Ⅰ 생체 모방 로봇 연구실

고등학교 로봇

생체 모방 로봇 연구실

Ⅰ. 문제로의 초대 1 차 시 문제 상황 이해 3

Ⅱ. 문제 해결을 위한 활동

2 차 시

로봇 돋보기 8

3 차 시 14

4 차 시

로봇의 구성 장치 속으로의 여행 19

5 차 시 21

6 차 시 생체 모방 로봇 탐구 23

Ⅲ. 문제 해결 7 차 시

생체 모방 로봇을 설계하라! 30 8 차 시

Ⅳ. 평가 및 성찰 9 차 시 설계한 로봇에 대한 발표 및 평가 33

Ⅴ. 진로 탐색 10차시 로봇 관련 직업 탐구 36

Ⅰ ^{. 문제로의 초대 1차시}

 주제의 이해

우주소년 아톰과 터미네이터 그리고 아이로봇은 우리가 보았거나 지금 보 고 있는 만화 또는 영화의 주인공들이 다. 이들의 공통점은 무엇일까? 바로 모두 로봇이라는 점이다. 로봇은 우리 의 상상 속에서 발전하여 점차 현실화 되어 가고 있다. 아톰과 같은 로봇은 1950년대 만화로 나온 이후, 50년이 지나서야 비 슷한 형태인 일본 혼다사의 ‘아시모’가 개발되었다. 어렸을 적 아톰을 보고 자라난 어린이들의 로봇에 대한 동경과 꿈이 오늘 날 아시모를 만들어내는 원동력이 되지 않았을까?

이번 학습에서는 로봇에 대해 알아보고, 그 속에 어떠한 수학․

과학적 원리가 숨어 있는지 살펴보고자 한다. 또한 로봇 구성 장치의 원리와 무게 중심에 대해 알아 본 후, 모방하고자 하는 생물을 선택하여 그 생물의 수학․과학적 특징을 중심으로 생체 모방 로봇을 설계하고자 한다.

 학습 목표

 주제의 이해  생각 열기  관련 단원 þ 최신 로봇 기술과 동향과 미래 로봇에 대해 탐구할 수 있다.

þ 로봇 구성 장치의 원리와 무게 중심에 대해 이해할 수 있다.

þ 생체 모방 기술을 이해하고, 생체 모방 로봇을 설계할 수 있다.

þ 로봇과 관련된 직업을 알아보고, 진로를 탐색할 수 있다.

 생각 열기

 주제의 이해  학습 목표  관련 단원 생물들은 주어진 환경에 적응하기 위해 다양한 변화를 거쳐 현재의 모습으로 진화하였다. 진화된 생물들의 장점을 로봇에 잘 활용한다면 훨씬 발전된 로봇을 개발할 수 있을 것이다. 다 음의 사진은 현재까지 개발된 생체 로봇이다. 이 생체 로봇은 어떤 생물을 모방한 것일까? 또 그 역할은 무엇일까?

[출처] http://www.ebuzz.co.kr/news/issue/2284498_1888.html

 관련 단원

 주제의 이해  학습 목표  생각 열기

2007 교육과정

Ÿ 과학 「유전과 진화」

Ÿ 물리 2 「시공간과 우주/에너지」

Ÿ 기술 「미래 기술의 세계/사회」

Ÿ 기술 「기술혁신과 발명, 창의공학설계」

Ÿ 공학 「나노와 생명공학」

Ÿ 수학 1 「평면좌표」

Ÿ 미술 「미적표현」

Ÿ 국어 1 「말하기」

Ÿ 윤리 「생명 존중 사상」

2009 교육과정

Ÿ 과학 「생명의 진화」

Ÿ 물리 2 「시공간과 우주/에너지」

Ÿ 기술 「미래 기술의 세계/사회」

Ÿ 기술 「기술혁신과 발명, 창의공학설계」

Ÿ 공학 「나노와 생명공학」

Ÿ 수학 1 「도형의 방정식」

Ÿ 미술 「미적표현」

Ÿ 국어 1 「말하기」

Ÿ 윤리 「생명 존중 사상」

1차시 문제 상황 □^S □^TE□^M

다음은 혜민이가 신문을 통해 찾은 두 가지의 기사이다. 기사를 읽고 기사에서 이야기 하고자 하는 것은 무엇일지 생각해 보자.

[출처]

http://cafe.naver.com/makin ghealthlife/4351

소금쟁이, 잠자리를 닮은 로봇

카네기 멜론 대학의 나노 로보틱스 실 험실에서는 물에 떠서 움직일 수 있는 마이크로 로봇을 개발하였다. 소금쟁이 의 표면장력을 이용한 움직임을 본떠서 설계한 것이다. 하늘을 나는 곤충이나 새의 비행 방법 또한 로봇 기술에 적용 되고 있다. 그리고 2008년 네덜란드에 있는 델프트 공학 대학교는 무게 3g에

10cm길이를 가진 비행로봇 델플라이 마이크로를 개발하였다. 이 로봇은 잠자리와 같이 날개를 펄럭거림으로써 비행을 하는데, 저 속에서도 체공이 가능한 장점을 가지고 있다. 특히 잠자리나 나 비 혹은 물총새 등의 움직임을 모방하여 정지비행을 하는 로봇 개발에 관한 연구는 국내 ․ 외에서 꾸준히 진행 중에 있다.

