KR20180030096A - 소프트 로봇을 위한 분배형 가압 및 배출 시스템 - Google Patents

Abstract

소프트 로봇에 있어서, 가요성 및/또는 신축성 본체; 공통 유체 가압 유닛; 가압 밸브를 통해 상기 공통 유체 가압 유닛과 유체 연결될 수 있고 상기 가요성 및/또는 신축성 본체에 각각 매립된 복수의 유체 챔버를 포함하고, 상기 가압 밸브는 가압 유체가 상기 공통 유체 가압 유닛으로부터 상기 유체 챔버 내로 유동하는 것을 허용하도록 활성화되어 작동을 발생시킬 수 있는 것인 소프트 로봇이 설명된다. 소프트 로봇을 사용하는 방법에 대해서도 또한 설명된다.

Description

소프트 로봇을 위한 분배형 가압 및 배출 시스템

인용 참조

본 명세서에 인용된 모든 특허, 특허 출원 및 공보는, 본 명세서에 설명된 본 발명의 일자 기준으로 현재 당업자에게 공지된 최신 기술을 보다 완전하게 설명하기 위해 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다.

관련 출원

본 출원은 2015년 7월 13일자로 제출된 미국 가출원 제62/191,657호의 이익 및 우선권을 주장하며, 상기 미국 가출원의 전체 내용이 참조로서 포함된다.

기술분야

본 발명은, 소프트 로봇을 위한 분배형 가압 및 배출 시스템에 관한 것이다.

골격을 갖는 동물과 유사한 로봇에 대한 많은 접근법이 활발히 개발되고 있다. 이러한 로봇의 대부분은 소위 "하드(hard)" 신체 계획을 사용하여 제작되는데, 즉, 강성 골격(일반적으로 금속 골격), 전기 또는 유압 작동, 전기 기계 제어, 감지 및 피드백이 그것이다. 예로는 보스톤 다이내믹스 빅 도그(Boston Dynamics Big Dog) 및 보스톤 다이내믹스 아틀라스(Boston Dynamics Atlas)를 포함한다.

다른 부류의 로봇 - 골격이 없는 동물을 기반으로 한 로봇 - 은 다음과 같은 많은 이유로, 즉 i) "해양(marinelike)" 유기체(오징어)는 물의 부력 지지 없이는 작동하지 않는다는 가정이 있으며, ⅱ) 이러한 시스템을 만들기 위해 필요한 재료와 부품은 종종 이용 가능하지 않고, ⅲ) 이들에 사용되는 주요 작동 유형(예를 들어 하이드로스탯)은 사실상 종래의 로봇 공학에서 사용되지 않는다는 이유로 훨씬 덜 탐구되고 있다. 이러한 시스템은 본질적으로 능력 및 잠재적인 용도 면에서 하드-본체 시스템과 매우 다르다. 이들은 (적어도 개발 초기에는) 하드-본체 시스템보다 느리지만, 제한된 공간(균열, 잔해)을 통해 더 가볍고 저렴한 비용으로 더 안정적으로 더 양호하게 이동할 수 있을 것이다.

"소프트(soft)"로 설명될 수 있는 로봇 또는 로봇 액추에이터는 이들의 제조에 사용되는 재료 및 그 작동 방법에 의해 가장 용이하게 분류된다. 소프트 로봇 작동 분야는 1950년에 쿤 등에 의한 연구로 시작되었다. 그들의 연구는 주위 매질의 pH에 의존하는 고분자 재료의 코일링(coiling) 및 언코일링(uncoiling)의 가역적인 변화에 초점을 맞추었다. 그들은 성공적으로 중량을 상승시키거나 또는 하강시키기 위해 이것을 사용하여, 로봇 작동에서 소프트 재료의 사용에 대한 원리의 증명을 보여주었다. 햄렌 등은 1965년에 이러한 사상을 확대하여, 고분자 재료가 전해질로 수축될 수 있다는 것을 보여주었다. 이러한 두 가지 개발은 고분자 겔의 팽윤과 유전체 기반 액추에이터의 전자 제어를 사용하여 향후 연구를 위한 장을 마련하였다. 오타케 등은 불가사리 모양의 로봇 액추에이터의 제조에 전기 활성 중합체를 사용하는 방법을 시연했다. 신장성 중합체로 제조된 밀봉 챔버의 가압에 기반한, 공압 구동 소프트 액추에이터가 1989년에 스즈모리 등에 의해 처음으로 보고되었다[스즈모리 등, (1989), "가요성 마이크로 액추에이터, (제1 보고서, 3 DOF 액추에이터의 정적 특성), Trans. JSME, C55, 2547-2552]. 이러한 유형의 작동은 그리퍼, 촉수 및 공압식 벌룬을 포함하는 기타 관련 장치를 제작하기 위해 밀리미터 스케일에서 사용되었다.

공압식 소프트 로봇 액추에이터는 벨로우즈와 같은 구조에 의존하는 비-신장성 재료를 사용하여 제조될 수 있다. 공압식 인공 근육(PAMs)으로도 알려져 있는 맥키번(McKibben) 액추에이터는 작동 축에서 비-신장성인 직조된 시스(sheath) 내에 구속된 블래더(bladder)의 팽창에 의존한다. 결과적인 변형은 반경 방향 팽창 및/또는 축방향 수축을 초래할 수 있다. 특히, 직조된 시스에서 섬유의 각도에 따라, 액추에이터는 가압 시 수축 또는 연장되도록 될 수 있다. 인가될 수 있는 힘은 인가된 압력에 비례한다. 관련 액추에이터는 주름진 공압식 인공 근육이라고 한다.

기어가고 또한 점프할 수 있는 로봇의 작동 방식으로서 그리고 주요 구조적 부품으로서 스기야마 등에 의해 사용된 형상 기억 합금과 같은 "소프트" 로봇 액추에이터가 있다. "소프트"로서 설명될 수 있는 또 다른 접근법은 전통적인 로봇 요소(전기 모터)와 형상 적층 제조(Shape Deposition Manufacturing)(SDM)를 기반으로 한 소프트 중합체 결합의 조합을 사용한다. 이 기술은 3D 프린팅과 밀링의 조합이다. 소프트 요소가 구비된 전통적인 로봇의 복합체의 예는, 뉴질랜드에서 소프트 과일 포장의 속도 및 효율성을 개선하기 위해 소프트 핑거(soft finger)를 포함하는 로봇 그리퍼를 개발하는 데 크게 성공적으로 사용되었다. 소프트 로봇을 위한 추가적인 능력이 필요하다.

종래의 소프트 로봇 시스템에서, 로봇의 작동 챔버는 일반적으로 길고 좁은 일련의 튜브를 통해 공압 제어 유닛 또는 유압 제어 유닛에 연결된다. 이로 인해 튜브의 얽힘이 발생하게 되고, 더 무겁고, 복잡한 로봇이 될 수 있다. 따라서 소프트 로봇의 새로운 설계가 바람직하다.

소프트 로봇을 위한 분배형 가압 및 배출 시스템과, 분배형 가압 및 배출 시스템을 포함하는 소프트 로봇이 본 명세서에 설명된다. 특정 실시예에서, 분배형 가압 및 배출 시스템은 가요성 및/또는 신축성 본체에 매립된 공통 유체 가압 유닛; 상기 가요성 본체에 매립되고 밸브 또는 일련의 밸브를 통해 상기 공통 유체 가압 유닛과 유체 연결될 수 있는 복수의 유체 챔버를 포함하며, 상기 밸브 또는 일련의 밸브는 활성화되어 상기 가압 유체가 상기 공통 유체 가압 유닛으로부터 상기 유체 챔버로 유동하게 하여 작동을 발생시키거나 또는 선택적으로 상기 유체 챔버로부터 배출 유닛으로 유동하게 하여 비활성화를 발생시킬 수 있다.

일 양태에서, 소프트 로봇이 설명되고, 상기 소프트 로봇은

가요성 및/또는 신축성 본체;

공통 유체 가압 유닛;

