미 뉴욕 빙햄턴대 최석현 교수팀, 박테리아 동력 '수중 로봇' 개발

 

 

 

▲ 수중 로봇의 개념 디자인

 

뉴욕주립 빙햄턴대(State University of New York at Binghamton) 최석현 교수팀이 환경 데이터를 수집하면서 수면 위를 미끄러지듯 움직이는 자가 동력 수중 로봇을 개발했다고 29일 밝혔다. 연구팀은 이 기술이 수중 로봇 분야에 혁신을 가져올 수 있을 것으로 기대하고 있다.

 

이번 연구 성과는 전문 학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼스 테크놀로지스(Advanced Materials Technologies)’에 발표됐다.(논문 제목:Revolutionizing Aquatic Robotics: Advanced Biomimetic Strategies for Self-Powered Mobility Across Water Surfaces)

 

미래학자들은 2035년까지 1조개 이상의 자율 노드들이 ‘사물인터넷’의 일부로서 모든 인간 활동에 통합될 것으로 예측하고 있다. 이 기술에 힘입어 크든 작든 거의 모든 사물들이 인간의 개입 없이 중앙 데이터베이스에 정보를 제공할 전망이다.

 

하지만 이 같은 아이디어를 실현하는 데 어려운 점은, 지구 표면의 71%가 물로 덮여 있고, 수중 환경이 중요한 환경 및 물류 문제를 제기한다는 데 있다. 미국 국방고등연구계획국(DARPA)은 이같은 문제를 다루기위해 ‘사물의 바다(the Ocean of Things)’라는 프로그램을 시작했다.

 

최석현 빙햄턴대 교수는 지난 10년간 100년의 저장 수명을 가진 박테리아로 작동되는 바이오 배터리(bacteria-powered biobatteries)를 개발하기 위해 노력해 왔다. 이 기술을 바탕으로 최석현 교수팀은 자체 동력으로 움직이는 버그(bug) 형태의 수중 로봇을 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 이 새로운 수중 로봇이 태양 에너지, 운동 에너지 또는 열 에너지 시스템보다 불리한 조건에서 더 신뢰성을 갖고 있다고 주장했다.

 

 

 

▲ 수중 로봇의 구조와 원리

 

이 로봇은 한쪽은 친수성이고, 다른 쪽은 소수성인 '야누스 인터페이스(Janus Interface)'를 특징으로 한다. 물에서 영양소를 받아들이고, 장치 내부에서 박테리아 포자 생성에 필요한 연료를 공급한다.

 

최 교수는 "박테리아에 유리한 환경이 만들어지면 식물성 세포가 동력을 생산한다. 하지만, 날씨가 아주 춥거나 영양소를 구할 수 없는 등 환경 조건이 나빠지면 포자로 돌아간다. 그렇게 하면 운영 수명을 연장할 수 있다“고 말했다.

 

연구팀은 로봇의 기계적 움직임과, 다양한 데이터(수온, 오염도, 상업용 선박과 항공기의 움직임, 수생동물의 행동 등)를 추적할 수 있는 센서를 작동하는 데 충분한 100밀리와트 가량의 발전량을 생산했다고 밝혔다.

 

이 수중 로봇의 다음 연구 과제는 실제 여러 해양 조건에서 에너지를 생산하는 데 적합한 박테리아를 찾아 테스트하는 것이다.

 

최 교수는 "우리는 이번 연구에서 매우 일반적인 박테리아 세포를 사용했지만, 특정한 바다에 실제로 어떤 박테리아가 살고 있는지 알기 위해 더 연구할 필요가 있다. 이전 연구에서 우리는 여러 박테리아 세포의 조합이 지속 가능성과 힘을 향상시킬 수 있다는 것을 증명했다. 기계학습을 활용하면, 힘 밀도와 지속 가능성을 향상시킬 수 있는 박테리아의 최적 조합을 찾을 수 있을 것이다"라고 말했다.

 

장길수 ksjang@irobotnews.com

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