[출처]

http://cafe.naver.com/makingheal thlife/4351

로봇은 과연 어디까지 진화할까?

생물체의 몸체 전체가 아닌 일부 만을 모방하는 기술도 개발되고 있 다. 코끼리의 코, 겟코 도마뱀의 발 바닥이 그 예다. 더 나아가 생물체 의 근육 운동 자체를 모방하려는 시도도 이루어지고 있다. 지난 2004년 MIT의 H. 헤어 등은 살아

있는 근육 조직에 전기 자극을 가하여 헤엄을 치는 로봇을 소개 함으로써 그 가능성을 보여주었고, 금속 등을 사용한 ‘인공 근육’

개발도 꾸준히 이루어지고 있다.

이 두 기사에서는 생체 모방 로봇은 생물학이 로봇 공학만으로 는 찾기 힘든 최적화된 로봇 운동의 해법을 생물학이 제시할 수 있음을 보여주고 있다. 더 나아가 응용 기술에 대한 순수 과학의 역할과 가능성을 보여주고 있다는 점에서 보다 큰 의미를 부여할 수 있을 것이다. ‘자연을 닮아가는 로봇은 과연 어디까지 진화할 까?’ 지금부터 이 질문에 대한 답을 찾아보자.

1차시 도전 과제 □^S □^TE□^A

생체 모방 생물을 선택하고 그 생물의 특징을 파악하여 로봇의 어 떤 장치에 사용할 수 있을지 판단한 후, 수학․과학적 원리를 바 탕으로 생체 모방 로봇을 창의적으로 설계하여 보자. [7~8차시]

◆ 문제 해결 과정

- 생체 모방 로봇에 대해 알아보기

- 로봇의 구성 장치에 대해 알아보고 수학, 과학적 원리 탐구하기 - 최근 이슈가 되고 있는 생체 모방 로봇을 중심으로 생물의

특징 및 장점 파악하기

- 새로운 생체 모방 로봇을 설계하고 수학, 과학적 원리 설명하기

◆ 유의 사항

- 모방하고자 하는 생물을 선택한 후, 특징을 파악하여 어떠한 원리를 로봇에 적용할 것인지 판단한다.

- 로봇의 구성 장치 중 어떠한 장치에 중점을 둘 것인지 판단한다.

- 자신이 설계한 로봇의 이름을 명명하고, 어떠한 수학, 과학적 원리를 바탕으로 설계하였는지 설명한다.

- 설계한 생체 모방 로봇을 전시하고 발표한다.

1차시 모둠 만들기 □^S □^TE□^A

1) 모둠명 정하기

2) 모둠 과제 확인하기

3) 모둠 조직 및 역할 정하기

학번 이름 역 할 모둠원1

모둠원2 모둠원3 모둠원4

[출처]

http://news.donga.com/S eries/List_70070000000 764/3/70070000000764/

20060306/8281729/1

Ⅱ ^. 문제 해결을 위한 활동 ^2-6차시

2차시 로봇, 넌 누구니? □^TE□^A

1. 로봇이란 무엇인가?

로봇은 사람과 유사한 모습과 기능을 가진 기계, 또 는 무엇인가 스스로 작업하는 능력을 가진 기계를 말한 다. 제조공장에서 조립, 용접, 핸들링 등을 수행하는 자 동화된 로봇을 ‘산업용 로봇’이라 하고, 환경을 인식하 고 스스로 판단하는 기능을 가진 로봇을 ‘지능형 로봇’

이라 부른다. 또한 사람과 닮은 모습을 한 로봇을 ‘안드 로이드’라 부른다. 이외에 로봇에 대한 다른 의미는 형태 가 있으며, 자신이 생각할 수 있는 능력을 가진 기계를 말한다.

인공의 동력을 사용하는 로봇은 사람 대신, 또는 사람과 함께 일을 하기도 한다. 통상 로봇은 제작자가 계획한 일을 하도록 설 계된다. ‘로봇’은 영어로 ‘Robot’으로 쓰지만 체코어로 “일하는 사 람”을 의미하는 ‘robota’가 어원이다. 1920년 체코의 극작가 카렐 차펙(Karel Capek)이란 사람이 쓴 ‘로섬의 만능 로봇(RUR : Rosum’w Universal Robot)’이라는 극에서 로봇이라는 말을 쓰게 됨으로써 세상에 널리 알려지게 되었다.

※ 생각해 보기

기계(machine)와 로봇(robot)의 특징을 각각 살펴보고, 공통점 과 차이점에 대해 생각해 보자.

