자연계에 있는 모든 유기체들은 세포로 이뤄져 있다. 세포가 서로 결합돼 하나의 유기체를 형성한다. 유기체의 기본 구성 요소는 바로 세포다. 만일 세포 같은 개념의 로봇을 만들어낸다면 세포 로봇으로 이뤄진 대형의 로봇을 만들 수 있다.

‘MIT뉴스’에 따르면 MIT 컴퓨터과학·인공지능연구소(CSAIL) 로봇 과학자들은 코넬대, 하버드대 등과 공동으로 생명체의 세포로부터 영감을 얻어 자유롭게 수축, 확장이 가능한 입자 로봇(particle robot)을 개발했다. 입자 로봇이 일종의 세포인 셈이다. 각각의 입자 로봇은 자석을 내장하고 있으며 오로지 축소, 확장 기능만을 수행한다. 입자 로봇은 여러개가 결합해 클러스터(cluster, 입자 로봇 시스템)를 형성하며 각각의 입자 로봇들은 그 안에서 수축 및 확장할 수 있다. 가상 환경에서 최대 10만개까지 입자 로봇을 연결할 수 있다. 입자 로봇들의 군집체인 클러스터는 다른 장소로 이동하거나 물건을 싣고 이동하는 등 임무 수행이 가능하다.

연구진은 이번 연구 성과를 전문 저널인 ‘네이처‘에 기고했다.

개별 입자 로봇은 원반(disc) 형태를 하고 있다. 원반 안에는 배터리, 소형 모터, 빛 감지 센서, 마이크로 콘트롤러, 통신 부품 등이 내장되어 있다. 개별 입자 로봇은 수축하면 크기가 6인치로 줄어들고 확장하면 9인치로 늘어난다. 입자 로봇 시스템은 각각의 입자 로봇들이 자석에 의해 느슨하게 연결되어 있는 구조다.

각각의 입자 로봇들은 통일된 명령을 수행하기 위해 서로간에 직접 통신하는 것이 아니라 전구와 같은 빛의 강도를 인식하는 센서에 의해 정보를 공유하는 방식으로 협력 작업을 수행한다. 이번 연구에서 각각의 입자 로봇들은 빛의 강도를 인식하는 레벨에 따라 수축 및 확장한 시스템을 구성한다. 빛의 강도를 인식하는 수준에 따라 레벨 10에서 레벨 1까지 구별된다. 가령 전구에서 흘러나오는 빛의 강도를 인식하는 레벨이 가장 높은 수준부터 순차적으로 확장하는게 가능하다.

연구팀이 공개한 동영상에 따르면 입자 로봇들은 전구에서 발광하는 빛을 인식해 빛이 있는 쪽으로 함께 이동하며 중간에 좁은 공간을 만나면 수축해 함께 빠져나간다. 각각의 입자 로봇들은 다른 로봇에 직접 영향을 미치지 않기 때문에 입자 로봇을 추가하거나 빼더라도 전체 움직임에 변화는 없다. 특정 입자 로봇이 고장나더라도 통일된 동작이 가능하다.

연구 논문의 제 1저자인 슈광 리(Shuguang Li) 박사후 연구원은 “입자 로봇의 군집체인 클러스터가 협력적인 행동을 하기 위해선 입자 로봇들간에 시간을 동기화하고 공유하는 것이 핵심적인 요소”라며 “만일 동기화하는 데 혼란이 생기면 입자 로봇 시스템의 효율성이 떨어진다”고 말했다.

연구팀은 시뮬레이션 환경에서 최대 1만개 입자 로봇을 이동시키는 데 성공했다. 이 시험 과정에서 20%에 달하는 입자 로봇이 정상적으로 작동하지 않았지만 목적을 실현하는 데는 문제가 없었다는 설명이다. 연구팀은 앞으로 입자 로봇의 크기를 더욱 작게 만들고 수백만개의 입자 로봇으로 구성된 시스템을 구현할 계획이다.