국내 연구진이 세계 최초로 수면 위를 자유자재로 이동하는 소금쟁이를 모사한 초소형 로봇 개발에 성공했다.

과학기술정보통신부는 고제성 아주대학교 교수 연구팀(제1저자 김동진 박사)이 수면 위를 자유자재로 기동하는 곤충 라고벨리아(부채다리 소금쟁이)를 모사한 초소형 로봇을 세계 최초로 개발하는 데 성공했다고 밝혔다.

라고벨리아와 생체 모사 로봇의 생물/인공 팬 구조. 라고벨리아 생물 사진 및 팬의 마이크로 구조 전자 현미경 사진. 납작한 끈 모양의 마이크로 구조는 생물의 거동에 필수적인 기능을 부여한다(위쪽 그림). 라고벨리아를 모사한 로봇과 유사한 납작한 끈 모양 인공 팬 사진. 생물의 민첩한 거동을 구현할 수 있는 로봇이다(아래 그림). 그림설명 및 그림제공 : 고제성 아주대학교 교수.

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소금쟁이과의 하나인 라고벨리아는 다리 끝에 있는 부채꼴 구조를 순간적으로 펼쳐 빠른 물살에서도 민첩하게 기동할 수 있는 추진력을 생성한다. 그러나 이런 구조가 어떤 원리로 초단시간에 작동하는지는 그동안 밝혀지지 않았다.

이 같은 자연 현상을 규명하기 위해서는 동일한 구조를 가진 로봇을 실제로 제작해 같은 방식으로 동작하는지 입증해야 하지만 기존 연구는 단순한 다리 구조나 근육 기반 메커니즘에만 의존해 곤충과 같은 속도 조절·회전·제동 등 복잡한 기동을 구현하는 데 한계가 있었다.

고제성 교수 연구팀은 생물학을 연구하는 미국 UC버클리와 조지아 공대 연구팀과 협력해 연구한 결과 수면 위에서 라고벨리아와 동일한 방식으로 동작하는 초소형 로봇을 개발하는 데 성공했다.

연구팀은 21개의 끈 형태의 인공 털로 부채꼴 구조를 제작해 곤충 크기의 로봇에 적용했다. 이런 구조가 물속에서 강한 추진력과 민첩한 방향 전환까지 가능하게 한다는 사실을 확인했기 때문이다.

이를 통해 연구팀은 라고벨리아의 다리 끝 부채꼴 구조가 근육의 힘으로 펼쳐지는 것이 아니라, 수중 환경과의 상호작용(탄성-모세관 현상)으로 인해 다리가 물속에 들어가면 0.01초 이내에 스스로 펼쳐지고, 물 밖에서는 즉시 접히는 초고속 자가 변형 구조를 갖는다는 것을 밝혀냈다.

고제성 아주대학교 교수 연구팀의 연구 성과는 21일(현지시간) 사이언스지 표지 논문으로 게재됐다.

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이번 연구 성과는 고제성 교수가 박사과정 시절부터 15년간 꾸준히 이어온 소금쟁이의 수면 거동 연구의 축적된 노하우가 결실을 보았다는 점에서 더욱 큰 의미가 있다.

고 교수는 "자연계 곤충이 가진 구조적 지능을 규명하고 향후 환경 모니터링, 구조 활동, 생물 모방 로봇 공학 등 다양한 분야에서 활용될 것"이라고 연구의 가치를 전망했다.

이번 연구는 과기정통부 기초연구사업 지원으로 수행됐으며, 세계 최고 권위의 학술지 사이언스(Science)에 22일(현지시간 21일 오후 2시, EDT) 표지 논문으로 게재됐다. (논문명 : Ultrafast elastocapillary fans control agile maneuvering in ripple bugs and robots)

김종화 기자 justin@asiae.co.kr
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