가. 특징

나. 공통점, 차이점

2. 로봇이 지켜야 할 3대 법칙

로봇의 반란을 우려하여 로봇의 아버지라 불리는 러시아 태생의 작가 아이작 아시모프(Isaac Asimov)는 그의 저서에서 로봇이 갖 추어야 할 조건을 세 가지 제시하였다.

첫째, 로봇은 인간에게 해를 끼쳐서는 안 된다.

둘째, 첫 번째 명령에 위배되지 않는 한 로봇은 인간의 명 령에 복종해야 한다.

셋째, 위의 두 법칙에 어긋나지 않는 한 로봇 자신을 보호 해야 한다.

이 법칙들을 살펴보면 로봇은 인간을 절대로 해칠 수 없다. 하 지만 영화 'I ROBOT'에서 보인 것처럼 첫 번째 법칙이 위배되어 인간을 해치게 된다면 인간과 로봇과의 전쟁이 일어날 수도 있다.

영화 터미네이터의 내용이 바로 미래에 다가올 인간과 로봇의 전 쟁 이야기를 다루고 있다. 이 세 가지 로봇이 지켜야 할 법칙은 현재 널리 알려져 로봇을 주인공으로 하는 영화의 기본이 되고 있 다.

[출처] http://biztechreport.co.uk/2012/12/did-the-mayans-predict-terminator/irobot/

[출처]

http://www.donga.com/news/print_web.

php?n=200701050010

※ 생각해 보기

위에서 이야기 한 로봇이 지켜야 할 3대 법칙 외에 더 필요하다 고 생각되는 법칙을 적고, 그 이유에 대해 설명해 보자.

가. 필요한 법칙

나. 필요한 이유

3. 로봇의 종류

가. 산업용 로봇

산업용 로봇은 산업현장에서 사람 대신 위험하거나 힘든 일을 하는 로봇 이다. 정형화된 단순, 정밀, 고속, 반 복, 작업을 수행하는 산업용 로봇은 20세기 후반 제조업 현장에 투입되기 시작하여 현재까지 로봇산업의 주류를 이루고 있다. 초기에는 '자동으로 움직 이는 장치'를 모두 로봇이라고 했지만,

현대의 산업용 로봇은 소프트웨어적으로 재 프로그램이 가능하며, 독립적으로 3개 이상의 방향으로 움직일 수 있어야 한다는 두 가 지 조건을 만족해야 한다. 사람의 팔과 같은 동작을 수행하는 수 직 다관절 로봇이 대부분이다.

[출처]

http://news.donga.com/3/

/20080310/8553309/1

[출처]

http://blog.joinsmsn.com/med ia/folderListSlide.asp?uid=ygr ha&folder=52&list_id=6232511

[출처]

http://blog.joinsmsn.com /media/folderListSlide.as p?uid=ygrha&folder=52

&list_id=6232511

나. 가정용 로봇

‘가사지원 로봇(Home Service Robot)’은 ‘가정용 로봇’이라고도 불리며, 일반 가정 내에서 인간과 함께 생활하며, 설거지, 빨래, 청소, 조리, 정리정돈, 심부름 등 가사를 지원해 주는 미래의 지능형 로봇이다. 현재 가정용 로봇은 기술적 완성도의 부족, 좁은 시장성 등 으로 그 적용이 청소용 로봇 등에 제한적이나, 향후 인공지능과 홈 네트워크 기술 등의 발달로 앞으로 비 약적으로 발전할 것으로 기대되는 분야이다.

다. 의료용 로봇

질병의 진단 및 수술 과정을 지원하거나 재 활훈련 등을 도와주는 로봇을 말한다. 첨단 컴 퓨터의 발달과 기계공학의 발전은 이제 각 분 야에서 로봇의 역할을 확대시키고 이제는 의료 의 중요한 역할도 담당하는 시대가 되었다. 실 제 로봇의 의학 응용은 1990년대에 들어 매우 연구가 활발해지고 실용화되기 시작하였다. 의 료용 로봇의 예로 로보닥, 이솝, 제우스, 다빈 치 등을 들 수 있다.

라. 군사용 로봇

군사용 로봇은 인간을 대신하거나 보조하며, 군사작전을 수행하는 지능형 로봇이다. 군사용 로봇은 기온차가 큰 야외환경이나, 폭탄이 터 지는 가혹한 환경에서 주로 작동해야 하므로, 부품내구성과 높은 신뢰성 기술을 필요로 한 다. 특히 험준한 지형에서 이동해야 하므로 자 율이동기술에 대한 높은 수준의 연구가 필요 하다. 군사용 로봇은 직접 전투에 참가하는 전

투용로봇과 지뢰제거작업과 같은 지뢰제거로봇, 물품의 수송을 맡는 견마로봇, 감시경계임무를 수행하는 감시경계로봇 등으로 분류된다.