가압 밸브를 통해 상기 공통 유체 가압 유닛과 유체 연결되고 상기 가요성 및/또는 신축성 본체에 각각 매립된 복수의 유체 챔버

를 포함하고,

상기 가압 밸브는, 가압 유체가 상기 공통 유체 가압 유닛으로부터 상기 유체 챔버 내로 유동함으로써 활성화되어 작동을 발생시키도록 구성된다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 공통 유체 가압 유닛은 상기 가요성 및/또는 신축성 본체에 매립된다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 공통 유체 가압 유닛은 공통 유체 가압 채널이다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 공통 유체 가압 유닛은 공통 유체 가압 챔버이다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 가압 밸브는 연결 튜브를 통해 상기 공통 유체 가압 유닛에 연결된다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 공통 유체 가압 유닛은 가압 유체 소스와 유체 연결되도록 구성된다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 공통 유체 가압 유닛은 진공 소스에 연결되도록 구성된다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 공통 유체 가압 유닛은 미리 결정된 시간 동안 대기에 비해 양압 또는 음압을 유지하도록 구성된다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 소프트 로봇은 공통 유체 배출 유닛을 더 포함하고, 각각의 상기 유체 챔버는 배출 밸브를 통해 상기 공통 유체 배출 유닛과 유체 연결될 수 있다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 공통 유체 배출 유닛은 공통 유체 배출 채널 또는 공통 유체 배출 챔버이다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 하나 이상의 유체 챔버는 각각 배출 밸브 및 배출 채널을 더 포함하고, 상기 유체 챔버는 상기 배출 밸브 및 배출 채널을 통해 외부 환경과 유체 연결되도록 구성된다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 공통 유체 가압 유닛은 상기 가압 밸브를 통해 상기 복수 개의 유체 챔버와 유체 연결될 수 있는 축적 챔버이다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 축적 챔버는 강성, 가요성 또는 신축성이 있다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 축적 챔버는, 상기 유체 챔버 내로 충진될 가압 유체를 유지하도록 그리고/또는 상기 유체 챔버로부터 상기 가압 유체를 배출하도록 구성된다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 축적 챔버는 상기 가압 밸브와 유체 연통하는 어큐뮬레이터(accumulator)이다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 축적 챔버는 상기 가요성 및/또는 신축성 본체에 부착되거나 또는 매립되는 어큐뮬레이터이다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 소프트 로봇은 가압 밸브 중 하나 이상에 연결되어 상기 밸브를 총괄적으로 또는 개별적으로 제어하는 하나 이상의 통신 와이어를 더 포함한다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 와이어는 종래의 와이어이거나 또는 리소그래피식으로 적층된 와이어이다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 가압 밸브 중 하나 이상은 하나 이상의 통신 와이어에 연결된 마이크로 컨트롤러와 링크(link)된다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 하나 이상의 와이어는 통신 버스를 통해 밸브 제어를 수행하기 위해 상기 가압 밸브 중 하나 이상에 연결된다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 소프트 로봇은, 상기 가압 밸브 중 하나 이상에 각각 연결되고 밸브 제어를 수행하도록 구성되는 하나 이상의 광섬유 케이블을 더 포함한다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 소프트 로봇은, 상기 가압 밸브 중 하나 이상에 각각 연결되고 통신 버스를 통해 밸브 제어를 수행하도록 구성되는 하나 이상의 광섬유 케이블을 더 포함한다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 가압 밸브 중 하나 이상은 사용자가 상기 가압 밸브를 무선으로 제어하는 것을 허용하도록 구성된 전기 시스템을 각각 포함한다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 소프트 로봇은 상기 가압 밸브 중 하나 이상의 작동을 제어하도록 구성된, 광학적으로 트리거링되는 트랜지스터 또는 음향적으로 트리거링되는 트랜지스터를 더 포함한다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 소프트 로봇은 상기 가압 밸브를 제어하기 위해 신호를 송신하는 하나 이상의 압전 변환기를 더 포함한다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 가압 밸브의 작용은 파일럿 밸브에 의해 구동될 수 있다. 이들 실시예에서, 가압 밸브는 메인 밸브로 지칭될 수 있다. 본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 소프트 로봇은, 각각이 상기 메인 밸브(들)와 유체 연결되고 상기 메인 밸브(들)를 작동시키도록 구성된 하나 이상의 파일럿 밸브를 더 포함한다. 본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 소프트 로봇은 상기 메인 밸브(들)에 유체 연결된 제1 축적 챔버 및 상기 파일럿 밸브(들)에 유체 연결된 제2 축적 챔버를 포함한다. 본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 메인 밸브는 제1 압력에서 작동하도록 구성되며, 상기 파일럿 밸브는 상기 제1 압력보다 높은 제2 압력에서 작동하도록 구성된다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 제1 어큐뮬레이터는 조절기 및 밸브를 통해 상기 제2 어큐뮬레이터에 유체 연결된다. 본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 제1 축적 챔버 및/또는 제2 축적 챔버는 조절기 및 밸브를 통해 상기 메인 밸브 및 상기 파일럿 밸브에 각각 연결된다. 본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 제1 축적 챔버는 상기 유체 챔버 내의 유체보다 높은 압력을 갖는 유체를 포함한다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 가요성 본체는 변형 제한 층을 포함하고, 상기 변형 제한 층의 인장 탄성율은 상기 가요성 및/또는 신축성 본체의 인장 탄성율보다 높다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 소프트 로봇은 유체 저장소 및 유체 유입구를 더 포함한다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 소프트 로봇은 유체 저장소와 유체 유입구를 더 포함하고, 상기 유체 저장소는 상기 유체 유입구를 통해 상기 공통 유체 가압 채널 내로 유체를 전달하도록 구성된다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 가요성 및/또는 신축성 본체는 엘라스토머로 제조된다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 소프트 로봇은 공압 펌프 및/또는 진공 펌프를 더 포함한다.

다른 양태에서, 소프트 로봇을 작동시키는 방법이 설명되며, 상기 방법은

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에 따른 소프트 로봇을 제공하는 단계;

공통 유체 가압 유닛에 가압 유체를 제공하는 단계;

하나 이상의 가압 밸브를 활성화시켜 상기 가압 유체가 상기 공통 유체 가압 유닛으로부터 상기 유체 챔버 중 적어도 하나 내로 유동하는 것을 허용하여 작동을 발생시키는 단계

를 포함한다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 방법은

상기 가압 유닛으로부터 유체를 제거하는 단계

를 더 포함한다.

또 다른 양태에서, 소프트 로봇을 작동시키는 방법이 설명되며, 상기 방법은

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에 따른 소프트 로봇을 제공하는 단계;

공통 유체 가압 유닛으로부터 유체를 제거하는 단계;

하나 이상의 가압 밸브를 활성화시켜 유체 챔버로부터 유체를 제거하여 작동을 발생시키는 단계

를 포함한다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 상기 방법은 상기 작동을 트리거링하기 위해 음향 신호를 송신하는 단계를 더 포함한다.

본 명세서에 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 하나 이상의 가압 밸브는 음향 신호에 의해 개방되도록 구성된다.

본 명세서에 개시된 임의의 실시예는 본 명세서에 개시된 임의의 다른 실시예와 적절히 조합될 수 있다는 것이 고려된다. 본 명세서에 개시된 임의의 2개 이상의 실시예의 조합이 명백하게 고려된다.

본 명세서에서 달리 정의되거나, 사용되거나 또는 특성화되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 용어(기술 용어 및 과학 용어 포함)는 관련 기술의 맥락에서 그들의 허여된 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명시적으로 그와 같이 정의되지 않는 한, 이상적이거나 또는 지나치게 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다.

도시된 구성뿐만 아니라 공간적으로 상대적인 용어는, 본 명세서에 설명되고 도면에 도시된 배향에 추가하여 사용 또는 작동 시 장치의 상이한 배향을 포함하도록 의도되는 것으로 이해될 것이다. "위", "아래", "좌측", "우측", "전방", "후방" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어는 본 명세서에서 설명의 편의를 위해 도면에 도시된 바와 같이 하나의 요소에 대한 다른 요소의 관계를 설명하도록 사용된다. 예를 들어, 도면의 장치가 뒤집힌다면, 다른 요소 또는 특징의 "아래" 또는 "하부"에 있는 것으로 설명된 요소는 다른 요소 또는 특징의 "위에" 배향될 것이다. 따라서, "위"라는 예시적인 용어는 위와 아래의 배향 모두를 포함할 수 있다. 장치는 다른 방향으로 배향될 수 있고(예를 들어, 90도 또는 다른 배향으로 회전될 수 있음), 본 명세서에서 사용된 공간적으로 상대적인 기술어는 이에 따라 해석될 수 있다. 또한, 본 개시내용에서, 일 요소가 다른 요소에 대해 "-에 링크된", "- 위에 링크된", "-에 연결된", "-에 결합된", "-와 접촉된" 등으로 언급되는 경우, 이는 달리 명시되지 않는 한, 직접 다른 요소에 링크되거나, 다른 요소 위에 링크되거나, 다른 요소에 연결되거나, 결합되거나, 또는 접촉될 수 있거나, 또는 개재 요소가 존재할 수도 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위한 것이고, 예시적인 실시예를 제한하려는 것은 아니다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 달리 나타내지 않는 한, 복수 형태를 또한 포함하고자 의도된다. 또한, "포함한다", "포함하는", "이루어진다", 및 "이루어진"과 같은 용어는 언급된 요소 또는 단계의 존재를 나타내지만 하나 이상의 다른 요소 또는 단계의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

본 발명은 다음의 도면을 참조하여 설명되며, 이 도면들은 단지 예시의 목적으로 제공되고, 제한하려는 의도는 아니다.
또한, 도 1a 내지 도 1c는 종래의 소프트 촉수의 사진을 나타낸다(화이트사이즈 등, Adv Mat, 25, 205-212, 2013으로부터 취해짐). 구체적으로, 도 1a는 9개의 좁은 튜브에 연결된 9개의 독립적인 작동 챔버가 구비된 촉수를 도시한다. 도 1b는 3개의 챔버가 동시에 팽창된 촉수를 도시한다. 도 1c는 꽃의 형상과 일치하도록 허용하는 3개의 챔버를 팽창시킴으로써 꽃의 형상을 유지하는 촉수를 도시한다.
또한, 도 2a 및 도 2b는 전형적인 촉수의 구성을 도시한다. 구체적으로, 도 2a는 강성 변형 제한 코어를 둘러싸는 소프트 신장성 엘라스토머 내에 매립된 일련의 작동 챔버를 포함하는 소프트 로봇 촉수의 외관도를 도시한다. 도 2b는 강성 엘라스토머와, 작동 챔버로부터 가압 유체를 공급 및 배출하는 데 사용되는 일련의 튜브 양자 모두로 이루어진 변형 제한 코어를 도시하는 촉수의 단면도를 도시한다.
도 3a는 소프트 액추에이터의 종래의 가압 및 배출 시스템을 도시한다. 도 3b는 본 명세서에 기술된 하나 이상의 실시예에 따른 분배형 가압 및 배출 시스템을 도시한다.
도 4a 내지 도 4h는 [화이트사이즈 등, Proc . Natl . Acad . Sci . USA, 108, 20400-20403, 2011]로부터 취해진, 다양한 작동 단계에 있는 종래의 소프트 쿼드루페드(quadruped)의 사진을 도시한다.
도 5a는 4개의 소프트 액추에이터를 유지하는 중앙의 강성 허브 내로 공급되는 4개의 작은 튜브를 포함하는 테더(tether)를 포함하는 종래의 가압 및 배출 시스템을 갖는 소프트 로봇을 도시한다. 도 5b는 본 명세서에 기술된 하나 이상의 실시예에 따른 분배형 가압 및 배출 시스템을 갖는 소프트 로봇을 도시한다.
도 6a의 좌측은 가압 라인이 로봇의 4개의 액추에이터로 루팅(routing)되는 종래의 가압 및 배출 시스템을 갖는 소프트 로봇을 도시하며, 각각의 개별 튜브는 단일 액추에이터용 공급 및 배출 라인으로서 역할을 한다. 도 6a의 우측은 본 명세서에 기술된 하나 이상의 실시예에 따른 어큐뮬레이터를 포함하는 분배형 가압 및 배출 시스템을 갖는 소프트 로봇을 도시한다. 도 6b는 본 명세서에 기술된 하나 이상의 실시예에 따른 배출 밸브 및 가압 밸브를 갖는 어큐뮬레이터를 포함하는 분배형 가압 및 배출 시스템을 갖는 소프트 로봇을 도시한다.

