中 베이징대, 몸체 강도 조절하는 ‘가변형 로봇 물고기’ 개발

▲물고기들의 4가지 유영 방식.

중국 베이징대 연구팀이 몸체의 강도(Stiffness)를 실시간으로 조절해 다양한 유영 패턴을 구사할 수 있는 ‘가변형 로봇 물고기(Reconfigurable Robotic Fish)’를 개발했다고 밝혔다. 이번 연구는 수중 생물의 ‘강도’와 ‘파동의 전달(wave propagation)’이 유영 성능에 미치는 영향을 규명하는 데 중요한 실마리를 제공했다는 평가를 받는다.

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연구팀에 따르면, 자연계의 물고기들은 종에 따라 유영 방식이 다르다. 참치처럼 꼬리만 빠르게 흔들어 속도를 내는 방식(Thunniform), 뱀장어처럼 몸 전체를 유연하게 휘저어 좁은 공간을 빠져나가는 방식(Anguilliform)이 존재한다. 참치는 빠른 속도를 자랑하지만 뱀장어에 비해 민첩성이 떨어진다. 그동안 로봇 공학계에서는 두 가지 방식의 장점을 단일 플랫폼에서 구현하는 데 어려움을 겪어왔다.

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베이징대 연구팀은 ‘진공 구동 레이어 재밍(Vacuum-driven layer jamming)’이라는 기술을 도입해 이 문제를 해결했다. 이 로봇은 텐세그리티(Tensegrity) 구조의 관절 4개를 활용해 단 1초 만에 몸체의 강도를 최대 46배까지 변화시킬 수 있다.

▲로봇 물고기의 구조와 유영 방법

이번 연구 성과는 국제학술지인 ‘사이언스 어드밴시스’에 발표됐다.(논문 제목:Adaptive multimodal swimming gaits in a reconfigurable modular soft robotic fish)

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실험 결과, 가변형 로봇 물고기는 강도를 높여 참치 모드로 전환했을 때 초당 몸길이의 1.24배(1.24 BL/s) 속도로 빠르게 직진했다. 반면, 강도를 낮춰 뱀장어 모드로 전환하면 회전 반경을 몸길이의 0.26배까지 줄이며 매우 정교한 동작을 선보였다. 이는 로봇이 탁 트인 수로에서는 빠르게 이동하다가, 장애물이 많은 복잡한 환경에서는 즉시 유연한 몸체로 변신해 빠져나갈 수 있다는 것을 의미한다.

▲유영 방식별 실험 데이터

연구팀은 “이 로봇 물고기가 단일 플랫폼에서 네 가지 유영 모드를 재현할 수 있다”며 “몸체 강도 조절이 유영 효율에 미치는 물리적 메커니즘을 이해함으로써 향후 진보된 생체 모방 로봇 설계가 가능해질 것”이라고 강조했다. 이 기술은 향후 해양 생태계 관측, 침몰선 내부 조사, 수중 파이프라인 점검 등 다양한 산업 분야에서 폭넓게 활용될 것으로 기대된다.

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백승일 기자 robot3@irobotnews.com

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