[출처]

http://blog.naver.com/PostView.nhn?

blogId=kami_wof&logNo=130139019947

[출처]

http://overtrainbow.tistory.com/98

마. 탐사용 로봇

우주용 로봇은 인공위성 내부와 우주 정거장에서의 작업 궤도로의 진입, 포획 위성과 혹성에서 자원을 조사하는 로봇 을 말한다. 그리고 지구 표면적의 70%를 차지하는 해양을 개발하는 해양산업은 향후 인류의 미래를 결정할 매우 중요한 산업이다. 미국과 프랑스 등 해양 선진국

들은 해저개발을 위한 해저 탐사용 로봇의 연구가 한창이다. 지금 도 석유탐사를 위해, 수심 1,000m이상에서 해저로봇이 석유탐사 를 수행하고 있으며, 해저에 침몰한 선박의 탐사 등 에 해저 원격 조종 로봇의 역할이 두드러진다.

바. 휴머노이드 로봇(보행 로봇)

머리·몸통·팔·다리 등 인간의 신체와 유사한 형태를 지닌 로봇을 뜻하는 말로, 인간의 행동을 가장 잘 모방할 수 있는 로봇이다. 인간형 로봇이라고도 한다. 두 발로 걷는 최초의 휴머노이드는 1973년 일본 와세다대학교 가토 이치로 교수팀 이 개발한 ‘와봇1’이다. 휴머노이드의 획 기적 발전은 1996년 일본의 혼다사가 발 표한 ‘P-2’로부터 시작되었다. 이후 혼다

사는 P-3을 거쳐 2000년 ‘아시모’를 개발하였다. 한국의 대표적 휴머노이드는 ‘휴보’로, 2004년 12월 한국과학기술원 오준호 교수 팀에 의하여 개발되었다. 키 120cm, 무게 55kg으로, 시속 1.25km(1분에 65걸음)로 보행할 수 있다.

휴머노이드는 인간의 지능·행동·감각·상호작용 등을 모방하여 인 간을 대신하거나 인간과 협력하여 다양한 서비스를 제공하는 것을 궁극적인 목표로 하고 있다.

※ 생각해 보기

가. 미래에 어떠한 새로운 종류의 로봇이 나올지 생각해 보자.

나. 군사용 로봇은 인간에게 꼭 필요한 것일까?

1) 필요하다고 생각하는 이유

2) 필요하지 않다고 생각하는 이유

다. 다양한 종류의 로봇이 우리의 주변에 있다. 이러한 로봇이 있 을 때와 없을 때의 상황을 비교하여 설명해 보자.

[출처]

http://ask.nate.com/qna /view.html?n=11878837

[출처]

http://review.chosun .com/site/data/html_

dir/2011/04/11/2011 041101675.html

3차시 최신 로봇 기술 □^TE□^A

1. 최신 로봇 기술과 동향 탐구

가. 스스로 동력을 만드는 바이오 로봇 ‘로봇’이라 하면 사람의 모습을 하거나 산업 현장에 있는 작업용 로봇을 떠올린다. 그러나 2000년대 들어 로봇이 바이오와 결합하면서 다양화하고 있다. 심장이나 근육세포를 이용 해 움직이게 하거나 맨눈으로는 보이지도 않 는 세포 속 초소형 단백질로 로봇을 만들고

있다. 이들 로봇은 지금까지의 커다란 로봇으로는 할 수 없는 작 업을 할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 살아 있는 세포를 이용한 로봇은 스스로 동력을 만들어 인체 내를 돌아다니며 환부를 치료 하는 데 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

나. 가정용 로봇의 발전

1) 룸바

3세대 룸바는 화성탐사로봇 소저너에 탑재된 ' 어웨어(Aware) 인공지능 시스템'을 적용해 우수 한 청소 능력과 주행 능력을 보여주고 있다. 특 히, 적외선 센서가 탑재돼 빠른 속도의 청소를 하다 벽이나 장애물을 감지하면 스스로 속도를 줄여 벽이나 가구, 청소기 자체에도 충격을 완화 시켜 상처나 고장의 염려를 덜었다.

2) 다사로봇의 '둘리'

만화 캐릭터 아기공룡 둘리를 이용한 모바일서비스 로봇 '둘리' 를 개발하였는데, 둘리 로봇은 키 1.2m, 몸무게 75㎏으로 어린이

[출처]

http://www.ihoogy.com/bbs /i_view.php?idx=12&id=505

&page=212&c_id=&orderby=

[출처]

http://www.ebuzz.co.kr/news/

review/2156596_1884.html

[출처]

http://pinktentacle.com/20 07/08/tpr-robina-toyotas- guide-robot/

의 눈높이에 맞춰 설계 및 제작하였다. 둘리로봇 은 부천 로보파크를 방문하는 어린이 등을 대상으 로 전시물의 안내 및 각종 엔터테인먼트 공공 서 비스를 제공하고 있다. 지능형 서비스로봇인 둘리 로봇은 2개의 바퀴로 움직이며 친숙감을 주기 위 해 눈꺼풀과 꼬리가 움직이도록 만들었다고 한다.