종래의 소프트 로봇 시스템에서, 로봇의 작동 챔버는 일련의 길고 좁은 튜브를 통해 공압 제어 유닛 또는 유압 제어 유닛에 연결된다. 이 제어 유닛에는 가압 유체의 소스와, 이 유체를 작동 챔버에 공급하는 튜브에 공급하는 밸브 컬렉션(collection of valve)이 포함된다. 종래의 소프트 촉수의 사진(화이트사이즈 등, Adv Mat, 25, 205-212, 2013)이 도 1a 내지 도 1c에 도시된다. 구체적으로, 도 1a는 9개의 좁은 튜브, 예를 들어 이중 목적 가압/배출 라인(101)에 연결된 9개의 독립적인 작동 챔버를 갖는 소프트 촉수(103)를 도시한다. 작동 중에, 각 작동 챔버는 제어 시스템에 의해 독립적으로 가압될 수 있다. 도 1a의 우측은 에코플렉스(Ecoflex)로 제조된 소프트 본체를 갖는 촉수의 외주에서 9개의 작동 챔버(109) 중 3개 그리고 강성 PDMS 코어(105)를 따라 이동하는 배관을 갖는 촉수의 단면도를 도시한다. 도 1b는 3개의 챔버가 동시에 팽창된 촉수를 도시한다. 도 1c는 3개의 챔버를 팽창시키고 꽃의 형상에 일치하게 함으로써 꽃의 형상을 유지하는 촉수를 도시한다.

통상적인 종래의 촉수의 구성이 도 2a 및 도 2b에 도시되어 있다. 구체적으로, 도 2a는 변형 제한 층, 예를 들어, 강성 변형 제한 코어(201)를 둘러싸는 소프트 신장성 엘라스토머 층(203)에 매립된 일련의 작동 챔버(도 2b에서 209으로 도시됨)를 포함하는 종래의 소프트 로봇 촉수(207)를 도시하고 있다. 복수 개의 이중 목적 가압/배출 라인(205)이 변형 제한 코어(201) 내에 매립된다. 도 2b는 변형 제한 코어(201)가 강성 엘라스토머(211)와, 작동 챔버(209)로부터 가압 유체를 공급 및 배출하는 데 사용되는 일련의 튜브(205) 모두로 구성된다는 것을 도시한다.

도 2a 및 도 2b에서 설명한 튜브 루팅에 대한 종래의 접근법은 다음과 같은 3개의 핵심적인 단점을 갖는다. 1) 많은 양의 로봇 중량을 튜브 루팅에 사용하는 것을 필요로 하는 각 작동 챔버에 어드레싱하기 위한 튜브의 추가를 필요로 한다. 2) 많은 개수의 튜브가 로봇의 한정된 부피에 설치될 필요가 있기 때문에, 각 튜브는 작은 지름을 갖는 것이 요구된다. 이로 인해 튜브 저항이 높아져, 작동이 이루어질 수 있는 속도가 느려진다. 3) 소프트 로봇의 독립적인 작동 챔버의 총 개수는 코어의 부피에 설치될 수 있는 튜브의 개수에 의해 제한된다.

하나의 양태에서, 소프트 로봇이 설명되는데, 상기 소프트 로봇은 가요성 및/또는 신축성 본체; 상기 가요성 및/또는 신축성 본체에 선택적으로 매립된 공통 유체 가압 유닛; 상기 가요성 및/또는 신축성 본체에 각각 매립되고 밸브 또는 일련의 밸브를 통해 상기 공통 유체 가압 유닛 및 선택적으로 배출 유닛과 유체 연결될 수 있는 복수 개의 유체 챔버를 포함하며, 상기 밸브 또는 일련의 밸브는 가압 유체를 상기 공통 유체 가압 유닛으로부터 상기 유체 챔버 내로 이동시키도록 활성화되어 작동을 발생시킬 수 있거나 또는 선택적으로 유체를 상기 유체 챔버로부터 배출 유닛으로 이동시킴으로써 상기 액추에이터를 비활성화 상태로 복귀시킬 수 있다. 특정 실시예에서, 소프트 로봇은 가압 유체를 유체 챔버로부터 제거하기 위한 배출 라인을 더 포함한다. 소프트 로봇을 사용하는 방법에 대해서도 또한 설명한다.

일부 실시예에서, 공통 유체 가압 유닛은 분배형 밸브 네트워크를 통해 복수 개의 유체 챔버와 유체 연통할 수 있는 공통 유체 가압 채널 또는 튜브이다. 다른 실시예에서, 공통 유체 가압 유닛은 분배형 밸브 네트워크를 통해 복수 개의 유체 챔버와 유체 연통할 수 있는, 압력 어큐뮬레이터로도 알려져 있는 공통 유체 가압 챔버이다.

일부 실시예에서, 소프트 로봇의 가압 밸브는 예를 들어 40 psi 이하, 30 psi 이하, 20 psi 이하, 10 psi 이하의 저압에서 작동하도록 구성된 메인 밸브를 포함한다. 특정 실시예에서, 소프트 로봇은, 각각 메인 밸브와 유체 연결되고 메인 밸브를 작동시키도록 설계된 하나 이상의 파일럿 밸브를 더 포함한다. 이들 실시예에서, 소프트 로봇은 메인 밸브(들)에 유체 연결된 제1 축적 챔버 및 파일럿 밸브(들)에 유체 연결된 제2 축적 챔버를 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 파일럿 밸브는 메인 밸브로의 공급을 제어하여 메인 밸브를 작동시키는 밸브이다. 파일럿 밸브는 유체로 조종되는데, 예를 들어 공기로 조종된다. 특정 실시예에서, 메인 밸브는 제1 압력, 예를 들어 40 psi 이하, 30 psi 이하, 20 psi 이하 또는 10 psi 이하의 저압에서 작동하도록 구성된다. 특정 실시예에서, 파일럿 밸브는 제2 압력, 예를 들어 50 psi 이상, 60 psi 이상, 70 psi 이상, 80 psi 이상, 90 psi 이상, 100 psi 이상의 고압에서 작동하도록 구성된다. 특정 실시예에서, 제2 압력은 제1 압력보다 높다. 파일럿 밸브는, 하나의 유체 공급으로 다른 유체 공급을 제어하는 것이 허용되기 때문에 유용하다. 특정한 구체적 실시예에서, 파일럿 밸브는 솔레노이드 밸브이다.

따라서, 이들 실시예에서, 메인 밸브는 파일럿 밸브(일반적으로 더 작음)에 의해 간접적으로 작동된다. 작동될 때, 파일럿 밸브는 가압된 유체, 예를 들어 공기를, 메인 밸브 내의 기구를 이동시키는 챔버 내로 유입시켜 메인 밸브를 개방 또는 폐쇄시킨다. 특정 실시예에서, 소프트 로봇은 메인 밸브(들)와 유체 연통하는 로봇의 본체에 제1 축적 챔버, 예를 들어 제1 가압 어큐뮬레이터를 포함한다. 일부 실시예에서, 소프트 로봇은 파일럿 밸브(들)와 유체 연통하는 로봇 본체에 제2 축적 챔버, 예를 들어 제2 가압 어큐뮬레이터를 또한 포함한다. 일부 실시예에서, 제1 축적 챔버는 소프트 액추에이터의 운동을 구동하기 위해 메인 밸브에 유체 연결되는 저압(예를 들어, 10 psi)의 유체를 수용한다. 제2 압력 축적 챔버는 메인 밸브를 작동시키기 위해 파일럿 밸브에 유체 연결되는 고압(예를 들어, 80 psi)의 유체를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 소프트 로봇을 작동시키기 위해, 전기 신호가 파일럿 밸브의 솔레노이드로 보내져 파일럿 밸브가 개방되게 한다. 다음으로, 공기가 제2 고압 어큐뮬레이터로부터 파일럿 밸브를 통해 메인 밸브의 메커니즘으로 유동한다. 이 고압 공기가 메인 밸브에 축적되면, 고압 공기는, 메인 밸브가 작동하여 메인 밸브가 개방되게 한다. 다음으로, 공기는 제1 저압 어큐뮬레이터로부터 메인 밸브를 통해 소프트 액추에이터로 유동하게 되어 소프트 액추에이터를 작동시킬 것이다.

일부 실시예에서, 소프트 로봇은 메인 밸브를 작동시키기 위해 파일럿 밸브에 유체 연결되는 고압(예를 들어, 50 psi 이상, 60 psi 이상, 70 psi 이상, 80 psi 이상, 90 psi 이상)의 유체를 수용하는 제2 축적 챔버를 포함한다. 이러한 실시예에서, 제1 어큐뮬레이터(소프트 액추에이터를 작동시키기 위한 저압 유체, 예를 들어, 공기를 저장하기 위해 사용됨)는 조절기를 통해 제2 어큐뮬레이터에 유체 연결될 수 있다. 이러한 방식으로, 저압의 제1 어큐뮬레이터에서 예를 들어 액추에이터의 작동으로 인해 공기가 고갈되는 경우, 그 공기는 제2 어큐뮬레이터로부터의 공기에 의해 보충될 수 있다. 여기서, 제1 어큐뮬레이터 및 제2 어큐뮬레이터는, 제2 어큐뮬레이터의 고압 공기가 제1 어큐뮬레이터에 의해 요구되는 저압 공기로 변환되도록 조절기를 통해 유체 연결된다. 임의의 특정 이론에 구속되고 싶지는 않지만, 이러한 접근법은 아래 2개의 주요 장점을 갖는 것으로 판단된다.

