땅거북과 바다거북 특성 합친 4족로봇 개발

다중환경에서 작동하는 변형로봇 탄생 의미 

땅거북과 바다거북의 특성을 합쳐 육지는 물론 물에서도 이동할 수 있는 거북로봇이 개발됐다.

미국 예일대 연구진은 땅거북과 바다거북에서 영감을 받은 수륙양용로봇을 개발해 국제학술지 ‘네이처’에 발표했다. 

‘아트’(ART=Amphibious Robotic Turtle)라는 이름이 붙여진 이 로봇은 땅에서는 네 다리를 꼿꼿이 세워 걸어다니고, 물에서는 다리를 납작하게 오리발처럼 펴서 수영을 한다. 두 종의 거북이 이동하는 동작을 한 몸에서 구현한 셈이다. 

땅거북과 바다거북은 4개의 다리와 단단한 등 껍데기를 가진 점은 같지만 다리 모양이 다르다. 바다거북의 다리는 수영을 할 수 있도록 납작한 지느러미 형태이고, 땅거북 다리는 걸을 때의 하중을 견디기 위해 뭉툭한 모양을 하고 있다. 

연구를 이끈 로버트 베인스 교수는 “도마뱀붙이의 발을 모방해 벽에 달라붙을 수 있는 로봇이나 문어의 촉수를 모방해 수중 물체를 잡을 수 있는 빨판로봇처럼 자연에서 영감을 얻어 개발한 생체모방 로봇들은 여럿 있으나 두 종의 동물 특성을 동시에 반영한 로봇은 처음”이라고 의미를 부여했다. 

이동 속도는 느리지만 에너지 효율 좋아 

땅거북과 바다거북의 이동 방식을 모두 활용할 수 있도록, 변형이 가능한 로봇 다리가 이 로봇의 핵심이다. 

거북로봇은 몸통과 등껍질, 어깨 관절, 변형 다리 네 부분으로 구성돼 있다. 몸통에는 전자장치가 탑재돼 있고, 등껍질은 이 장치를 보호하고 부력을 조절하는 역할을 한다. 어깨관절에는 3개의 모터가 걷는 동작을 제어한다. 어깨와 연결된 다리에는 공압 액추에이터(구동기)와 히터가 내장된 열경화성 수지가 들어 있다. 이 두 요소를 이용해 육지에선 원통형으로, 물속에서는 지느러미 형태로 다리 모양을 바꾼다. 다리 단면적은 최대 4배, 경직도는 450배까지 변화를 줄 수 있다. 

그러나 이 수륙양용 로봇은 거북이와 같은 이동방식을 택해 속도가 빠르지는 않다. 대신 에너지 효율이 뛰어나다. 매사추세츠공대(MIT)에서 개발한 2족보행로봇보다 이동 에너지 효율이 3배 더 좋다고 연구진은 밝혔다. 

바다 환경감시·수중활동 지원 등에 유용 기대

연구진은 거북로봇이 양식장을 비롯한 바다의 환경 감시나 수중다이버 지원 등에 유용하게 쓰일 수 있을 것으로 기대했다. 예컨대 수중에서 작업을 하는 다이버에게 필요한 부품이나 도구를 가져다 줄 수 있다. 

‘네이처’는 다중환경에서 작동할 수 있다는 데 주목해 이 로봇을 10월12일 발행한 7931호의 표지 사진으로 소개했다. 네이처의 편집진은 “이 로봇 개발에 사용한 ‘적응형 형태생성’(adaptive morphogenesis)이라는 기술은 ‘맞춤형 진화’의 한 형태로 생각할 수 있다”고 말했다. 적응형 형태생성이란 모양을 고정시키지 않고 환경에 맞춰 바꾸는 걸 뜻한다. 이 기술 덕분에 이 로봇은 하나의 다리로 물과 육지에서 이동하는 것이 가능했다. 

연구진은 “이것이 이전에 선보였던 다른 수륙양용 로봇과 다른 점”이라며 “덕분에 이동 에너지 효율도 크게 높일 수 있었다”고 밝혔다.