자기 위치 인식을 통해 스스로 움직이고 장애물이 나타나면 피하기 때문에 조종할 필요가 없다.

3) ZMP의 뮤직 로봇 "미우로(miuro)"

miuro는 방의 위치를 자동 기억해 움직 이는 가정용 음악 로봇이다. miuro에 음악 을 듣고 싶은 장소를 등록하면 카메라나 센서로 방의 모습을 파악, 장애물을 피하 면서 이동하게 된다. miuro는 휴대전화를 통해 조정할 수 있으며 집 밖에서도 자택 내의 miuro의 조작이 가능하다.

4) 도요타 자동차의 시설 안내 로봇 ‘TPR-ROBINA’

2007년 8월 27일부터 도요타 자동차의 홍 보 시설인 도요타 회관에서 운용하기 시작하 였으며, 이 로봇은 관내를 순회하고 관람객을 안내하면서 시설 내 전시물에 대해 설명하는 투어 가이드와 같은 역할을 완수하고 있다.

무게는 약 60㎏, 높이는 120㎝이며, 주된 기 능은 장애물을 회피하면서의 자율 이동, 양손 의 3개 손가락에 의한 사인하기, 음성 인식 에 의한 관람객과의 커뮤니케이션, 관람객이 소지한 명찰 태그를 화상 처리에 의해 인식 하여 안내 설명하는 기능 등이 있다.

[출처]

http://en.wikipedia.org/wiki/U nmanned_combat_air_vehicle

[출처]

http://cs.stanford.edu/gro ups/littledog/

[출처]

http://www.defense-update.

com/products/g/guardium.htm

다. 미국 군사 로봇 기술의 최신 동향

무인항공기(UAV : Unmanned Aerial Vehicle)나 무인지상차량 (UGV : Unmanned Ground Vehicle) 등의 로봇은 이미 군사적 용 도로 폭넓게 이용되고 있다.

1) 무인 전투 공격기(UCAV)

UCAV(Unmanned Combat Air Vehicle) 는 저렴하면서도 많은 일손을 필요하지 않아, 복잡한 임무를 수행하는 경우보다 높은 성능 을 발휘한다고 한다. 또한 UCAV를 이용하면 전장에 병사 한 명만 있으면 하늘이나 육지에 서 대규모 로봇 공격을 개시할 수 있다고 한다.

2) 새로운 프로토 타입

2006년에는 몇 개의 흥미로운 군사용 프로 토 타입 로봇이 등장했다. 예를 들어 보스턴 다이나믹사의 BigDog는 전장에서 다양한 역할 을 완수할 수 있는 세계에서 가장 발전된 네 발 보행 로봇으로, BigDog의 소형판인 LittleDog도 공개하고 있다.

3) 무인지상차량(UGV)

아이로봇 사(社)는 미군으로부터 무인지상 차량(UGV) 시스템을 대량으로 수주하고 있 다. 또한 동사는 장래 전투 시스템 및 프로 그램을 위한 SUGV(소형 무인지상차량)를 개발하고 있다.

4) 소형 로봇 비행기

DARPA는 초소형 무인비행기(MAV : Micro Air Vichle)의 개

[출처]

http://blog.naver.com/PostView.nhn?

blogId=jianbooks&logNo=70112759 286&parentCategoryNo=73&viewD ate=&currentPage=1&listtype=0

발 프로젝트에 자금을 제공하고 있다. NAV 는 잠자리 정도의 크기로 2006년 8월 1일 자 Military&Aerospace Eletronics지의 기 사에 따르면, 비밀 정보의 수집을 주된 용 도로 한다. 최대 1킬로미터의 거리를 날아, 1분간 공중에 머물고 5노트의 돌풍 속에서 동작, 시속 23마일로 이동할 수 있으면서

눈에 띄지 않는 NAV의 개발이 DARPA의 목표이다.

※ 생각해 보기

최신 동향 외에 여러분이 발명하고 싶은 새로운 로봇이 있는지 생 각해 보자.

2. 상상 속의 로봇

※ 학생들이 상상으로 그린 다음 로봇의 이름과 역할은 무엇일까?

[로봇 이름]

[역할]

[로봇 이름]

[역할]

[로봇 이름]

[역할]

[로봇 이름]

[역할]

[로봇 이름]

[역할]

[로봇 이름]

[역할]

4차시 로봇의 구성 장치 속으로의 여행 □^S□^M

1. 이동 장치

이동로봇은 바퀴를 굴려 이동할 수 있는 로봇을 말한다. 로봇팔 과는 달리 원하는 위치로 움직일 수 있다. 이동로봇의 가장 기본 이 되는 목적은 목적지에 정확하게 도착하는 것이다. 그러기 위해 서는 로봇이 무게 중심을 잘 잡아야 한다. 이러한 이동로봇을 구 동하는 데 필요한 이동 장치에는 이동용 바퀴, 다리, 무한궤도 등 이 있다.