1) 고압 어큐뮬레이터는 제1 저압 어큐뮬레이터만을 사용하여 가능한 것보다 더 많은 양의 공기가 액추에이터 근처에 국부적으로 저장되는 것을 허용한다.

2) 매립된 제2 고압 어큐뮬레이터를 갖는 테더링된(tethered) 소프트 로봇 시스템은 로봇에 공기를 공급하기 위해 좁은 테더를 사용함으로써 작동될 수 있다.

이것은, 우리가 더 높은 압력에서 로봇에 공기를 흘려보내기 때문이며, 테더 체적 단위당 로봇에 전달되는 공기의 양이 더 많아 결과적으로 테더는 로봇 공기 필요성을 커버(cover)하기 위해 큰 단면 튜브일 필요가 없고 이제 작은 단면 튜브로 될 수 있다. 이 버전의 로봇에서, 테더는 제2 고압 어큐뮬레이터에 직접 연결되고 로봇 작동에 필요한 모든 공기는 이 고압 어큐뮬레이터를 근원으로 한다.

이들 실시예에서, 제2 (고압) 축적 챔버는 또한 파일럿 밸브를 작동시키도록 공기를 제공하기 위해 여전히 이용될 수 있다. 이러한 경우, 제2 고압 어큐뮬레이터는 로봇의 파일럿 밸브와 유체 연결되며, 또한 조절기를 통해 더 낮은 압력의 제1 어큐뮬레이터에 유체 연결된다.

일부 실시예에서, 로봇 상의 제1 축적 챔버 및/또는 제2 축적 챔버는 액추에이터를 작동시키기 위해 요구되는 것보다 훨씬 더 높은 압력(제1 고압)으로 유체, 예를 들어 공기를 보유하고, 이 챔버/어큐뮬레이터는 조절기와 밸브의 조합을 통해 액추에이터와 유체 연결된다. 이들 실시예에서, 제1 고압, 예를 들어 공기는 고압 어큐뮬레이터로부터, 작동에 필요한 압력까지 압력을 감압시키는 조절기를 통해 유동하고, 다음으로 공기는 밸브를 통과하며 마지막으로 소프트 액추에이터를 작동시키기 위해 소프트 액추에이터로 간다. 특정 이론에 구속되기를 바라지 않지만, 이러한 설계는 1) 소프트 로봇의 본체에 더 많은 유체 저장을 가능하게 하고 2) 테더링된다면 로봇이 더 작은 테더를 필요로 한다는 장점이 있다고 판단된다.

특정 실시예에서, 공통 유체 가압 유닛, 예를 들어 공통 유체 가압 챔버는 미리 결정된 시간 동안 (대기압과 비교하여) 양압을 유지하도록 구성되어, 유체 챔버 중 하나 이상이 긴 채널을 통해 가압 소스로 가지 않고도 신속하게 가압될 수 있다.

특정 실시예에서, 공통 유체 가압 유닛, 예컨대 공통 유체 가압 챔버는 미리 결정된 시간 동안 (대기압과 비교하여) 음압을 유지하도록 구성되어, 유체 챔버 중 하나 이상이 긴 채널을 통해 감압 소스로 가지 않고도 신속하게 감압될 수 있다.

일부 실시예에서, 소프트 로봇은 공통 유체 진공 유닛을 더 포함한다. 일부 실시예에서, 공통 유체 진공 유닛은 분배형 밸브 네트워크를 통해 복수 개의 유체 챔버와 유체 연통할 수 있는 공통 유체 진공 채널 또는 튜브이다. 다른 실시예에서, 공통 유체 진공 유닛은 분배형 밸브 네트워크를 통해 복수 개의 유체 챔버와 유체 연통할 수 있는, 압력 어큐뮬레이터로도 알려져 있는, 공통 유체 진공 챔버이다.

일부 실시예에서, 소프트 로봇을 위한 분배형 가압 및 배출 시스템이 설명되며, 여기서 가압 유체의 공급 또는 가압 유체의 배출을 게이팅(gating)하는 밸브는 제어 유닛에 국한되는 것과 대조적으로 각각의 작동 챔버의 입구에 위치된다. 종래의 시스템과 비교하여 하나 이상의 실시예에서의 소프트 로봇에 대한 이러한 분배형 가압 및 배출 시스템의 특징 및 장점은 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명된다.

일부 실시예에서, 본 명세서에 기술된 바와 같은 분배형 가압 및 배출 시스템은, 소프트 로봇 촉수를 비롯하여 이에 제한되지 않는 많은 형태의 소프트 로봇에 사용된다. 도 3a에는 종래의 가압 및 배출 시스템을 이용하는 소프트 로봇 촉수(301)의 단면도가 도시된다. 명확성을 위해, 이 도면에 도시된 2개의 촉수에 대해, 변형 제한 코어에 사용되는 엘라스토머는 생략되었다. 코어(302)의 체적은 각각의 작동 챔버(304)를 개별적으로 어드레싱하는 데 필요한 튜브(303)에 의해 소비된다. 도 3b는 본 명세서의 하나 이상의 실시예에서 설명된 바와 같이 분배형 가압 및 배출 시스템을 사용하는 소프트 로봇 촉수를 도시한다. 여기서, 촉수(305)는 가압 밸브(311) 및 연결 튜브(308)를 통해 각각의 유체 챔버(315)에 연결된 공통 유체 가압 채널, 예컨대 단일 가압 라인(307)을 포함한다. 공통 유체 가압 채널은 가압 유체를 공급하기 위해 유체 저장소/소스와 유체 연결되도록 구성된다. 특정 실시예에서, 촉수(305)는 선택적으로, 배출 밸브(313) 및 연결 튜브(306)를 통해 유체 챔버(315)에 연결되는, 가압 유체를 배출하기 위한 공통 유체 배출 유닛, 예를 들어 단일 배출 라인(309)을 더 포함한다. 이러한 대형 튜브의 분기는 일련의 밸브 조립체[예를 들어 311과 같은 가압 밸브 및 배출 밸브(313)와 같은 진공 밸브]를 통해 개별 작동 챔버(315)로 연결되는 일련의 튜브[예를 들어 연결 튜브(306, 308)]이다. 이러한 밸브 조립체는 가압 라인 또는 배출 라인에 대한 접근을 제공하기 위해 트리거링되거나 활성화될 수 있다.

대안으로, 특정 실시예에서, 공통 유체 가압 유닛(307)은 유체 진공에 연결되도록 구성되고 공통 유체 배출 유닛으로서 또한 작동한다.

일부 실시예에서, 가요성 본체는 변형 제한 층을 포함하며, 변형 제한 층의 인장 탄성률은 가요성 본체의 인장 탄성률보다 높다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "변형 제한된 층" 및 "변형 제한 층"은 상호 교환적으로 사용된다. 변형은 본체의 상대 변위에 있어서 형태 변화(deformation)에 대한 설명이다. 상기 형태 변화는, 여기에서는 예를 들어 가압력에 의해 가해지는 힘에 의해 유도되는 응력에 기인한다. 낮은 강성 또는 더 작은 탄성 계수의 재료는, 높은 탄성 계수의 재료보다 크게 변형되기 때문에, 낮은 강성의 재료는 더 많은 변형 또는 형태 변화를 겪게 된다. 결과적으로, 보다 높은 강성 또는 더 큰 탄성 계수의 재료에서의 변형은 더 작거나 또는 "제한적"이다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 보다 낮은 임계 힘에서 연장되거나, 굴곡되거나, 팽창되거나 또는 펼쳐지는 소프트 로봇의 층 또는 벽 또는 부분은 '신장성' 부재 또는 '저 변형' 부재이다. 보다 높은 임계 힘에서 연장되거나, 굴곡되거나, 팽창되거나 또는 펼쳐지는 소프트 로봇의 층 또는 벽 또는 부분은 본 명세서에서 "변형 제한" 층 또는 "변형 제한" 벽 또는 "변형 제한" 멤브레인으로 언급된다.

특정 실시예에서, 용어 "변형 제한 층"은 엘라스토머 본체보다 더 강성이거나 또는 덜 신축성이며 엘라스토머 본체에 부착되거나 또는 고정되는 층을 의미한다. 하나 이상의 실시예에서, 변형 제한 층은 엘라스토머 본체보다 약 10 %, 20 %, 50 %, 100 % 또는 500 % 넘게 더 강성이다.

압력 작동식 소프트 액추에이터가 여기에 설명되었지만, 분배형 공압 시스템을 이용하는 진공 작동 소프트 액추에이터가 또한 가능하고 명백하게 고려된다. 따라서, 다른 실시예에서, 공통 유체 가압 채널은 미리 결정된 시간 동안 (대기압과 비교하여) 양압 또는 음압을 유지하도록 구성될 수 있다. 특정 실시예에서, 진공 작동식 액추에이터는 진공 하에 있는 작동 라인과, 비활성화를 위해 대기압 또는 양압에 있는 비활성화 라인을 포함하는 것으로 설명된다.

공압 루팅 또는 유압 루팅에 대한 이러한 분배형 접근법은, 종래의 가압 및 배출 시스템에 대해 앞에서 확인된 적어도 3가지 문제를 해결하는데, 1) 가벼운 무게의 밸브 조립체가 사용되고 유체로서 공기가 사용된다고 가정하면 가압 및 배출 튜브가 대부분 비어 있기 때문에 촉수의 무게를 줄이는 각 작동 챔버에 어드레싱하기 위해 더 이상 튜브를 추가할 필요가 없으며, 2) 종래의 가압 및 배출 시스템에 사용된 소직경 튜브의 컬렉션을 하나 또는 2개의 대직경 튜브로 교체하는 것은 튜브 저항을 줄이고 로봇의 작동 속도를 향상시키는 효과가 있고, 3) 독립적인 구동 챔버의 개수는 더 이상 촉수 코어에 설치될 수 있는 튜브의 개수에 의해 제한되지 않는다.

