中 하얼빈공대, 메뚜기 뒷다리 활용해 ‘바이오 하이브리드 점핑 로봇’ 개발

▲메뚜기 뒷다리의 전기 자극 실험.

중국 하얼빈공과대 연구팀이 메뚜기의 뒷다리를 활용해 바이오 하이브리드 점핑 로봇을 개발했다고 7일 밝혔다.

​

연구팀에 따르면, 마이크로 점핑 로봇은 재난 구조나 밀폐 공간 탐사에 유용하지만, 한계가 분명하다. 스프링 방식은 소형화 시 에너지 축적이 어렵고, 압전 소재는 점프력이 부족하다.

​

하얼빈공대 연구팀은 강력한 뒷다리 근육으로 높은 점핑 효율을 보이는 메뚜기를 활용해 바이오 하이브리드 점핑 로봇을 개발, 초소형 로봇 분야에 새로운 돌파구를 마련했다. 이번 연구 성과는 전문 학술지인 ‘사이언스 파트너 저널’에 발표됐다.(논문 제목:Locust-Derived Biohybrid Muscle Actuators for Low-Power Explosive Jumping)

​

이번에 개발한 바이오 하이브리드 점핑 로봇은 자신의 몸길이보다 18배 높게 점핑(전체 높이의 7배)할 수 있는 것으로 나타났다. 전력 소비가 0.03mW에 불과해 기존 마이크로 점핑 로봇의 일반적인 소비 전력인 1000~4000mW의 약 3만분의 1 수준에 그친다. 연구팀은 메뚜기가 비상 상황에서 스스로 떼어내는 뒷다리가 몇 시간 동안 활동성을 유지하며 전기 자극에 민감하게 반응한다는 점에 착안했다. 메뚜기 뒷다리의 근육 구조를 그대로 활용함으로써 폭발적인 도약력을 구현하면서도 극도로 낮은 전력 소비를 실현했다.

 

 

 

▲바이오 하이브리드 메뚜기의 점핑 동작 테스트.

이 로봇의 에너지 효율이 높은 이유는 독특한 에너지 공급 방식에 있다. 외부 전기 신호는 단순히 트리거 역할만 하고, 실제 점핑에 필요한 운동 에너지는 근육 조직 내에 저장된 생화학 에너지에서 나온다. 이를 통해 순수 인공 시스템을 훨씬 능가하는 에너지 변환 효율을 달성했다.

​

조작 능력 면에서도 우수한 성능을 보였다. 좌우 뒷다리에 가하는 전기 자극의 시간 차이를 조절해 4도에서 63도까지 다양한 각도로 회전 점핑을 할 수 있으며, 조향 응답 지연 시간(steering response latency)은 1.5밀리초로 살아있는 메뚜기보다 빠르다. 스스로 똑바로 자세를 취할 수 있어 연속 점프가 가능하다.

연구팀은 “이번 연구는 생물학적 조직의 고유한 장점과 인공 시스템의 제어 가능성을 결합한 새로운 패러다임을 제시했다”며 “부피, 무게, 에너지 효율, 폭발력 간의 최적 균형을 달성했다”고 설명했다. 이 기술은 밀폐 공간 탐사, 재난 후 수색 구조, 정밀 의료 물질 전달, 정밀 장비 검사 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 것으로 보인다.

​

백승일 기자 robot3@irobotnews.com

저작권자 © 로봇신문 무단전재 및 재배포 금지