※ 이동 장치의 장점과 단점

바퀴, 다리, 무한궤도의 장점과 단점에 대해 생각해 보자.

이동 장치 장점 단점

< 바퀴 >

< 다리 >

< 무한궤도 >

[출처]

http://blog.daum.net/slc7777/5325669

2. 탐색(센서) 장치

센서는 로봇의 내부 상태에 대한 정보 를 수집하는 것과 외부 환경과 교신하는 데 이용된다. 인간과 같이 로봇 제어기는 로봇의 상태를 알기 위해 로봇의 각 링크 위치가 어떠한지 알아야 한다. 칠흑과 같 은 어둠 속에서도 인간은 근육에 있는 중

추 신경 계통의 센서에서 뇌로 정보를 보내기 때문에 팔과 다리의 위치를 알고 있다. 뇌는 이 정보를 토대로 근육의 길이를 알 수 있고, 따라서 팔, 다리 등의 상태를 알 수 있다. 로봇도 이와 마찬 가지로 로봇과 통합된 센서는 로봇의 상태를 결정하는 제어기로 각 링크와 관절에 대한 정보를 보낸다. 로봇은 시각 시스템, 촉각 센서, 음성합성 장비와 같은 로봇과 외부 세계와 교신을 가능케 해주는 외부 센서류도 종종 가지고 있다.

※ 생각해 보기

다음 질문에 답이 무엇일지 생각해 보자.

‘메아리를 이용하면 거리를 측정할 수 있을까? 초음파 영상의 원리 는 무엇일까?’

3. 제어 장치

제어기는 인간의 뇌와 같이 뛰어난 능력은 없으나 운동능력을 담당하는 소뇌와 같은 기능을 한다. 제어기는 컴퓨터에서 데이터 를 받고 구동기의 운동을 제어하고 센서에서 오는 정보로 운동의 좌표축을 설정한다. 더욱 복잡한 로봇인 경우에는 속도나 로봇에 서 발생하는 힘까지도 제어기에 의해서 제어된다.

5차시 무게 중심에 대한 이해 □^S □^M□^A

어떠한 형태의 로봇에 있어서든지 흔들림 없이 안정적인 이동을 위해서는 무게의 중심과 배분이 적절해야 한다. 로봇을 설계하는 데 있어 중요한 무게 중심이 무엇인지 알아보고 무게 중심을 구하 는 방법을 살펴보자.

무게중심이란 한 물체의 모든 중량이 집중된 것으로 간주되는 가상의 지점으 로, 이 점을 받쳐주면 물체는 어느 방향 으로도 기울어지지 않고 평형을 이루게 된다.

※ 무게(질량) 중심 찾기

가. 무게가 같은 두 물체의 무게 중심은 어떻게 찾을 수 있을지 생각해 보자.

나. 무게가 서로 다른 두 물체의 무게 중심은 어떻게 찾을 수 있 을지 생각해 보자.

다. 무게가 같은 세 물체의 무게 중심은 어떻게 찾을 수 있을지 생각해 보자.

라. 무게가 서로 다른 세 개 이상의 물체의 무게 중심은 어떻게 찾을 수 있을지 생각해 보자.

마. 다음 도형의 무게 중심을 구하고, 그 이유를 설명해 보자.

1)

(이유)

2)

(이유)

3)

(이유)

6차시 생체 모방 로봇 탐구 □^S□^TE□^A□^M

1. 생체 모방 기술

가. 정의

생체모방기술(Biomimetics)은 “살아 있는 생물의 오묘한 행동이나 구조, 그들이 만들어 내는 물질 등을 모방함으로써 새로운 기술을 만드는 전자ㆍ기계 기술로, ‘생체(Bio)’와 ‘모방(mimetics)’이란 단어의 합성어이다.” 생체 모방이라는 개념은 넓은 의미에서 거의 인류의 탄생과 함께 시작됐다고도 할 수 있다. 원시 시대에 사용되던 칼과 화살촉 같은 사냥 도구가 육식 동물의 날카로운 발톱을 모방해 만든 것이기 때문이다. 새처럼 날고 싶은 인간의 꿈은 나는 새를 보며 비행기를 만들어냈다.

나. 활용한 예

1) 건축에서의 생체 모방

[출처] http://spacecollective.org/index.php?page=personal&action=entry-view&message=&uc=Z39WGefL&cat=1824

벌집의 정육각형 모양은 비행기나 집의 내부재에 이용되고 있 다. 꿀벌은 배에 붙어 있는 밀랍 샘에서 밀랍을 분비하여 벌집을 지으며, 이러한 벌집의 각 방은 모두 육각형이다. 다윈은 이 육각 형 벌집을 일러 “낭비가 전혀 없는 완벽한 구조물”이라 극찬했다.

