TPU(열가소성 폴리우레탄)이 소재는 유연성, 탄성, 내마모성 등의 뛰어난 특성을 지니고 있어 외피, 로봇 손, 촉각 센서 등 휴머노이드 로봇의 핵심 부품에 널리 사용됩니다. 아래는 권위 있는 학술 논문 및 기술 보고서에서 발췌한 자세한 영문 자료입니다. 1. **이 소재를 사용한 인간형 로봇 손의 설계 및 개발**TPU 소재** > **요약**: 본 논문에서는 인간형 로봇 손의 복잡성을 해결하기 위한 접근 방식을 제시합니다. 로봇 공학은 현재 가장 빠르게 발전하는 분야이며, 인간과 유사한 동작과 행동을 모방하려는 노력이 항상 있어왔습니다. 인간형 손은 인간과 유사한 조작을 모방하는 접근 방식 중 하나입니다. 본 논문에서는 15자유도와 5개의 액추에이터를 갖춘 인간형 손 개발 아이디어를 구체화하고, 로봇 손의 기계 설계, 제어 시스템, 구성 및 특징을 논의합니다. 이 손은 인간과 유사한 외형을 가지고 있으며, 물체를 잡거나 손동작을 표현하는 등 인간과 유사한 기능을 수행할 수 있습니다. 연구 결과에 따르면, 이 손은 일체형으로 설계되어 조립이 필요 없으며, 유연한 열가소성 폴리우레탄으로 제작되어 뛰어난 하중 지지 능력을 보여줍니다.(TPU) 소재또한, 탄성 덕분에 사람과의 상호작용에도 안전합니다. 이 손은 휴머노이드 로봇뿐만 아니라 의수에도 사용될 수 있습니다. 액추에이터 수가 적어 제어가 간편하고 손의 무게도 가볍습니다. 2. **4차원 프린팅 방식을 이용한 연성 로봇 그리퍼 제작을 위한 열가소성 폴리우레탄 표면 개질** > 기능성 경사 적층 제조(DGM) 개발의 한 방향은 연성 하이드로겔 액추에이터와 융합 적층 모델링(FDM) 3D 프린팅을 결합하여 연성 로봇 그리핑을 위한 4차원(4D) 프린팅 구조를 제작하는 것입니다. 본 연구에서는 복잡한 기계적 구조 없이도 프로그래밍 가능한 흡습성 변형을 가능하게 하는 열가소성 폴리우레탄(TPU)으로 제작된 개질된 3D 프린팅 홀더 기판과 젤라틴 하이드로겔 기반 액추에이터로 구성된 에너지 독립적인 연성 로봇 그리퍼를 제작하는 개념적 접근 방식을 제안합니다. 20% 젤라틴 기반 하이드로겔을 사용함으로써 구조물에 생체모방적 연성 로봇 기능을 부여하고, 액체 환경에서의 팽창 과정에 반응하여 인쇄된 물체의 지능형 자극 반응형 기계적 기능을 구현합니다. 100W의 전력과 26.7Pa의 압력으로 아르곤-산소 분위기에서 90초 동안 열가소성 폴리우레탄 표면을 표적 기능화함으로써 미세 요철을 변화시켜 표면에 팽창된 젤라틴의 접착력과 안정성을 향상시킵니다. 본 연구에서 구현한 생체 적합성 빗살 구조의 4D 프린팅 기술은 거시적인 수중 연성 로봇 파지 기능을 제공하며, 비침습적인 국소 파지, 작은 물체 운반, 그리고 물 속에서 팽창 시 생리활성 물질 방출을 가능하게 합니다. 따라서, 이 제품은 자가 구동 생체모방 액추에이터, 캡슐화 시스템 또는 연성 로봇으로 활용될 수 있습니다. 3. **다양한 패턴과 두께를 가진 3D 프린팅 휴머노이드 로봇 팔 외장 부품의 특성 분석** > 휴머노이드 로봇 기술의 발전과 함께, 인간-로봇 상호작용을 향상시키기 위해 더욱 부드러운 외장재가 요구되고 있습니다. 메타 소재의 옥세틱 구조는 이러한 부드러운 외장재를 제작하는 데 유망한 방법입니다. 이러한 구조는 독특한 기계적 특성을 가지고 있습니다. 3D 프린팅, 특히 FFF(Fused Filament Fabrication) 방식은 이러한 구조를 제작하는 데 널리 사용됩니다. 열가소성 폴리우레탄(TPU)은 우수한 탄성 때문에 FFF 방식에 흔히 사용됩니다. 본 연구는 쇼어 경도 95A의 TPU 필라멘트를 사용하여 FFF 3D 프린팅 방식으로 휴머노이드 로봇 Alice III의 부드러운 외장 커버를 개발하는 것을 목표로 합니다. > > 본 연구에서는 흰색 TPU 필라멘트를 3D 프린터에 적용하여 휴머노이드 로봇 팔을 제작했습니다. 로봇 팔은 전완부와 상완부로 나누었습니다. 샘플에는 다양한 패턴(솔리드 및 리엔트런트)과 두께(1mm, 2mm, 4mm)를 적용했습니다. 