인체모방 근골격

UMM (Unit Muscle Module)은 휴머노이드에 인간의 근육을 접목시키기 위한 아이디어이다. 휴머노이드의 목적은 인간이 하는 동작을 똑같이 따라할 수 있는 로봇을 만드는 것이다. 오늘날 많은 휴머노이드는 전기 모터 기반 actuator를 각 관절에 배치하여 관절을 직접 구동한다. 휴머노이드는 이러한 제어 기술을 통해 인간의 움직임을 제법 정밀하게 모방할 수 있는 수준에 이르렀다. 하지만 이러한 동작 방식은 근육의 이완과 수축으로 움직이는 인체와 본질적으로 다르다. Actuator의 개수를 늘리면 휴머노이드의 DOF (degrees of freedom)가 늘어나 인체의 부드러운 움직임을 어느 정도 모방할 수 있으나, 비용이 많이 들고 여전히 ‘인간처럼’ 움직이는 휴머노이드라고 부르기 어렵다. 기존 휴머노이드의 actuator가 서보 모터라면 인체의 actuator는 근육으로, 인체는 근육의 이완과 수축을 통해서 움직인다. UMM은 근육의 이완과 수축을 모방한 것으로, 서보 모터의 회전을 spool drum과 tendon을 통해 인장력으로 변환하여 관절을 간접적으로 구동하는 tendon-driven actuator module이다. 관절 운동에서는 주동근과 길항근이 상호 보완적으로 작용한다. 본 작품에서는 이러한 길항근의 작용을 가장 잘 보여줄 수 있는 팔, 그리고 기존의 휴머노이드와 차별화되는 핵심 부위인 척추에 UMM을 적용시켜 제어하였다. 팔은 이두와 삼두의 역할을 하도록 UMM 2개를 사용하였고, 척추는 전후좌우에 각각 복직근, 척추기립근, 좌/우측 요방형근의 역할을 하도록 UMM 4개를 사용하였다. 팔의 동작을 통해 가장 간단한 이두 – 삼두의 길항 작용을 확인함으로써 UMM의 척추 적용 가능성을 확인하였다. 척추는 L5부터 T4까지 14개의 척추 조각이 8방향으로 굽어지는 동작을 4개의 UMM만으로 수행할 수 있었다. UMM을 이용한 제어는 기존의 관절마다 actuator만을 사용하는 방식에 비해 더 적은 actuator로 다수의 수동 관절을 연동할 수 있다는 장점이 있어 복합적이고 유연한 움직임을 구현하는 데에 적합하다.