근육은 손상 후에도 치유되고
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    감각 신경세포와 밀접하게 결합하여
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    동작과 주변 환경에 반응합니다.
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    벌새의 초고속 날갯짓만큼
    빠르게 수축하고
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    코끼리를 움직일 정도로
    튼튼하게 늘어납니다.
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    적응력도 매우 뛰어납니다.
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    문어가 자유자재로
    다리를 쓰듯이 말이죠.
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    문어라는 동물은 작은 구멍 사이로
    온몸을 밀어 넣을 수도 있습니다.
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    로봇의 작동기는
    동물의 근육과 같습니다.
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    신체의 주요 구성 요소로서
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    몸을 움직여 외부와 상호작용을
    할 수 있도록 해주죠.
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    만약 유연한 작동기
    또는 인공근육을 만들어서
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    다양한 환경에 빠르게 적응하며
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    실제 동물처럼 움직일 수 있다면
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    여러 목적의 다양한 형태를 갖는
    로봇을 만들 수 있을 겁니다.
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    당연한 얘기지만
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    우리는 지난 수십 년을
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    근육 본연의 놀라운 능력을
    모사하기 위해 노력 해왔습니다.
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    하지만 굉장히 어려웠죠.
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    약 10년 전에
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    오스트리아에서 박사과정을 밟던 중
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    동료 연구진과 저는
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    인공 근육에 관한 세계 최초의
    논문을 접하게 되었습니다.
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    1880년에 출간된 논문이었죠.
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    "전기에 의한 유전체의 형상과
    부피 변화에 관한 연구"라는 제목으로
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    독일 물리학자 빌헬름 뢴트겐이
    발표한 논문입니다.
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    X선 발견으로 잘 알려진 과학자죠.
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    그가 제안한 방법대로
    바늘 한 쌍을 사용했습니다.
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    바늘을 고압 전원에 연결하고
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    플라스틱 프레임에 미리 걸어둔
    투명 고무 옆에 그것을 배치했습니다.
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    전원을 켜자
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    고무가 변형되면서
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    우리가 이두박근으로 팔을 움직이듯이
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    고무가 플라스틱 틀을 움직였습니다.
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    마치 마법 같았습니다.
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    바늘이 고무에 닿지도 않았거든요.
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    그렇게 바늘을 이용하는 것이
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    인공 근육을 움직이는
    실용적인 방법은 아닐지라도
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    이 실험으로 저는 인공근육에
    큰 관심을 두게 되었습니다.
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    실생활에 적용할 수 있는
    인공근육을 만드는
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    새로운 방법을 찾아내고 싶었습니다.
  • 4:14 - 4:17
    그 후 몇 년간
    여러 기술을 시도했습니다.
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    모두 성공의 조짐을 보였지만
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    여전히 극복하기 어려운
    과제들이 남아있었죠.
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    2015년에 콜로라도 볼더 대학에서
    연구실을 마련했습니다.
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    완전히 새로운 아이디어를
    시도하고 싶어졌죠.
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    전기 구동식 작동기의
    빠른 속도와 효율성을
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    유연한 유압 작동기의
    다양한 기능과 결합하고 싶었죠.
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    이런 생각을 했어요.
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    이미 알고 있던 과학을
    새로운 방식으로 이용해보자.
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    보고 계신 그림은
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    맥스웰의 응력 효과를
    설명하는 것인데요.
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    금속판 두 개를
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    기름을 가득 채운 용기에 넣고
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    전압을 켜면
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    맥스웰 응력이 기름을
    두 금속판 사이로 밀어 넣습니다.
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    이 그림처럼요.
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    핵심 아이디어는
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    이 효과를 이용해서
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    부드러운 구조물에도 유압을
    넣을 수 있느냐는 것이었습니다.
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    실제로 놀랍게도 효과가 있었죠.
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    예상을 뛰어넘은 좋은 결과였습니다.
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    뛰어난 연구생들과 함께
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    저는 이 아이디어를 출발점으로 삼아
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    HASEL 인공 근육이라는
    신기술을 개발했습니다.
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    HASEL은 매우 섬세하여
    산딸기를 상처 없이 주울 수 있습니다.