출력 후 굽힘, 인장 및 압축 시험을 통해 기계적 특성을 분석했습니다. 시험 결과, 오목 구조는 굽힘 곡선 방향으로 쉽게 구부러지며 더 적은 응력을 필요로 하는 것으로 나타났습니다. 압축 시험에서는 오목 구조가 솔리드 구조에 비해 하중을 더 잘 견뎌냈습니다. 세 가지 두께를 모두 분석한 결과, 2mm 두께의 오목 구조가 굽힘, 인장 및 압축 특성 면에서 가장 우수한 것으로 확인되었습니다. 따라서 2mm 두께의 오목 패턴이 3D 프린팅 휴머노이드 로봇 팔 제작에 가장 적합합니다. 4. **3D 프린팅 TPU “소프트 스킨” 패드, 로봇에 저비용 고감도 촉각 제공** > 일리노이 대학교 어바나-샴페인 캠퍼스 연구진은 로봇에게 인간과 같은 촉각을 부여하는 저비용 방법을 개발했습니다. 바로 기계식 압력 센서 역할도 하는 3D 프린팅 소프트 스킨 패드입니다. > > 로봇의 촉각 센서는 일반적으로 매우 복잡한 전자 회로를 포함하고 있어 가격이 상당히 높지만, 본 연구에서는 기능적이고 내구성이 뛰어난 대안을 매우 저렴하게 제작할 수 있음을 보여주었습니다. 더욱이, 3D 프린터를 재프로그래밍하는 것만으로 가능하기 때문에 동일한 기술을 다양한 로봇 시스템에 쉽게 적용할 수 있습니다. 로봇 하드웨어는 큰 힘과 토크를 발생시킬 수 있으므로, 인간과 직접 상호 작용하거나 인간 환경에서 사용될 경우 안전성이 매우 중요합니다. 소프트 스킨은 기계적 안전성과 촉각 감지 기능을 모두 제공할 수 있기 때문에 이러한 측면에서 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다. > > 이 팀의 센서는 시판되는 Raise3D E2 3D 프린터로 열가소성 폴리우레탄(TPU) 패드를 출력하여 제작되었습니다. 부드러운 외부층은 속이 빈 내부 공간을 덮고 있으며, 외부층이 압축되면 내부 공기압이 그에 따라 변화합니다. 이를 통해 Teensy 4.0 마이크로컨트롤러에 연결된 Honeywell ABP DANT 005 압력 센서가 진동, 접촉 및 압력 증가를 감지할 수 있습니다. 병원 환경에서 부드러운 피부를 가진 로봇을 사용한다고 상상해 보세요. 로봇은 정기적으로 소독하거나 피부를 정기적으로 교체해야 할 것입니다. 어느 쪽이든 막대한 비용이 발생합니다. 하지만 3D 프린팅은 확장성이 매우 뛰어난 공정이므로 교체 가능한 부품을 저렴하게 제작하고 로봇 본체에 쉽게 탈부착할 수 있습니다. 5. **TPU 공압망의 적층 제조를 통한 소프트 로봇 액추에이터** > 본 논문에서는 열가소성 폴리우레탄(TPU)의 적층 제조(AM)를 소프트 로봇 부품으로의 응용 가능성 측면에서 연구합니다. 다른 탄성 적층 제조(AM) 재료와 비교했을 때, TPU는 강도와 변형률 측면에서 우수한 기계적 특성을 나타냅니다. 선택적 레이저 소결(SLS)을 통해 공압 벤딩 액추에이터(pneu-nets)를 3D 프린팅하여 소프트 로봇 사례 연구를 수행하고, 내부 압력에 따른 변형을 실험적으로 평가했습니다. 공기 밀폐로 인한 누출은 액추에이터의 최소 벽 두께에 따라 달라지는 것으로 관찰되었습니다. 소프트 로봇의 동작을 설명하기 위해서는 기하학적 변형 모델에 초탄성 재료에 대한 설명이 포함되어야 하며, 이러한 모델은 해석적 또는 수치적일 수 있습니다. 본 논문에서는 소프트 로봇 액추에이터의 벤딩 거동을 설명하기 위한 다양한 모델을 연구합니다. 기계적 재료 시험을 통해 적층 제조된 열가소성 폴리우레탄을 설명하는 초탄성 재료 모델을 매개변수화했습니다. 유한 요소법을 기반으로 한 수치 시뮬레이션을 통해 액추에이터의 변형을 설명하고, 최근 발표된 해석적 모델과 비교했습니다. 두 모델의 예측 결과는 소프트 로봇 액추에이터의 실험 결과와 비교되었습니다. 해석적 모델은 더 큰 편차를 보이지만, 수치 시뮬레이션은 평균 9°의 편차로 굽힘 각도를 예측합니다. 다만 수치 시뮬레이션은 계산 시간이 훨씬 더 오래 걸립니다. 자동화된 생산 환경에서 소프트 로봇 공학은 경직된 생산 시스템을 민첩하고 스마트한 제조 방식으로 전환하는 데 기여할 수 있습니다.
게시 시간: 2025년 11월 25일