한국이 세계 최초로 만든 로봇 소금쟁이

물 위를 매끄럽게 달리는 로봇 소금쟁이 모습 / 사진 과기정통부

(콕스뉴스 이진 기자) 고제성 아주대 교수가 세계 최초로 물 위를 빠르게 달리는 로봇 소금쟁이를 만들었다. 무려 15년의 연구 끝에 나온 결과물이다. 고 교수의 연구는 생체모방공학 분야의 새로운 이정표가 될 것이며, 향후 수중 환경에서의 로봇 응용 기술 발전에 크게 기여할 것이라는 평가가 나온다.

과학기술정보통신부(과기정통부)는 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 22일 밝혔다.

과기정통부 기초연구사업(우수신진연구, 기초연구실)의 지원으로 수행한 이번 연구 성과는 세계 최고 권위의 학술지 '사이언스' 표지 논문으로 22일 게재됐다.

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

이와 같은 자연의 현상을 규명하기 위해서는 동일한 구조를 가진 로봇을 실제로 제작해 같은 방식으로 동작하는지 입증하는 것이 필요하다. 그러나 기존 연구는 단순한 다리 구조나 근육 기반 작동방식에만 의존하여, 곤충과 같은 속도 조절·회전·제동 등 복잡한 기동을 구현하는 데 한계가 있었다.

고제성 교수 연구팀이 만든 로봇 라고벨리아 / 사진 과기정통부

고제성 교수 연구팀은 생물학을 연구하는 미국 캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스(UC 버클리), 조지아 공과대학교 연구팀 등과 함께 연구를 시작했다. 그 결과 수면 위에서 라고벨리아와 동일한 방식으로 동작하는 초소형 로봇을 개발하는 데 성공했다.

연구팀은 21개의 끈 형태의 인공 털로 부채꼴 구조를 제작해 곤충 크기의 로봇에 적용했으며, 이러한 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 변형 구조를 갖는다는 것을 밝혀냈다. 탄성-모세관 현상이란 얇고 유연한 구조가 물의 표면장력과 탄성으로 인해 빠르게 변형되는 현상을 말한다.

이번 연구 성과는 고제성 교수가 박사 과정 시절부터 15년간 꾸준히 이어온 소금쟁이의 수면 거동 연구의 축적된 노하우가 결실을 맺었다는 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 것이다"라고 연구의 의의를 밝혔다.