정육각형 구조는 최소의 건축 자재를 써서 최대의 공간을 얻는 경

제적인 건축 방법이다. 육각형의 한 면은 이웃하는 면과 빈틈없이 연결되는 공동의 벽이 될 수 있기 때문이다. 포장에 사용되는 골 판지, 벽걸이 텔레비전에 사용되는 액정화면의 구조, 무선이동 통 신의 기지국 설계, 비행기 날개나 고속 전철 차체 등에 널리 응용 되고 있다.

2) 신칸센 고속열차

[출처] http://korea.nen.com.cn/72903148544458752/20090626/2135815.shtml

한 시간에 200마일 이상을 주파하는 일본의 신칸센 고속열차는 세계 최고의 속도를 자랑한다. 하지만 그 첫 모델에도 한 가지 단 점이 있었으니, 소음이 바로 그것이다. 열차가 터널을 지날 때마다 기압의 변화로 인해 매우 시끄러운 소음이 발생했던 것이다. 이러 한 문제를 해결하기 위해 신칸센 열차의 엔지니어들은 자연으로 눈을 돌렸고 물총새에게 이와 유사한 상황이 일어난다는 것을 발 견하였다. 물총새의 경우, 대기 중에서 매우 빠른 속도로 물속으로 다이빙할 때도 거의 물을 튀기지 않았던 것이다. 결국 물총새의 부리 모양을 본떠 열차의 앞면 디자인을 수정한 끝에 이전보다 훨 씬 조용한 고속열차를 탄생시킬 수 있었다. 뿐만 아니라 이러한 디자인의 변경으로 인해 열차의 속도는 더욱 증가되었다고 한다.

다. 로봇에의 적용

전쟁에서는 아무리 부셔도 깨지지 않는 석화의 껍데기를 보고

생체 모방 기술을 이용하여 탱크의 외피를 만들고, 공기 저항력이 적고 작은 파리의 움직임을 관찰하여 더 작고 민첩한 초소형 무 인 비행체 MAV(Micro Air Vehicle)을 만들었다. 정찰, 수색, 테 러 진압 등 군사작전에서부터 원자로 청소, 인명 구조까지 MAV는 인간의 눈과 발을 대신한다. 생체 모방 기술의 로봇은 곤충이 많 이 이용된다. 바퀴벌레의 다리 움직임을 모방하여 울퉁불퉁한 곳 에서도 똑바로 갈 수 있도록 설계된 로봇, 자벌레의 몸 움직임을 이용하여 대장을 자유자재로 드나드는 내시경 로봇, 굴곡이 있어 도 자유자재로 움직일 수 있는 지네 로봇 등 수없이 많다.

※ 생각해 보기

생체 모방 기술이 로봇의 발전에 새로운 대안이 될 수 있을지에 대 해 생각해 보자.

2. 생체 모방 로봇 탐구

생물들은 주어진 환경에 적응하기 위해 다양한 변화를 거쳐 현 재의 모습으로 진화되었다. 이러한 진화된 생물들의 장점을 로봇 에 잘 활용한다면 훨씬 발전된 로봇을 개발할 수 있을 것이다.

현재 개발 중이거나 개발된 생체 모방 로봇에 관한 동영상을 시 청하고, 어떠한 생물을 모방했는지 그리고 그 생물을 탐구하여 로 봇의 특징에 대해 생각해 보자.

가. 빅 도그(Big Dog)

< 사진 > < 동영상 >

[출처]

http://www.youtube.com/watch?fe ature=player_embedded&v=W1czBc nX1Ww

모방한 생물

생물 탐구

로봇의 수학, 과학적 특징

나. 스틱키봇(Stickybot)

< 사진 > < 동영상 >

[출처]

http://www.youtube.com/watch?fe ature=player_embedded&v=odAifbp Dbhs

모방한 생물

생물 탐구

로봇의 수학, 과학적 특징

다. 스네이크 봇(snake-bot) ACM R5

< 사진 > < 동영상 >

[출처]

http://www.youtube.com/watch?v=k8 j0jNxMeSQ&feature=player_embedd ed

모방한 생물

생물 탐구

로봇의 수학, 과학적 특징

라. 6족보행 로봇 렉스 RHEX

< 사진 > < 동영상 >

[출처]

http://www.youtube.com/watch?fe ature=player_embedded&v=a0NFrA -Nx4Y

모방한 생물

생물 탐구

로봇의 수학, 과학적 특징

Ⅲ ^{. 문제 해결 7-8차시}

7~8차시 생체 모방 로봇을 설계하라! □^S□^TE□^M□^A

1. 프로젝트 내용

모방하고자 하는 생물을 선택한 후, 특징을 파악하여 어떠한 원 리를 로봇에 적용할 것인지 판단한다. 그리고 그 생물을 모방한 생체 모방 로봇의 이름을 명명하고, 어떠한 수학, 과학적 원리를 바탕으로 설계하였는지 설명한다.