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    실제 근육처럼 팽창하고 수축할 수 있고
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    실제 근육보다 더 빨리 움직입니다.
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    큰 힘을 전달하기 위해
    크기를 늘릴 수도 있고요.
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    4.5리터의 물통을 드는 모습입니다.
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    로봇 팔을 움직이기도 하고
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    심지어 자기 위치를
    스스로 감지할 수도 있죠.
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    HASEL은 정밀함을 요구하는
    동작을 수행할 수 있습니다.
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    실제 근육같이 유동적으로 움직이고
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    공중으로 공을 쏘아 올릴 정도의
    힘도 가지고 있죠.
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    기름에 잠기면
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    HASEL은 보이지 않도록 만들어졌습니다.
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    그렇다면 HASEL은
    어떻게 작동하는 걸까요?
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    놀라실지도 모르겠는데요.
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    쉽게 구할 수 있는
    저렴한 재료가 사용되었습니다.
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    집에서도 각자 한번
    해보시길 추천합니다.
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    지퍼백 몇 개를 꺼내
    그 안에 올리브유를 가득 채웁니다.
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    내부의 공기는 최대한 없애고요.
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    이제 유리판 하나를
    지퍼백 한쪽 위에 올려놓습니다.
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    누르면 지퍼백이 수축하는 것을
    볼 수 있습니다.
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    힘은 조절하기 쉽습니다.
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    아주 조금 힘을 줘 누르면
    조금 수축합니다.
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    중간 정도 힘을 주면
    힘을 준 만큼 수축하고요.
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    무거운 무게로 누르면
    많이 수축합니다.
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    HASEL은 여기에서
    손이나 무게를 이용해 누르는 대신
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    전기력을 사용합니다.
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    HASEL은 "유압 증폭식 자가 회복
    정전식 작동기"의 약자입니다.
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    이 그림은 '페아노 HASEL 작동기'입니다.
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    수많은 예상 설계도 중 하나입니다.
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    다시 돌아가서
    지퍼백과 같은 유연한 중합체를
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    올리브유 같은 절연액체로 채우고
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    아까 놓았던 유리판 대신
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    전기 도체를 지퍼백의 한쪽 위에 올립니다.
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    실제 근육처럼 보이게 하기 위해선
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    지퍼백 여러 개를 연결한 다음
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    무거운 것을 한쪽 위에 올리면 됩니다.
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    이제 전압을 켭니다.
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    전기가 액체에 작용하기 시작할 겁니다.
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    그러면 액체를 이동시키고
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    근육을 수축시킵니다.
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    페아노 HASEL 작동기에 전력을 가했을 때
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    팽창하고 수축하는 모습입니다.
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    옆에서 보면
  • 7:40 - 7:44
    주머니가 거의 원통형을
    띄는 걸 볼 수 있습니다.
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    지퍼백으로 실험을 했을 때 처럼요.
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    저런 근육 모델 여러 개를 놓으면
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    실제 근육과 더욱 유사합니다.
  • 7:52 - 7:55
    단면에서도 수축과
    팽창을 확인할 수 있죠.
  • 7:55 - 7:56
    이 HASEL 작동기들은
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    자기 무게보다 200배나
    더 무거운 추를 들어 올립니다.
  • 8:01 - 8:04
    새로운 디자인 중 하나인
    사분면 도넛 HASEL입니다.
  • 8:04 - 8:06
    수축과 팽창하는 걸 보고 계신데요.
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    초인적인 속도로
    빠르게 작동될 수 있습니다.
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    아래위로 튈 정도로 힘이 세지요.
  • 8:14 - 8:16
    (웃음)
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    HASEL은 생물학적 근육에
    비견하거나 그 이상으로
  • 8:20 - 8:24
    발전할 수 있고
    동시에 대량 제조가 가능한
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    최초의 기술이 될 가능성이 있습니다.
  • 8:27 - 8:30
    이제 막 연구를 시작한
    신생단계의 기술이기도 합니다.
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    앞으로 성능을 향상시킬
    아이디어가 무궁무진하죠.
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    새로운 도구들과 디자인을 이용하여
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    생물학적 근육과 전통적 전동 모터를
    능가할 수도 있습니다.
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    자연에서 영감을 받아 설계된
    더욱 복잡한 형태의 로봇들을 봅시다.
