저장대 '토치핸드', 21자유도 링크 구동 손으로 40kg 들고 0.03mm 반복정밀도

다섯 축 엄지를 포함해 사람 손의 관절 구조를 그대로 따르면서, 힘줄이나 소프트 구동기 없이 강하고 정밀하며 제어하기 쉬운 손을 만들 수 있는가.

휴머노이드 손은 대개 한 가지를 얻으려 다른 것을 포기한다. 관절 모터나 기어 방식은 정밀하지만 부피가 크고 지속 하중에 약하며, 힘줄이나 공압 방식은 작고 유연하지만 늘어나고 관절이 의도치 않게 같이 움직이며 힘이 약하다. 사람처럼 생긴 손은 무거운 공구를 못 쥐고, 힘센 손은 엄지 대립 동작이 부족한 경우가 많다.

논문의 비교표에 따르면 연구용으로 널리 쓰이는 LEAP 핸드는 약 2kg 하중에 손끝 힘 19.5N이고, 링크 방식의 ILDA 핸드는 15자유도로 18kg, 34N을 낸다. 힘줄과 공압 방식 손은 대부분 6kg, 30N 미만이다.

토치핸드는 엄지 5자유도(기저부 3축 관절 포함)와 나머지 손가락당 4자유도로 사람 손의 관절 위계를 재현했다. 모든 구동기를 손바닥에 넣고 나사 슬라이더와 강체 링크로 손가락을 움직이며, 직렬 로봇팔처럼 배열해 모터 하나가 관절 동작 하나에 대응한다. 관절은 기계적으로 분리돼 있지만 소프트웨어로 여러 관절을 함께 움직일 수 있고, 나사 링크의 자기 잠금으로 파지 후 하중을 버틴다.

손가락 반복 위치 오차는 평균 0.0111mm(±0.026mm 이내), 엄지는 0.0115mm(±0.031mm 이내)였다. 두 굽힘 관절을 함께 구동했을 때 손끝 힘은 검지 60.72N, 중지 52.65N, 약지 61.51N, 소지 64.69N이었다. 손 전체 악력은 100N을 넘었고 알루미늄 캔을 찌그러뜨렸으며 40kg 덤벨을 들었다. 캐판지 엄지 대립 테스트의 모든 위치에 닿았고 33가지 표준 파지 자세를 출력물과 실제 물체 양쪽에서 모두 재현했다. 0.5mm 바늘귀에 0.35mm 나일론 실 꿰기, 피펫 희석, 립스틱 돌리기, 장도리로 못 뽑기도 시연했다.

프리프린트이며 하드웨어 플랫폼 발표다. 작업은 시연이지 반복 시험의 성공률이 아니고, 학습된 정책이나 자율 동작은 없다. 촉각이나 힘 센서도 아직 없다. 저자들은 장기 내구성과 피로, 동적 공구 사용 시 신뢰성 평가가 남았다고 밝혔고, 휴머노이드가 이 손 두 개를 달 수 있는지 가를 무게와 손가락 속도, 원가는 제시하지 않았다.