작동 챔버의 개수는 분배형 밸브 네트워크를 제어하는 데 사용되는 통신 시스템 및 전력의 크기에 의해 제한될 수 있다. 밸브에 전력을 공급하고 제어 신호를 제공하는 데 사용되는 와이어가 용이하게 소형화되기 때문에, 더 많은 개수의 개별적으로 어드레싱 가능한 작동 챔버가 구비된 촉수를 형성할 수 있게 되어 더 많은 관절 연결식 소프트 로봇이 가능하게 된다. 일 실시예에서, 전압 와이어 및 접지 와이어는 전력을 제공하기 위해 모든 밸브에 연결된 소프트 촉수의 변형 제한 코어에 매립된다. 특정 실시예에서, 각각의 밸브는 변형 제한 코어 상에 리소그래피식으로 적층될 수 있는 그 자체의 전용 소형 통신 와이어에 의해 제어된다. 이들 실시예에서, 유체 챔버에 공급하는 각각의 추가 밸브를 제어하기 위해 추가 통신 와이어가 로봇에 추가될 필요가 있다. 여기서, 소프트 로봇 촉수용 테더는 가압 유체를 공급하기 위한 하나의 튜브, 선택적으로 배출을 위한 하나의 튜브, 전압 와이어, 접지 와이어 및 각 밸브를 개별적으로 어드레싱하기 위한 통신 와이어 다발을 포함할 것이다. 각각의 추가의 통신 와이어는 종래의 소프트 촉수에서 사용되는 개개의 이중 목적 가압 및 배출 튜브보다 작은 단면을 가질 수 있기 때문에, 이러한 전자 시스템은 여전히 종래의 디자인보다 소프트 로봇 촉수에 더 많은 개수의 작동 챔버를 추가하는 것을 허용한다.

대안으로, 다른 실시예들에서, 공통 통신 와이어 또는 통신 와이어 세트는 개별 밸브 제어가 통신 버스를 통해 달성되는 로봇의 밸브 조립체에 연결될 수 있다. 병렬 버스, 직렬 버스 및 1-와이어 버스를 포함하되 이에 국한되지 않는 많은 다른 종류의 통신 버스가 적절할 수 있다. 일부 실시예에서, 통신 버스 및 시스템 내의 각 밸브를 이용하는 분배형 가압 및 배출 시스템은, 모든 마이크로 컨트롤러가 하나의 공유 통신 와이어 또는 공유 통신 와이어 세트에 연결되는 마이크로 컨트롤러와 쌍을 이룬다. 공유 통신 와이어 또는 공유 통신 와이어 세트로부터의 신호를 해석하기 위해, 각 마이크로 컨트롤러는, 들어오는 제어 신호가 마이크로 컨트롤러가 부착된 밸브에 명령을 보내도록 의도되었는지 여부를 개별 마이크로 컨트롤러에 알려주는 데이터 워드(data word)를 수신하도록 구성된다. 이러한 방식으로 공유 통신 와이어 또는 공유 통신 와이어 세트가 밸브 컬렉션의 작동을 제어하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 테더는 가압 유체를 공급하기 위한 하나의 튜브, 선택적으로 배출을 위한 하나의 튜브, 전압 와이어, 접지 와이어, 및 공유 통신 와이어 또는 공유 통신 와이어 세트를 포함한다. 여기서 공유 통신 와이어 또는 공유 통신 와이어 세트는 로봇에 명령 신호를 전송하도록 구성된 촉수의 베이스 또는 촉수의 외부에 위치한 외부 마이크로 컨트롤러에 또한 연결될 것이다.

다른 실시예에서, 비-전기식 와이어-기반 통신 시스템이 로봇의 밸브를 제어하는 데 사용된다. 예를 들어, 특정 실시예에서, 촉수의 밸브로의 전력 공급을 게이팅하는, 광학적으로 트리거링되는 파워 트랜지스터에 광학 제어 신호를 전송하기 위해 광섬유 케이블이 사용될 수 있다. 이들 실시예에서, 각각의 유체 챔버에 부착된 밸브는 광학적으로 트리거링된 파워 트랜지스터와 쌍을 이루어, 광섬유 케이블을 통해 전송된 신호에 의해 밸브가 제어되도록 한다. 이들 실시예에서, 테더는 가압 유체를 공급하기 위한 하나의 튜브, 선택적으로 배출을 위한 하나의 튜브, 전압 와이어, 접지 와이어, 그리고 (각각의 케이블이 단일 밸브를 제어하는 경우) 광섬유 케이블 세트를 포함한다.

대안으로, 각각의 자체 마이크로 컨트롤러를 갖는 밸브 네트워크는 공통 광섬유 통신 케이블, 또는 광섬유 통신 케이블 세트에 연결될 수 있고, 개별 밸브 제어는 통신 버스를 통해 달성된다. 이들 실시예에서, 테더는 가압 유체를 공급하기 위한 하나의 튜브, 선택적으로 배출을 위한 하나의 튜브, 전압 와이어, 접지 와이어 및 공유 광섬유 통신 케이블 또는 공유 광섬유 통신 케이블 세트를 포함한다. 다른 실시예에서, 통신은, 각각의 밸브가 소프트 로봇 촉수의 베이스 또는 소프트 로봇 촉수의 외부의 어딘가에 위치된 무선 송신기로부터 명령을 수신할 수 있게 하도록, 무선 리시버 및 마이크로 컨트롤러를 각각의 밸브에 통합함으로써 무선으로 이루어진다. 이들 실시예에서, 테더는 가압 유체를 공급하기 위한 하나의 튜브, 선택적으로 배출을 위한 하나의 튜브, 전압 와이어 및 접지 와이어를 포함한다.

또 다른 실시예에서, 밸브에 대한 통신은 음향 신호 전송을 통해 이루어지며, 여기서 각 밸브는 마이크로 컨트롤러 및 압전 센서와 쌍을 이루거나 또는 압전 트리거링되는 파워 트랜지스터와 쌍을 이룬다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 압전 변환기는 압력파의 형태로 도 3b에 도시된 가압 유체 입구 라인(307) 아래로 데이터를 전송하는 데 사용될 수 있다. 이 압력파는, 이와 같은 압력 변동을, 밸브를 개방할 때 또는 밸브를 폐쇄할 때를 나타내는 데이터 입력으로 해석하는, 각 밸브 조립체에 위치한 압전 변환기에 의해 측정될 수 있다.

대부분의 공압식 밸브 및 유압식 밸브는 하드 부품(hard component)으로 만들어지며, 결과적으로 이들은 소프트 액추에이터의 고도로 변형 가능한 표면에 매립되는 경우 그 주변으로부터 박리될 것이다. 일부 실시예에서는, 이러한 이유로, 하드 밸브(hard valve)는 소프트 로봇의 변형 제한 층, 소프트 로봇의 고도로 변형 가능한 표면 내부의 중공 캐비티(hollow cavity) 또는 소프트 로봇의 하드 부품에 우선적으로 배치될 것이다.

대안으로, 다른 실시예에서, 밸브는 가요성 및/또는 연성 부품/재료로 제조된다. 예를 들어, 유전체 엘라스토머 액추에이터는 가압 유체 또는 배출 튜브에 대한 접근을 개방하고 폐쇄하는 데 사용될 수 있다. 이러한 소프트 밸브의 경우, 밸브는 소프트 로봇의 고도로 변형 가능한 표면뿐만 아니라 변형 제한 표면 및 소프트 로봇의 하드 부품에도 매립될 수 있다. 특정 실시예에서, 비-작동 밸브 부품은 소프트 재료로 제조될 수도 있다. 예를 들어, 신속 배출 밸브를 생성하기 위해 엘라스토머 멤브레인을 사용하는 소프트 액추에이터에서 공기 통로를 구성할 수 있다. 일부 실시예에서, 특정 방향으로의 공기 유동은 배출 튜브를 차단하는 방향으로 엘라스토머 멤브레인을 이동시키고, 반대 방향으로의 공기 유동은 배출 튜브로의 접근을 허용하는 방향으로 멤브레인을 이동시킬 것이다.

일부 실시예에서, 분배형 가압 시스템 및/또는 배출 시스템을 제어하기 위한, 본 명세서에 설명된 제어 시스템은 로봇 내의 각 밸브의 위치에 위치된 전자 장치의 사용을 필요로 한다. 이러한 실시예에서, 종래의 하드 전자장치(hard electronics)는 소프트 로봇의 변형 제한 층, 소프트 로봇의 고도로 변형 가능한 표면 내부의 중공 캐비티, 또는 소프트 로봇의 하드 부품에 위치될 수 있다. 대안으로, 가요성 및/또는 신축성 전자 회로를 이용할 수 있다. 여기서, 가요성 전자 회로는 로봇의 변형 제한 표면에 배치되는 것이 바람직하지만, 신축성 회로는 변형 제한 표면 및 고도로 변형 가능한 표면 양자 모두에 배치될 수 있다.

