▲ 해파리의 운동을 모사한 수중 로봇(사진=사우샘프턴대)

영국 사우샘프턴대와 에딘버러대 연구진이 오징어, 해파리에서 아이디어를 얻어 수중에서 높은 추진력으로 발휘할 수 있는 유연한 수중 로봇을 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 연구 성과를 ‘사이언스 로보틱스’ 최신호에 발표했다.

오징어와 해파리는 딱딱한 골격을 갖고 있지 않지만 물속에서 놀라운 추진력을 발휘한다. 특히 해파리는 최소의 힘으로 놀라운 추진력을 발휘, 자연계에 생존하는 그 어떤 생물보다도 낮은 ‘이동비용(cost of transport)’을 자랑한다. 이동비용은 생물학자들이 생물종의 이동 효율성을 비교하기위해 고안한 개념으로 해파리는 자연계에 생존하는 달리는 동물, 날아다니는 동물, 뼈대를 갖춘 물고기를 압도하는 이동비용 수치를 보이고 있다.

연구논문 공동 저자인 에딘버러대학의 프란세스코 조르지오세르치 박사는 “오징어, 해파리, 문어 등은 지탱해주는 골격 구조를 갖고 있지 않는데도 불구하고 이같은 구조가 탁월한 유영 능력을 전혀 방해하지 않는다”고 말했다.

사우샘프턴대와 에딘버러대 공동 연구팀은 수중에서 강력한 추진력을 얻기위해 ‘공명’ 현상을 활용했다. 공명은 이상적인 주파수에 힘을 가해질 때 큰 진동이 일어나는 현상을 의미한다. 예를 들어 아이들이 앉아있는 그네를 부모가 밀고 있을 때 적은 힘으로도 그네에 가속을 가할 수 있는 것과 비슷한 원리라는 설명이다.

▲ 수중 로봇의 내부 구조

이번에 개발한 로봇은 3D 프린터로 만들어진 유연한 갈비뼈대를 고무 멤브레인으로 감싼 구조를 하고 있다. 로봇은 ‘추진력을 갖춘 벨(propulsive bell)’이라고 불리는 부분을 갖추고 있다. 로봇 상단부에 있는 소형 피스톤이 이 벨을 반복적으로 건드리면서 추진력을 얻는 방식이다. 마치 해파리의 유영 동작을 모방한 것처럼 로봇은 물속에서 물을 힘차게 밀어낸다. 피스톤이 정확한 주파수에서 동작하면 공명 현상을 일으키면서 빠른 속도로 움직일 수 있는 동력을 얻을 수 있다. 이 로봇은 1초에 자신의 몸 길이만큼 움직일 수 있다.

연구팀에 따르면 이 로봇은 프로펠러에 의해 움직이는 소형 수중 로봇과 비교할 때 10~50배 더 효율적이다. 게다가 로봇은 부드러운 소재로 외부를 둘러싸고 있기 때문에 산호초 군락처럼 민감한 환경에서도 활동할 수 있다.

연구팀은 제트 추진력을 발휘하는 기존의 수중 로봇은 내부에 있는 '딱딱한 튜브'를 통해 물이 흘러나가지만 이번에 개발된 로봇은 자연계의 동물을 모방해 탄력성을 갖추고 있으며 공명 현상을 활용하기 때문에 부드러우면서도 효율성이 훨씬 높다고 설명했다.