▲ 예일대가 개발한 환경에 따라 형태를 바꾸는 로봇(사진=예일대)

모로코 사막에 사는 거미는 위험한 환경에 처하면 몸을 공처럼 만들어 빠른 걸음으로 안전 지역으로 이동한다. 이처럼 자연계에는 환경 변화에 따라 몸의 형태를 바꿀 수 있는 동물들이 존재한다. 예일대 연구진은 모로코 사막에 사는 거미처럼 환경 변화에 맞춰 스스로 형태를 바꾸면서 환경에 적응하는 로봇을 개발했다.

예일대 뉴스에 따르면 예일대 기계엔지니어링 및 재료과학 전공 '존 J. 리' 교수팀은 변하는 환경에 맞춰 스스로 몸과 보행 형태를 바꿀 수 있는 로봇을 개발하고, 연구 성과를 과학 저널인 ‘네이처 머신 인텔리전스’에 발표했다.

이전에도 로봇과학자들은 제한된 형태지만 몸의 모양을 바꿀 수 있는 로봇에 대해 연구해왔다. 예일대 연구진은 굴러가는 롤링봇으로 변화하는 4족 보행 로봇 개발 등 보다 도전적인 과제에 집중해왔다.

연구진에 따르면 형태를 바꿀 수 있는 로봇은 그렇지 않은 로봇에 비해 분명한 강점을 갖고 있다. 내부의 주머니(bladder)를 부풀려 로봇의 형태를 바꾸면 평지나 약간 경사진 곳을 가는 데 유리하다. 하지만 이 로봇을 급경사에 투입하면 로봇이 경사지를 올라가지 못하고 뒤로 물러나는 경우가 생긴다.

▲ 로봇이 형태를 바꿔 경사진 곳을 오르는 방법을 설명한 개념도

연구팀은 실제 물리적인 로봇을 만들기 전에 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 각각의 환경에 맞는 최적의 로봇 디자인과 행동들을 찾아냈다. 하지만 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 도출된 최적의 로봇 디자인을 실제 로봇에 적용하면 예상치 못한 문제가 생긴다. 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션과 실제 환경에서 도출한 로봇들을 활용해 실제 환경에서도 문제없이 작동할 수 있는 로봇을 개발했다.

연구팀의 다이란 샤 박사과정 연구원은 “최종 로봇 디자인은 시뮬레이션과 실제 환경에서 성취한 것을 결합한 것"이라며 ”우리는 소프트웨어의 도움을 받아 10여개의 독립적인 부품을 갖고 있는 형태 변경 로봇을 만들 수 있었다“고 소개했다.

연구진은 시뮬레이션의 성과를 실제 로봇에 적용하는 과정에서 디자인을 단순화하고 형태를 바꿀 수 있는 다양한 방법들을 탐색했다. 연구 결과 형태에 조금만 변화를 주어도 2개의 환경에서 원하는 이동 동작을 구현한다는 것을 파악했다. 예일대 연구진이 개발한 로봇은 급경사 지형에서 몸을 부풀리는 방식으로 등정할 수 있다.

연구팀은 앞으로 보다 스마트한 재료를 사용해 형태 변화 로봇의 유연성과 능숙함을 증진하려는 연구 활동을 계속 이어간다는 계획이다. 연구팀은 ”우리는 물에서는 수영을 하고, 물속에서 나와 해변을 올라가고, 이어 언덕을 등정할 수 있는 수륙양용 로봇을 연구하고 있다“고 말했다.