일부 실시예에서, 본 명세서에 설명된 바와 같은 분배형 가압 및 배출 시스템은 쿼드루페드 로봇이다. 또한, 도 4a 내지 도 4h는 [화이트사이즈 등, Proc . Natl. Acad . Sci . USA, 108, 20400-20403, 2011]로부터 취해진 종래의 소프트 쿼드루페드의 사진을 도시한다. 구체적으로, 도 4a 내지 도 4h는, 작동 순서(각 도면의 좌측 하단에 삽입), 경과 시간(각 도면의 우측 상단에 삽입), 및 5개 챔버 소프트 쿼드루페드 로봇의 스냅 샷을 나타내는데, 상기 5개의 챔버 소프트 쿼드루페드 로봇은 짧은 갭(gap)으로 기어가고 갭 아래에서 물결 모양으로 나타나며, 그 후 다른 쪽에서 다시 기어간다. 도 4a는 가압되지 않은 상태에서 로봇이 시동되는 것을 도시하며, 도 4b는 중앙 유체 가압 채널(401)이 가압되는 것을 도시하고, 도 4c는 다리가 갭쪽으로 기어가기 위해 작동되는 것을 도시한다. 도 4d는 중앙 채널이 감압됨을 도시하고, 도 4e 내지 도 4g에서, 로봇은 갭 아래에 위치하도록 물결 모양으로 된다. 도 4h에서, 마지막으로, 중앙 채널은 다시 가압되어 로봇은 갭의 다른 쪽에서 기어간다. 각 단계에서 가압된 구동 챔버는 녹색으로 표시되고(삽입), 비활성 작동 챔버가 적색으로 도시되며(삽입), 부분적으로 가압된 작동 챔버가 오렌지색으로 도시된다(삽입). 갭의 높이는 겹쳐진 백색 파선으로 표시된다. 스케일 바아(scale bar)는 4cm이다.

임의의 소프트 로봇에서 본 명세서에 기술된 분배형 가압 시스템 및/또는 배출 시스템을 사용하는 것이 고려된다. 소프트 로봇의 비-제한적인 예는 테더링된 소프트 촉수, 테더링된 소프트 로봇 쿼드루페드, 소프트 그리퍼, 소프트 외과 견인기, 복강경 수술용 소프트 외과 견인기, 소프트 내시경, 비-테더링된 소프트 로봇 뱀, 비-테더링된 소프트 로봇 물고기, 비-테더링된 소프트 로봇 문어, 소프트 로봇형 물리 재활 장치, 소프트 로봇 랜턴, 및 소프트 감시 로봇을 포함한다. 소프트 로봇 액추에이터의 추가의 예는 2015년 5월 7일자로 출원된 PCT/US2013/066164 및 2013년 3월 15일자로 출원된 PCT/US2013/032297에 기재되어 있으며, 이들의 내용은 명백하게 참조로 포함된다.

특정 실시예에서, 소프트 로봇은 쿼드루페드 소프트 로봇일 수 있다. 일부 실시예에서, 쿼드루페드 로봇은 분배형 가압 및 배출 시스템을 포함하며, 상기 시스템의 테더는 오직 하나의 공통 유체 가압 채널(또는 선택적으로, 도 3b에 도시된 바와 같이 공통 유체 진공 채널을 포함하는 2개의 대형 튜브/채널)만을 포함한다. 도 3b에 도시된 시스템과 마찬가지로, 하나의 공통 유체 가압 채널이 압축 유체를 공급하고, 선택적으로 하나의 공통 유체 진공 채널이 전체 시스템에 대해 가압 유체를 배출시키고, 개별 작동 챔버의 작동은 챔버에 위치된 밸브 조립체에 의해 제어된다. 소프트 촉수의 경우와 마찬가지로, 소프트 쿼드루페드에 분배형 가압 및 배출 시스템을 사용하면 공압식 테더의 튜브 저항을 감소시킴으로서 로봇의 작동 속도를 높일 수 있다.

특정 실시예에서, 액추에이터의 위치에서 가압 유체를 배출하는 것이 허용되는 용례에 있어서, 가압 유체를 로봇에 공급하는 단지 하나의 대형 튜브 및 일련의 국부적 밸브 조립체 및 배출 라인을 사용하여 테더를 더 단순화할 수 있다. 이러한 시스템을 사용하는 소프트 로봇은 도 5a 및 도 5b 그리고 도 6a 및 도 6b에 도시되어 있다.

특정 실시예에서, 공통 유체 가압 유닛은 압력 어큐뮬레이터로도 알려진 공통 유체 가압 챔버이며, 이는 도 5a 및 도 5b를 참조하여 이하에 설명된다. 도 5a 및 도 5b 그리고 도 6a 및 도 6b는 종래의 가압 및 배출 시스템을 사용하는 소프트 로봇 쿼드루페드과, 본 명세서에 기술된 하나 이상의 실시예에 따른 분배형 가압 및 배출 시스템을 이용하는 소프트 로봇 쿼드루페드 사이의 비교를 도시한다. 도 5a에서, 4개의 소프트 액추에이터(504)에 연결된 4개의 작은 튜브(505)를 수용하는 테더를 포함하는 종래의 가압 및 배출 시스템(501)을 갖는 소프트 로봇이 도시된다. 도 6a에서, 이들 튜브(505)는 로봇의 4개의 액추에이터(504)로 루팅되는데, 여기서 각각의 개별 튜브는 단일 액추에이터의 공급 및 배출 라인의 역할을 한다. 대조적으로, 도 5b는 본 명세서에 기술된 분배형 가압 및 배출 시스템을 갖는 소프트 로봇(503)의 예시이다. 공통 유체 가압 채널 및 공통 유체 진공 채널을 갖는, 도 3b에 도시된 분배형 가압 및 배출 시스템과 달리, 이 로봇은 오직 공통 유체 가압 채널만을, 즉 단일 가압 라인(507)만을 포함한다. 이것은 도 3b의 로봇에서 사용된 배출 라인을, 각각의 액추에이터(506)에 위치되어 가압 유체를 액추에이터로부터 국부적인 환경으로 배출할 수 있는 일련의 배출 채널[예를 들어, 배출 포트(513)]로 교체함으로써 수행된다. 이러한 튜브 루팅이 어떻게 수행되는지는 도 6a의 우측에서 그리고 도 6b에서 볼 수 있다. 이들 실시예에서, 공통 유체 가압 챔버는 축적 챔버[예컨대, 어큐뮬레이터(511)]이다. 따라서, 단일 압력 공급 라인(507)은, 액추에이터(504)에 연결되어 미리 결정된 시간 동안 가압된 유체를 유지하는 어큐뮬레이터(511)에서 본체 내로 공급된다. 가압 유체는 그 후, 그 액추에이터의 입구에 위치한 밸브[즉, 가압 밸브(609), 도 6b]가 어큐뮬레이터(511)와 액추에이터(506) 사이의 연결을 개방할 때 임의의 액추에이터로 유입될 수 있다. 배출 밸브(611)가 개방되어 유체가 로봇의 본체로부터 짧은 경로를 따라 배출 채널, 예컨대 배출 포트(613)를 통해 국부적인 환경(도 6b)으로 이동할 수 있게 될 때, 액추에이터의 가압 유체는 국부적인 환경으로 배출된다. 각 액추에이터에 부착된 국부적인 배출 포트를 포함하는 이러한 분배형 가압 및 배출 시스템의 설계는, 도 3b에 도시된 분배형 가압 및 배출 시스템에 비해 작동 속도를 적어도 2가지 방식으로 향상시킨다. 첫째로, 테더가 더 이상 배출 라인을 필요로 하지 않기 때문에, 더 큰 가압 라인이 수용되어 작동에 대한 튜브 저항을 낮출 수 있다. 둘째로, 로봇 시스템을 떠나기 전에 배출 유체가 이동하는 경로를 단축하면, 또한, 액추에이터의 이완에 대한 튜브 저항을 낮추고 작동 속도를 향상시킨다. 단 하나의 가압 라인만을 사용하는 분배형 가압 및 배출 시스템 설계에는 어큐뮬레이터가 필요하지 않다는 것을 주목해야 한다. 특정 실시예에서, 주 압력 공급 라인을, 각 액추에이터의 가압 밸브에 연결되는 일련의 작은 라인으로 분할할 목적으로, 매니폴드가 소프트 로봇의 중앙 본체에 배치된다. 그럼에도 불구하고, 어큐뮬레이터의 사용은 특정 실시예에서 유리하다. 엑추에이터를 압력 어큐뮬레이터 또는 진공 어큐뮬레이터에 직접 또는 짧은 경로로 부착하면 액추에이터의 작동 또는 이완 속도가 각각 향상된다.

특정 실시예에서, 소프트 로봇은 본 명세서에서 설명된 바와 같은 분배형 가압 및 배출 시스템의 2개 이상의 실시예의 조합을 포함한다. 전술한 분배형 가압 및 배출 시스템들 또는 이들의 어떤 조합 중에서 선택하는 것은 소프트 로봇이 의도되는 용례에 좌우될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 해저 상의 오일 드릴링 장비에서의 작업을 위해 소프트 그리퍼가 사용된다면, 로봇을 작동시키는 데 사용되는 공기 또는 가압된 해수가 국부적인 환경으로 배출되는 경우 손상이 발생하지 않으므로 국부적인 배출 포트를 사용하는 것이 허용될 수 있다. 반면에, 다른 실시예에서, 소프트 촉수가 복부 수술을 위해 사용되면, 가압 유체를 국부적인 환경으로 배출하는 것은 환자에게 해로울 수 있다. 이들 실시예에서는, 주 가압 라인 및 주 배출 라인 양자 모두를 구비한 분배형 가압 및 배출 시스템이 사용될 수 있다. 어느 경우이든, 분배형 가압 및 배출 시스템을 사용하면 로봇의 작동 속도가 향상되고, 더 많은 액추에이터를 로봇 본체에 쉽게 장착할 수 있으며 경우에 따라 무게를 줄일 수 있다.

추가적으로, 특정 실시예에서, 분배형 가압 및 배출 시스템 아키텍쳐는 비-테더링된 로봇에 사용된다. 튜브 저항을 줄이고, 무게를 줄이며, 로봇의 본체에 더 많은 액추에이터를 허용하는 것이 바람직하다. 결과적으로, 액추에이터 근처에 밸브 조립체, 어큐뮬레이터 및 배출 포트를 배치하고 가압 유체용으로 더 큰 공급 튜브 및 배출 튜브를 사용하는, 동일한 분배형 네트워크 설계는, 비-테더링된 소프트 로봇 시스템의 기능성을 향상시키는 용례를 또한 가질 것이다.

