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‘초소형 로봇’으로 민첩한 소금쟁이의 비밀 풀다
0.01초내 빠르게 다리 펼치는 소금쟁이 구현…수상 로봇, 탐사 등 활용
- 기사입력2025-08-22 11:42
김범규 기자 (bgk7@junggi.co.kr) 다른기사보기
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라고벨리아와 생체 모사 로봇의 생물, 인공 팬 구조 <사진=과기정통부>국내 연구진이 수면 위를 자유자재로 움직이는 곤충을 모사한 초소형 로봇을 세계 최초로 개발했다.과학기술정보통신부는 아주대학교 고제성 교수 연구팀(제1저자 김동진 박사)이 곤충 라고벨리아(부채다리 소금쟁이)에서 힌트를 얻어 곤충 팬의 미세구조와 수생 운동능력의 연관성을 규명하고, 이를 토대로 자기 전개형 초소형 로봇 추진장치를 개발했다고 22일 밝혔다.소금쟁이과의 하나인 라고벨리아는 다리 끝에 있는 부채꼴 구조를 순간적으로 펼쳐 빠른 물살에서도 민첩하게 움직일 수 있는 추진력을 생성한다. 하지만, 이런 구조가 어떤 원리로 초단시간에 작동하는지는 그동안 밝혀지지 않았다. 이런 자연 현상을 규명하기 위해서는 동일한 구조를 가진 로봇을 실제로 제작해 같은 방식으로 동작하는지 입증하는 과정이 필요하다.고제성 교수 연구팀은 생물학을 연구하는 미국 캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스(UC 버클리, University of California, Berkeley), 조지아 공과대학교(Georgia tech) 연구팀과 협력해 본격적으로 연구를 시작했다.그 결과, 수면 위에서 라고벨리아와 동일한 방식으로 동작하는 초소형 로봇을 개발하는 데 성공했다. 21개의 끈 형태의 인공 털로 부채꼴 구조를 제작해 곤충 크기의 로봇에 적용했으며, 이런 구조가 물속에서 강한 추진력은 물론 민첩한 방향 전환까지 가능하게 한다는 사실을 확인했다.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 변형구조를 갖는다는 것을 밝혀낸 것이다.
8월22일 실린 논문 표지(안) <사진=과기정통부>이런 자연의 원리를 토대로, 연구팀이 구현한 로봇은 인공 팬 뿐만 아니라 다리를 움직일 수 있는 근육 역할을 할 수 있는 형상기억합금 기반의 17mg의 인공근육 구동기로 자유자재로 다리를 움직일 수 있다.또한, 총 무게 0.23g의 초소형 로봇의 인공 팬을 통해 기존의 반수생 로봇들보다 더 높은 기동 성능을 보이며, 민첩한 제동과 방향 전환이 가능함을 확인했다. 참고로, 이 로봇의 회전 속도는 206°/s이고, 전진 속도는 1.96 body length(BL)/s이다.이는 이전의 연구와는 차별화된 결과다. 그동안 수생 또는 반수생 곤충의 운동원리를 모방한 로봇 연구는 활발히 진행돼 왔지만, 대부분 단순한 구조에 의존해 속도 조절이나 복잡한 기동에는 한계가 있었다. 따라서, 소형 로봇 역시 얇은 소수성 다리를 이용해 표면장력을 줄이는 방식에 국한돼 있어 추진력이 부족하고 회전·제동 능력 역시 제한됐었다.따라서 이번 연구는 곤충 팬의 미세구조와 수생 운동능력의 연관성을 세계 최초로 규명하고, 이를 토대로 자기 전개형 초소형 로봇 추진장치를 구현했다는 데 의의가 있다.이번 연구는 수생 마이크로 로봇, 환경 모니터링, 수질 탐사, 재난 현장 수색 등 소형 수상 로봇 플랫폼 등 다양한 분야에 활용될 것으로 예상된다.고제성 교수는 “자연계 곤충이 가진 구조적 지능을 규명한 성과”라며, “향후 환경 점검, 구조 활동, 생물 모방 로봇 공학 등 많은 분야에서 활용될 것”이라고 기대했다.과기정통부 기초연구사업의 지원으로 수행한 이번 연구 성과는 세계 최고 권위의 학술지인 ‘사이언스(Science)’에 8월22일 표지 논문으로 게재됐다. 중기이코노미 김범규 기자<저작권자 ⓒ 중기이코노미. 무단전재 및 재배포 금지>