2. 문제 해결 과정

가. 생체 모방 로봇에 대해 알아보기

나. 로봇의 구성 장치에 대해 알아보고 수학, 과학적 원리 탐 구하기

다. 최근 이슈가 되고 있는 생체 모방 로봇을 중심으로 생물의 특징 및 장점 파악하기

라. 새로운 생체 모방 로봇을 설계하고 수학, 과학적 원리 설 명하기

3. 유의사항

가. 모방하고자 하는 생물을 선택한 후, 특징을 파악하여 어떠 한 원리를 로봇에 적용할 것인지 판단한다.

나. 로봇의 구성 장치 중 어떠한 장치에 중점을 둘 것인지 판단한다.

다. 자신이 설계한 로봇의 이름을 명명하고, 어떠한 수학, 과학 적 원리를 바탕으로 설계하였는지 설명한다.

라. 설계한 생체 모방 로봇을 전시하고 발표한다.

4. 생체 모방 로봇 설계하기

생체 모방 로봇 설계

로봇의 이름

모방 생물 선택 배경

모방 생물 탐구

생체 모방 로봇의 수학, 과학적

특징

Ⅳ ^{. 평가 및 성찰 9차시}

9차시 설계한 로봇에 대한 발표 및 평가 □^S□^A

※ 자신의 모둠에서 설계한 생체 모방 로봇의 장점, 한계점, 독특 한 특징 및 느낀 점을 적고 평가해 보자. (ALU기법)

로봇 이름 A(장점) L(한계점) U(독특한 특징)

느낀 점

[참고] A(Advantage), L(Limitation), U(Unique quality)

※ 각 모둠에서 발표한 생체 모방 로봇을 ALU기법으로 평가해 보자.

모둠명 A(장점) L(한계점) U(독특한 특징) 느낀 점

모둠명 A(장점) L(한계점) U(독특한 특징) 느낀 점

생각 넓히기 생체 모방 로봇의 활용도

※ 자신의 모둠에서 설계한 생체 모방 로봇의 활용도를 생각해 보자.

< 생체 모방 로봇의 활용도 >

Ⅴ ^. 로봇 관련 직업 탐구 ^10차시

1. 의료용 로봇

의료용 로봇은 전문서비스용 로봇으로서 개인서비스용, 제조업 용, 네트워크 기반 로봇과 함께 지능형 로봇에 해당된다. 의료용 로봇을 포괄하고 있는 지능형 로봇은 우리나라가 소득 3만 달러 시대를 선도할 미래 스타산업으로, 타 분야에 대한 기술적 파급효 과가 큰 첨단기술의 복합체라는 점 때문에 특히 중요하다.

<로봇산업에서 의료용 로봇의 위치>

[출처] http://blog.daum.net/mocie/12771998

2. 로봇관련 직업 및 학과

로봇연구원

로봇연구원은 산업용, 의료용, 해저자원 개발용 및 실생활에 이용할 수 있는 로 봇을 연구하고 개발하는 일을 담당한다.

인공지능, 로봇설계의 원리와 이론 등을 바탕으로 산업, 의료, 해저탐사 및 실생 활 등 다양한 분야에서 활용될 수 있는

로봇을 연구하고 개발한다. [출처] http://if-blog.tistory.com/478

의료용 로봇 전문가

과학기술분야 10대 미래 유망 신직업으 로 선정된 의료용 로봇 전문가는 질병의 진단 및 수술 과정을 지원하거나 재활훈 련 등을 도와주는 로봇을 개발하는 일을

담당한다. [출처] http://blog.daum.net/mocie/12771998

의료용 로봇 관련 학과 - 의용공학과, 메카트로닉스공학과

◆ 의용공학과 : 국민의 의료복지향상을 위해 의학과 공학의 전문기술이 복합된 첨단기술을 집약적으로 배움

◆ 메카트로닉스공학과 : 기계공학과 전 기ㆍ전자공학, 컴퓨터공학을 모두 통합한 학과임

[출처] http://blog.daum.net/shccsh02/472

3. 로봇 공학자와의 인터뷰

나도 미래 로봇 공학자로서 먼저 현재 로봇 공학자로 활동하고 계시는 분들과의 대화를 통해 로봇 공학자의 삶을 들여다보자. 각 자 한 분의 로봇 공학자를 정한 후, 다음 내용을 가지고 인터뷰를 해 보자.

< 로봇 공학자와의 인터뷰 내용 >

1. 왜 로봇 공학자라는 직업을 택하셨습니까?

2. 구체적으로 하시는 일은 무엇입니까?

3. 일을 하시면서 즐거웠거나 힘들었던 기억은 무엇입니까?

4. 앞으로 로봇 공학자의 전망은 어떻다고 생각하십니까?

5. 로봇 공학자가 되기를 희망하는 학생은 무엇을 준비해야 할까요?

6. 로봇 공학자가 되기를 희망하는 학생에게 하고 싶은 말은 무엇입니까?