日 오사카대, 전기 자극 없이 자율 이동하는 ‘사이보그 곤충’ 개발

 

▲ 오사카대 연구팀이 전기 자극 없이 이동할수 있는 사이버그 곤충 기술을 개발했다(사진=오사카대)

 

일본 오사카대 연구팀이 전기적인 자극 또는 충격 없이도 자율적으로 이동할 수 있는 새로운 유형의 사이버그 곤충을 개발했다고 밝혔다.

 

연구팀에 따르면, 기존의 사이보그 곤충은 전기 자극에 의존하는데, 이는 종종 침습적 수술을 수반하고, 중요한 감각 기관의 손상을 초래할 수 있다. 게다가 시간이 지나면서 곤충의 신체가 전기적 신호에 적응함에 따라 그 효과도 떨어지게 되는데, 이러한 현상을 ‘습관화(habituation)’라고 부른다.

 

오사카대 연구팀은 생물학과 로봇공학을 결합한 획기적 연구를 통해 전선이나 침습적 수술, 스트레스를 유발하는 전기 충격 없이도 자율적으로 이동할 수 있는 사이보그 곤충을 개발했다. 이 시스템은 작은 자외선(UV) 헬멧을 사용해 바퀴벌레가 밝은 빛, 특히 자외선을 피하려는 자연스러운 행동인 '음광성(negative phototaxis)'을 활용해 바퀴벌레를 조종할 수 있다. 이 기술은 곤충의 감각 기관을 보존할 뿐만 아니라 시간이 지나도 사이버그 곤충을 일관되게 제어할 수 있다는 게 연구팀의 설명이다.

 

연구팀은 바퀴벌레의 한쪽 눈에 빛을 비추면 신경이나 근육에 직접 닿지 않고도 바퀴벌레를 왼쪽이나 오른쪽으로 조종할 수 있다고 밝혔다. 이를 위해 바퀴벌레에게 자외선 헬멧과 바퀴벌레의 움직임을 감지하는 무선 센서 백팩을 장착했다. 바퀴벌레의 움직임이 중단되면 자외선이 작동해 움직임을 유도한다. 이러한 스마트한 제어를 통해 불필요한 자극을 줄이고 에너지를 절약할 수 있다.

 

실험 결과, 사이보그 바퀴벌레는 150회 이상의 실험에서 '습관화' 현상 없이 일관된 반응을 보였다. 미로 처럼 만들어놓은 환경에서 94%의 사이버 바퀴벌레가 미로 탈출에 성공한데 반해 일반 바퀴벌레는 24%만이 탈출에 성공했다.

 

▲ BCI의 개념도

 

연구팀에 따르면, 이번 연구는 전기 자극 없이 곤충 사이보그의 자연적인 감각 시스템만을 사용하여 성공적인 행동 제어를 입증한 최초의 연구다. 새로운 '바이오 지능형 사이보그 곤충(BCIㆍBio-Intelligent Cyborg Insect)' 모델은 동물의 신체적 부담을 크게 줄이고 복잡한 환경에서 움직임 제어의 신뢰성을 높인다는 게 연구팀 설명이다.

▲ 자외선 헬멧을 착용한 사이버그 곤충이 미로를 빠져나가고 있다.

 

연구를 주도한 '모리시마 케이스케' 오사카대 교수는 곤충의 자연적 생물학을 거스르는 것이 아니라 활용하는 것이 중요하다고 강조했다. “우리는 곤충의 두뇌를 무시하는 대신 곤충의 감각을 통해 곤충이 가야할 이동 경로를 안내한다. 이를 통해 시스템을 더 안전하고 안정적이며 지속 가능하게 만들 수 있다"고 말했다.

 

이번 연구는 곤충의 자연 감각을 활용한 비침습적 제어 방식이 기존의 전기 자극 방식보다 효과적이고 지속적인 제어가 가능하다는 것을 입증했다. 이러한 사이보그 곤충은 재난 구조, 환경 모니터링, 협소한 공간의 탐색 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

 

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