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    이것은 인공 전갈인데요
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    꼬리로 먹잇감을 사냥합니다.
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    여기에선 먹잇감이 고무풍선이군요.
  • 8:51 - 8:52
    (웃음)
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    처음으로 돌아가 봅시다.
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    문어 다리와 코끼리 코의 다용도성을
    다시 한번 생각해봅시다.
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    우리는 체내 근육과 더욱 유사한
  • 9:00 - 9:03
    연속체형 작동기를
    만들 수 있게 됐습니다.
  • 9:06 - 9:09
    HASEL 인공 근육에
    가장 기대하는 부분은
  • 9:09 - 9:11
    바로 실생활 응용입니다.
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    이 인공 근육 기술은
  • 9:13 - 9:15
    생활의 질을 높일 겁니다.
  • 9:15 - 9:16
    소프트 로봇공학은
  • 9:16 - 9:19
    신체 일부를 잃은 사람들에게
    신체와 가까운 인공장치를
  • 9:19 - 9:21
    만들어 줄 수 있습니다.
  • 9:21 - 9:23
    제 실험실에 있는 HASEL입니다.
  • 9:23 - 9:26
    조기 테스트 중인
    보철 손가락입니다.
  • 9:28 - 9:31
    미래에는 로봇의 부품을
    신체에 결합하게 될지도 몰라요.
  • 9:33 - 9:35
    지금으로선 정말 무서운 소리로 들리죠.
  • 9:37 - 9:39
    하지만 제 조부모님을 생각해볼까요.
  • 9:39 - 9:42
    스스로 화장실을 가는
    일상적인 행동조차
  • 9:42 - 9:45
    남의 도움이 필요해지는 상황 때문에
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    그들은 종종 자신을 짐이라고 생각합니다.
  • 9:49 - 9:50
    소프트 로봇공학을 통해
  • 9:50 - 9:54
    민첩성과 유연성을 되찾고
    향상시킬 수 있습니다.
  • 9:54 - 9:57
    이를 통해 노년층은 자율성을 유지하며
  • 9:57 - 9:59
    노년기를 보낼 수 있습니다.
  • 9:59 - 10:02
    "노화 방지를 위한 로봇공학"이라고
    할 수도 있을 테고
  • 10:03 - 10:05
    인류 진화의 다음 단계라고도
    할 수 있을 것입니다.
  • 10:07 - 10:10
    기존의 딱딱한 로봇들과는 달리
  • 10:10 - 10:12
    실제 생명체처럼 부드러운 이 로봇은
  • 10:12 - 10:16
    생활 가까이에서 안전하게
    사람을 도울 수 있어요.
  • 10:16 - 10:19
    소프트 로봇공학은 이제 막 시작한
    새로운 영역입니다.
  • 10:19 - 10:22
    저는 다른 배경을 가진 많은 젊은이들이
  • 10:22 - 10:24
    이 흥미로운 여정을 우리와 함께 걸으며
  • 10:24 - 10:26
    새로운 아이디어를 도입하고
  • 10:26 - 10:29
    로봇공학의 미래를 만들어가길 바랍니다.
  • 10:31 - 10:32
    우리가 제대로 해낸다면
  • 10:32 - 10:35
    모든 이의 삶의 질을
    높일 수 있습니다.
  • 10:35 - 10:37
    감사합니다.
  • 10:37 - 10:41
    (박수)
Title:
미래의 로봇공학을 발전시킬 인공 근육
Speaker:
크리스토프 케플링거(Christoph Keplinger)
Description:

로봇의 뇌는 점점 더 똑똑해지고 있지만, 그들의 몸은 여전히 뭉툭하고 다루기 힘듭니다. 기계 공학자인 크리스토프 케플링거는 진화의 걸작인 생물학적 근육에서 영감을 얻어 부드럽고 민첩한 차세대 로봇을 디자인합니다. 이 "인공 근육"이 어떻게 실제 근육처럼 팽창하고 수축하며 초인적인 속도에 도달하는지, 인간의 팔다리보다 강하고 효율적인 보철물을 작동시킬 수 있는지 알아보세요.
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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TEDTalks
Duration:
10:54

Korean subtitles

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