따라서, 특정 실시예에서, 가압 라인은 소프트 로봇으로부터 생략될 수 있고, 대신에 공압 펌프가 로봇에 포함될 수 있다. 일부 실시예에서, 공압 펌프는 로봇의 중앙의 압력 어큐뮬레이터에 부착된다. 이러한 설계의 한 가지 추가적인 장점은, 펌프를 설정하여 어큐뮬레이터를 일정하게 탑오프(top off)함으로써 로봇 작동에 사용할 수 있는 공기가 항상 존재한다는 것이다. 이는, 펌프가 작동 시 소프트 액추에이터를 직접 채우도록 사용되고 단지 간헐적으로만 사용되는 "탄력적인, 비-테더링된 소프트 로봇"과는 대조적이다. 본 명세서에 설명된 이러한 새로운 분배형 설계에서는, 어큐뮬레이터 압력이 일부 설정된 "충진" 압력 아래로 떨어지면 언제든지 펌프를 작동할 수 있다. 이때 펌프는 어큐뮬레이터 내에서 가압된 공기의 일정한 공급을 연속적으로 생성하도록 잠재적으로 작동될 수 있기 때문에, 작동 속도는 더 이상 온-보드 펌프의 유량에 의해 제한되지 않고, 대신에 어큐뮬레이터로부터 유체 챔버, 예를 들어 액추에이터로 이동하는 공기의 유량에 의해 제한된다.

다른 실시예에서, 진공 소스, 예컨대 진공 펌프가 로봇에 포함될 수 있다. 이들 실시예에서, 가압 라인은 소프트 로봇으로부터 생략될 수 있다. 일부 실시예에서, 진공 소스는 로봇 중앙의 어큐뮬레이터에 부착된다. 이러한 설계의 하나의 추가적인 장점은 어큐뮬레이터에서 일정 수준의 진공을 유지하기 위해 펌프가 일정하게 작동하도록 설정될 수 있다는 것이다. 이때 펌프는 일정한 진공을 연속적으로 생성하도록 잠재적으로 작동할 수 있기 때문에, 작동 속도는 더 이상 온-보드 진공 펌프의 유량에 의해 제한되지 않고, 대신에 유체 챔버, 예를 들어 액추에이터로부터 어큐뮬레이터로 이동하는 공기의 유량에 의해 제한된다.

다른 실시예에서, 소프트 로봇은 온-보드 가압 유체 소스, 예를 들어 압력 펌프 및 진공 펌프와 같은 진공 소스를 포함한다. 여기서, 온-보드 압력 펌프는 가압된 어큐뮬레이터(소프트 액추에이터를 작동시키는 데 사용됨)에 공기 압력 등의 유체 압력을 공급하고, 진공 펌프는 진공 어큐뮬레이터(소프트 액추에이터를 신속하게 비활성화시키는 데 사용됨)에 부착될 것이다.

소프트 로봇은, 선택적으로 소프트 로봇의 외부에 있는 유체 팽창 소스 또는 유체 수축 소스를 포함하거나 또는 여기에 연결될 수 있다. 유체 팽창 소스 또는 유체 수축 소스는, 유체를 팽창시키고 그리고/또는 수축시키는 임의의 장치일 수 있다. 유체 팽창 소스 또는 유체 수축 소스의 비-제한적인 예는 가스 펌프, 가스 진공, 가스 펌프 및 진공, 액체 펌프, 액체 흡입 펌프 또는 액체 펌프 및 흡입 펌프를 포함한다. 일부 실시예에서, 소프트 로봇은 유체 팽창/수축 소스에 직접 연결된다. 공기, 가스, 물, 오일, 액체 금속을 포함하여 임의의 유체, 가스 또는 액체의 사용이 고려된다. 가스의 비-제한적인 예는 공기이다. 다른 가스의 사용이 고려된다.

특정 실시예에서, 상기 유체는 가스이고, 유체 팽창/수축 소스는 선택적인 외부 가스 팽창/진공 소스이다. 외부 가스 팽창 소스는 펌프, 가스 실린더, 액화 가스 실린더 또는 벌룬(balloon)일 수 있다. 외부 진공 소스는 진공 펌프일 수 있다. 당업계에 공지된 임의의 다른 가스 팽창 소스 및 진공 소스가 고려된다.

또 다른 양태에서, 소프트 로봇을 작동시키는 방법이 설명되며, 상기 방법은

본 명세서에 기술된 실시예들 중 어느 하나에 따른 소프트 로봇을 제공하는 단계;

공통 가압 유닛에 가압 유체를 공급하는 단계;

하나 이상의 가압 밸브를 활성화시켜 상기 가압 유체가 상기 공통 유체 가압 유닛으로부터 상기 유체 챔버 중 적어도 하나 내로 유동하는 것을 허용함으로써 작동을 발생시키는 단계

를 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 방법은 상기 가압 유닛으로부터 유체를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또 다른 양태에서, 소프트 로봇을 작동시키는 방법이 설명되며, 상기 방법은

본 명세서에 기술된 실시예들 중 어느 하나에 따른 소프트 로봇을 제공하는 단계;

상기 공통 유체 가압 유닛으로부터 유체를 제거하는 단계;

하나 이상의 가압 밸브를 활성화시켜 유체 챔버로부터 유체를 제거함으로써 작동을 발생시키는 단계

를 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 방법은 소프트 로봇의 작동을 트리거링하기 위해 음향 신호를 송신하는 단계를 더 포함한다. 음향 신호는 데이터를 송신하는 방법으로서 사용될 수 있고, 이때 신호는 압전기와 같은 장치에 의해 생성된다. 일부 실시예에서, 상기 방법은 소프트 로봇을 작동시킴으로써 음향 신호를 송신하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예에서는, 하나 이상의 가압 밸브가 음향 신호에 의해 개방된다.

많은 다양한 밸브 또는 밸브들의 조합이, 본 명세서에서 소프트 로봇용으로 설명된 분배형 공압 시스템에서 잠재적으로 사용될 수 있다. 아래 목록은 몇 가지 예를 제공하지만, 가능한 밸브 선택의 제한적인 세트는 아니다.

예 1.

소프트 액추에이터로부터의 압력의 인가 및 유체의 배출은 2개의 "양방향, 2 위치"(2W/2P) 밸브의 세트에 의해 수행될 수 있다. 2W/2P 밸브에서 밸브는 2가지 상태가 될 수 있다. 즉, 1) 밸브는 밸브의 입구와 출구 사이의 유체의 유동을 차단하고 2) 밸브는 밸브의 입구와 출구 사이에 공기가 유동하는 것을 허용한다. 이러한 경우 하나의 2W/2P 밸브가 액추에이터에 대한 가압 유체의 공급을 제어하는 데 사용되고, 제2의 2W/2P 밸브는 액추에이터에서 유체의 배출을 제어하는 데 사용된다. 이러한 예 및 다른 예에서, 배출 튜브는 가압 튜브보다 낮은 압력일 수도 있고, 가압 유체의 배출을 촉진하는 것이 바람직한 경우 배출 튜브는 튜브의 압력을 대기압 미만으로 유지하는 진공 시스템의 일부일 수 있다는 것을 주목해야 한다.

예 2.

액추에이터를 가압하거나 또는 액추에이터로부터 가압 유체를 배출하는 것이 전형적이기 때문에, 단일 밸브가 사용될 수 있으며, 상기 단일 밸브의 2가지 상태는 1) 유체의 가압 또는 2) 배출을 제공한다. 이러한 경우 단일 "3 방향, 2 위치"(3W/2P) 밸브를 사용한다. 3W/2P 밸브에서 밸브는 2가지 상태가 가능하다.

1) 밸브는 가압 유체를 공급하는 튜브와 입구 튜브 사이의 유체 유동을 액추에이터로 허용하고 2) 밸브는 배출 튜브와 입구 튜브 사이의 유체 유동을 액추에이터로 허용한다.

예 3.

일부 경우에는 정적인 압력을 유지함으로써 액추에이터를 고정 위치에 유지할 수 있는 능력을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 경우 액추에이터 내부 또는 외부로의 유체 유동을 차단할 필요가 있다. 이것은 위에서 설명한 바와 같은 2개의 2W/2P 밸브를 사용하여 수행될 수도 있거나 또는 단일의 "3 방향, 3 위치"(3W/3P) 밸브를 사용하여 수행될 수도 있다. 이러한 경우 밸브는 3가지 상태를 가질 것이다. 즉, 1) 밸브는 액추에이터에 대한 입구 튜브와 가압 유체를 공급하는 튜브 사이의 유체 유동을 허용하고, 2) 밸브는 액추에이터에 대한 입구 튜브와 액추에이터를 비우는 튜브 사이의 유체 유동을 허용하고, 그리고 3) 밸브는 모든 튜브 사이의 유체 유동을 차단한다. 여기서 제3 상태는 액추에이터를 정적인 압력으로 유지하는 상태이다.

예 4.

액추에이터를 제어하는 다른 방법은 "신속 배출 밸브"(QEV)와 관련하여 단일의 "양방향, 2 위치"(2W/2P) 밸브를 사용하는 것이다. 이러한 설정은 2가지 상태를 갖는다. 1) 2W/2P 밸브는 유체가 가압 튜브로부터 2W/2P 밸브를 통해, QEV를 통해, 그리고 다음으로 액추에이터로 유동하는 것을 허용하고, 2) 2W/2P 밸브는 QEV에 대한 가압 유체의 유동을 차단하여 유체가 액추에이터로부터 QEV로 역류한 다음 QEV의 배출 포트 외부로부터 유동함으로써 시스템을 나가게 한다.

본 명세서에서 설명된 밸브는 전자적으로 제어될 수 있거나 또는 이들은 공압으로 또는 유압으로 조종될 수 있다는 것에 유의해야 한다. 밸브를 조종하기 위해 사용되는 가압 유체는 유체 취급 라인을 통해 밸브로 이송될 필요가 있으므로, 이러한 밸브 제어 방법은 추가의 튜브를 소프트 로봇의 본체에 통합하는 것을 필요로 한다. 이러한 이유로 공압식으로 또는 유압식으로 조종되는 밸브가 선호되지 않는다. 대조적으로 밸브에 전력 및 제어 신호를 제공하는 데 사용되는 와이어는 유체 취급 라인보다 작을 수 있으며, 소프트 기계의 본체에 쉽게 통합되므로, 결과적으로 분배형 가압 및 배출 시스템을 사용하는 소프트 로봇을 만들 때 전자 제어식 밸브가 선호된다.

