땅과 하늘을 순찰하면서 지구 기후변화를 일으키는 가스들을 모니터링할 수 있는 로봇들이 개발되고 있다.
'로보허브'에 따르면 오슬로에 있는 노르웨이 생명과학대의 라스 바켄(Lars Bakken) 교수는 토양의 아산화질소(N2O) 정도를 파악할 수 있는 필드플럭스 로봇을 개발했다. 3개의 커다란 바퀴로 굴러가는 이 로봇은 토양의 샘플을 체크할 수 있는 두 개의 장치가 거대한 팔에 달려있다. 로봇 팔은 양쪽의 장치를 상하로 움직여 땅에 닿도록 했다가 떼어놓을 수 있다.
일반적으로 기후 변화를 말하면 이산화탄소가 주범으로 언급되지만 지구 온난화에 미치는 영향은 N2O가 이산화탄소의 300배 이상이다. 즉 N2O 분자 하나는 300개의 이산화단소 분자만큼 위험하다. 문제는 토양의 N2O의 배출량을 정량화하는 작업이 쉽지 않다는 것. 날이 바뀌거나 지점이 바뀔 때 등 변화의 요인이 너무 많다는 것이다.
토양의 N2O 정도를 파악하는 NORA 프로젝트
필드플럭스 로봇은 미생물 생태학자인 라스 바켄이 이를 해결하기 위해 NORA 프로젝트를 통해 개발한 결과물이다. 노르웨이 회사 아디고와 함께 진행하는 NORA 프로젝트는 N2O 모니터링 로봇을 개발하고 토양에서 N2O 배출을 줄이는 방법을 연구하는 내용이다.
그는 “N2O의 변화무쌍한 특성 때문에 필드 로봇을 만들어야 했다”며 “현장 실험에서 배출량을 정량화하고 싶다면 많은 지점들에서 계속 반복해서 측정해야 한다”고 말한다. 로봇을 사용하면 27시간 걸리는 수동 테스트를 단 1시간에 작업을 끝낼 수 있어 효과적이다.
이러한 로봇은 농부들이 필요할 때 토양을 처리해 N2O를 통제하는데 큰 역할을 한다. N2O는 호우 등으로 공기가 잘 통하지 않거나 땅이 지나치게 굳어져있을 때 토양의 일부 미생물에 의해 생성된다. 이러한 생물체는 대부분 박테리아인데 호흡을 위해 산소 대신 이산화질소 산화물을 사용한다. 박테리아 중 몇 가지는 매우 특별한 효소인 N2O 환원 효소를 사용하여 N2O를 호흡하기도 한다. 그러나 이 효소가 산성 토양이나 구리가 충분하지 않은 경우 제대로 기능하지 않는다는 것을 NORA 연구팀은 발견했다.
노르웨이 생명과학대 미생물 생태학자인 아사 프로스터가드(Åsa Frostegård) 교수는 “이들 생명체의 생물학적 현상과 N2O의 배출 처리 과정을 통제하는 방법을 확인했다”고 말한다. 이런 지식을 갖고 있으면 농부들이 토양의 산성도나 구리 함량을 조절해 N2O 오염을 줄일 수 있게 된다는 설명이다. 즉 이산화탄소를 증가시키는 전통적인 석회처리 대신에 토양에서 산을 중화하기 위해 철과 마그네슘이 풍부한 광물인 고철질암(mafic rocks)을 사용하는 식이다.
대기의 변화를 측정하는 ITaRS 프로젝트
NORA 프로젝트가 토양을 위한 것이라면 독일 쾰른대가 진행하는 ITaRS 프로젝트는 대기를 모니터링하기 위한 로봇 연구다. 마리 퀴리 리서치 펠로우십 프로그램이 펀딩하는 이 프로젝트는 에어로졸과 구름의 상호작용 방식을 파악해 기후 변화를 예측하는데 목적이 있다.
ITaRS를 진행하고 있는 마리아 바레라 베르데조(Maria Barrera Verdejo) 박사는 원격 항공기 기반 센서와 지상 기반 측정을 활용해 구름이 형성될 가능성이 있거나 강수량이 발생하기 쉬운 시기를 대비할 수 있다고 설명한다.
대기 모델의 불확정성 중 하나는 구름이 대기 중 에어로졸과 어떻게 상호작용하느냐는 것인데 사실 구름이 어떻게 형성되는지 자세한 내용은 파악하기 어렵다. 바레라 박사는 라이더와 마이크로웨이브 복사계로 대기의 데이터를 수집해 지상과 대기 기반 측정의 정확도를 높였다. 이로써 가령 폭풍이 언제, 어떤 상태에서 발생하는지 등의 대기현상을 더 잘 이해할 수 있다. “이 같은 측정은 날씨 예측에서 데이터 동화(data assimilation)라고 불리는 영역에 사용될 수 있으며 대기 상태가 무엇인지를 예측하고 그 다음에 일어날 일을 계산해준다”는 것이 바레라 박사의 설명이다.
ITaRS 프로젝트에서 고안된 방법으로 연구자들은 대기 이벤트의 이해와 연관된 몇가지 과학적 질문에 대한 답을 할 수 있게 됐다. 가령 구름이 만들어지기 이전에 어떤 습도, 압력 조건, 입자 농도가 요구되는지에 대한 정보를 얻을 수 있다. ITaRS가 제공하는 데이터는 대기 행태에 관한 지식을 쌓는 것뿐 아니라 기후 모델에 관한 불확실성을 줄여 이에 대처할 수 있도록 도움을 준다.
