美 콜로라도대-英 사우샘프턴대, 가오리 모방 수중 로봇 개발

▲가오리 모방 수중 로봇의 설계 방식

미국 콜로라도대(불더 캠퍼스)와 영국 사우샘프턴대 공동 연구팀이 가오리를 모방한 수중 로봇을 개발, 심해 탐사의 새로운 가능성을 열었다.

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국제 학술지 ‘npj 로보틱스’에 발표된 최신 연구에 따르면, 미국 콜로라도대(불더 캠퍼스)와 영국 사우샘프턴대 공동 연구팀은 기존 프로펠러 방식의 수중 로봇의 한계를 극복하기위해 가오리의 움직임을 모방한 수중 로봇을 개발, 심해 탐사의 새로운 가능성을 제시했다. (논문 제목:Ray-inspired robots: recent advances in actuation and control)

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현재 위성과 부표, 영상 기술로는 해수면과 상층부만 매핑할 수 있어, 심해 탐사와 데이터 수집을 위해서는 수중 로봇의 개발이 필수적이다. 이번에 개발한 가오리 모방 수중 로봇은 평평하고 효율적인 몸체 구조를 갖추고 있어 물속을 미끄러지듯 이동하며, 강한 해류에서도 안정성을 유지할 수 있다.

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연구팀은 47개의 가오리 모방 수중 로봇을 분석한 결과, 이들 로봇이 거센 해류 속에서도 안정적인 항해가 가능하다는 점을 확인했다. 아직 탐사되지 않은 해저 74%를 조사하기 위해선 수중 로봇 기술 개발이 시급한 상황에서, 이번 연구는 중요한 기술적 진전으로 평가받고 있다.

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연구팀은 가오리 로봇의 지느러미를 움직이는 방식을 4가지로 분류했다. 가장 일반적인 것은 전기 모터(서보) 방식으로, 대형 로봇에 적합하지만 소형 로봇 설계시에는 무게 문제가 있는 것으로 나타났다. 공기나 물을 주입해 날개를 구부리는 방식, 전기 신호로 형태가 변하는 스마트 소재 방식도 사용되고 있다. 살아있는 심장 세포의 수축을 이용한 미세 로봇도 개발된 것으로 확인됐다.

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연구 결과, 수중 로봇의 크기에 따라 최적의 구동 방식이 달라지는 것으로 밝혀졌다. 동전 크기의 소형 로봇은 전기 펄스로 구부러지는 유연한 소재가 적합한데 반해, 큰 접시 크기의 대형 로봇은 전통적인 모터가 효과적이었다. 문제는 중간 크기 로봇으로 나타났다. 중간 크기 로봇에선 전기 펄스 소재가 물을 밀어내는데 충분한 힘을 발휘하지 못하고, 전통적인 모터는 무게가 과도해 성능 저하를 일으키는 것으로 나타났다. 연구팀은 이 문제의 해결책을 찾기 위한 연구를 지속하고 있다고 밝혔다.

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연구팀은 가오리 로봇에 수중 환경 감지 능력과 자율 항법을 위한 인공지능을 탑재하는 것이 다음 단계의 핵심 과제라고 밝혔다.

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백승일 기자 robot3@irobotnews.com

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