본 발명(들)의 다양한 양태의 전술한 특징과 장점 및 다른 특징과 장점은 본 발명(들)의 보다 넓은 범위 내에서 다양한 개념 및 특정 실시예에 대한 보다 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 위에서 소개되고 아래에서 보다 상세하게 논의되는 주제의 다양한 양태는, 상기 주제가 임의의 특정 구현 방식에 제한되지 않기 때문에 임의의 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 특정 실시예 및 적용예는 주로 예시를 목적으로 제공된다.

Claims (42)

1. 소프트 로봇(soft robot)에 있어서,
   가요성 및/또는 신축성 본체;
   공통 유체 가압 유닛;
   가압 밸브를 통해 상기 공통 유체 가압 유닛과 유체 연결되고 상기 가요성 및/또는 신축성 본체에 각각 매립되는 복수 개의 유체 챔버
   를 포함하고,
   상기 가압 밸브는, 상기 공통 유체 가압 유닛으로부터 상기 유체 챔버 내로의 가압 유체의 유동에 의해 활성화되어 작동을 발생시키도록 구성되는 것인 소프트 로봇.
2. 제1항에 있어서,
   상기 공통 유체 가압 유닛은 상기 가요성 및/또는 신축성 본체에 매립되는 것인, 소프트 로봇.
3. 제1항에 있어서,
   상기 공통 유체 가압 유닛은 공통 유체 가압 채널인 것인, 소프트 로봇.
4. 제1항에 있어서,
   상기 공통 유체 가압 유닛은 공통 유체 가압 챔버인 것인, 소프트 로봇.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 가압 밸브는 연결 튜브를 통해 상기 공통 유체 가압 유닛에 연결되는 것인, 소프트 로봇.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 공통 유체 가압 유닛은 가압 유체 소스와 유체 연결되도록 구성되는 것인, 소프트 로봇.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 공통 유체 가압 유닛은 진공 소스에 연결되도록 구성되는 것인, 소프트 로봇.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 공통 유체 가압 유닛은 미리 결정된 시간 동안 대기에 비해 양압 또는 음압을 유지하도록 구성되는 것인, 소프트 로봇.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   공통 유체 배출 유닛
   을 더 포함하고, 상기 유체 챔버는 각각 배출 밸브를 통해 상기 공통 유체 배출 유닛과 유체 연결될 수 있는 것인, 소프트 로봇.
10. 제9항에 있어서,
    상기 공통 유체 배출 유닛은 공통 유체 배출 채널 또는 공통 유체 배출 챔버인 것인, 소프트 로봇.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 유체 챔버는 각각 배출 밸브 및 배출 채널을 더 포함하고, 상기 유체 챔버는 상기 배출 밸브 및 상기 배출 채널을 통해 외부 환경과 유체 연결되도록 구성되는 것인, 소프트 로봇.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공통 유체 가압 유닛은 상기 가압 밸브를 통해 상기 복수 개의 유체 챔버와 유체 연결될 수 있는 축적 챔버인 것인, 소프트 로봇.
13. 제12항에 있어서,
    상기 축적 챔버는 강성, 가요성 또는 신축성이 있는 것인, 소프트 로봇.
14. 제12항에 있어서,
    상기 축적 챔버는, 상기 유체 챔버 내로 충진될 가압 유체를 유지하도록 그리고/또는 상기 유체 챔버로부터 상기 가압 유체를 배출하도록 구성되는 것인, 소프트 로봇.
15. 제12항에 있어서,
    상기 축적 챔버는 상기 가압 밸브와 유체 연통하는 어큐뮬레이터(accumulator)인 것인, 소프트 로봇.
16. 제15항에 있어서,
    상기 축적 챔버는, 상기 가요성 및/또는 신축성 본체에 부착되거나 또는 매립되는 어큐뮬레이터인 것인, 소프트 로봇.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가압 밸브 중 하나 이상에 연결되어 상기 밸브를 총괄적으로 또는 개별적으로 제어하는 하나 이상의 통신 와이어
    를 더 포함하는, 소프트 로봇.
18. 제17항에 있어서,
    상기 와이어는 종래의 와이어이거나 또는 리소그래피식으로 적층된 와이어인 것인, 소프트 로봇.
19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    상기 가압 밸브 중 하나 이상은 하나 이상의 통신 와이어에 연결된 마이크로 컨트롤러와 링크(link)되는 것인, 소프트 로봇.
20. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    상기 하나 이상의 와이어는 통신 버스를 통해 밸브 제어를 수행하기 위해 상기 가압 밸브 중 하나 이상에 연결되는 것인, 소프트 로봇.
21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가압 밸브 중 하나 이상에 각각 연결되고 밸브 제어를 수행하도록 구성되는 하나 이상의 광섬유 케이블
    을 더 포함하는, 소프트 로봇.
22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가압 밸브 중 하나 이상에 각각 연결되고 통신 버스를 통해 밸브 제어를 수행하도록 구성되는 하나 이상의 광섬유 케이블
    을 더 포함하는, 소프트 로봇.
23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가압 밸브 중 하나 이상은 사용자가 상기 가압 밸브를 무선으로 제어하는 것을 허용하도록 구성된 전기 시스템을 각각 포함하는 것인, 소프트 로봇.
24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가압 밸브 중 하나 이상의 작동을 제어하도록 구성된 광학적으로 트리거링되는 트랜지스터 또는 음향적으로 트리거링되는 트랜지스터
    를 더 포함하는, 소프트 로봇.
25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가압 밸브를 제어하기 위해 신호를 송신하는 하나 이상의 압전 변환기
    를 더 포함하는, 소프트 로봇.
26. 제1항에 있어서,
    상기 가압 밸브는 메인 밸브인 것인, 소프트 로봇.
27. 제26항에 있어서,
    상기 소프트 로봇은, 각각이 상기 메인 밸브(들)와 유체 연결되고 상기 메인 밸브(들)를 작동시키도록 구성된 하나 이상의 파일럿 밸브를 더 포함하는 것인, 소프트 로봇.
28. 제27항에 있어서,
    상기 소프트 로봇은 상기 메인 밸브(들)에 유체 연결된 제1 축적 챔버 및 상기 파일럿 밸브(들)에 유체 연결된 제2 축적 챔버를 포함하는 것인, 소프트 로봇.
29. 제26항 또는 제27항에 있어서,
    상기 메인 밸브는 제1 압력에서 작동하도록 구성되며, 상기 파일럿 밸브는 상기 제1 압력보다 높은 제2 압력에서 작동하도록 구성되는 것인, 소프트 로봇.
30. 제26항 또는 제27항에 있어서,
    상기 제1 어큐뮬레이터는 조절기 및 밸브를 통해 상기 제2 어큐뮬레이터에 유체 연결되는 것인, 소프트 로봇.
31. 제26항 또는 제27항에 있어서,
    상기 제1 축적 챔버 및/또는 상기 제2 축적 챔버는 조절기 및 밸브를 통해 상기 메인 밸브 및 상기 파일럿 밸브에 각각 연결되는 것인, 소프트 로봇.
32. 제31항에 있어서,
    상기 제1 축적 챔버는 상기 유체 챔버 내의 유체보다 높은 압력을 갖는 유체를 포함하는 것인, 소프트 로봇.
33. 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가요성 본체는 변형 제한 층을 포함하고, 상기 변형 제한 층의 인장 탄성율은 상기 가요성 및/또는 신축성 본체의 인장 탄성율보다 높은 것인, 소프트 로봇.
34. 제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    유체 저장소 및 유체 유입구
    를 더 포함하는, 소프트 로봇.
35. 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    유체 저장소와 유체 유입구
    를 더 포함하고, 상기 유체 저장소는 상기 유체 유입구를 통해 상기 공통 유체 가압 채널 내로 유체를 전달하도록 구성되는 것인, 소프트 로봇.
36. 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가요성 및/또는 신축성 본체는 엘라스토머로 제조되는 것인, 소프트 로봇.
37. 제1항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소프트 로봇은 공압 펌프 및/또는 진공 펌프를 더 포함하는 것인, 소프트 로봇.
38. 소프트 로봇을 작동시키는 방법에 있어서, 상기 방법은,
    제1항 내지 제37항 중 어느 한 항에 따른 소프트 로봇을 제공하는 단계;
    공통 유체 가압 유닛에 가압 유체를 제공하는 단계;
    하나 이상의 가압 밸브를 활성화시켜 상기 가압 유체가 상기 공통 유체 가압 유닛으로부터 유체 챔버 중 적어도 하나 내로 유동하는 것을 허용함으로써 작동을 발생시키는 단계
    를 포함하는, 방법.
39. 제38항에 있어서,
    상기 가압 유닛으로부터 유체를 제거하는 단계
    를 더 포함하는, 방법.
40. 소프트 로봇을 작동시키는 방법에 있어서, 상기 방법은,
    제1항 내지 제37항 중 어느 한 항에 따른 소프트 로봇을 제공하는 단계;
    공통 유체 가압 유닛으로부터 유체를 제거하는 단계;
    하나 이상의 가압 밸브를 활성화시켜 유체 챔버로부터 유체를 제거하여 작동을 발생시키는 단계
    를 포함하는, 방법
41. 제38항 또는 제40항에 있어서,
    상기 작동을 트리거링하기 위해 음향 신호를 송신하는 단계
    를 더 포함하는, 방법.
42. 제38항 또는 제40항에 있어서,
    하나 이상의 가압 밸브는 음향 신호에 의해 개방되도록 구성되는 것인, 방법.

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