▲브라운대 연구팀이 갑각류 새우에서 영감을 받아 해양 탐험용 로봇새우(RoboKrill)를 개발했다. (사진=아카이브.org)

과학자들은 지구의 바다와 그 과정, 그리고 그 안에 살고 있는 살아있는 유기체를 더 잘 이해하기 위해 이들을 탐험하고 물속에서 자료를 수집할 수 있어야 한다. 최근 몇 년 동안 로봇 공학자들은 수중 환경의 탐사와 감시를 도울 수 있는 점점 더 발전된 시스템을 개발하려고 노력해 왔다.

테크익스플로어는 지난 6일(현지시각) 미국 브라운대학과 멕시코 국립자치대학(Universidad Nacional Autonoma de Mexico) 연구원들이 갑각류인 크릴(krill) 새우에서 영감을 받은 새로운 로봇인 로보크릴(RoboKrill)을 만들었다고 전했다.

논문에 소개된 이 로봇은 크릴의 수영 운동학을 인공적으로 복제해 수중 환경에서 원활하게 움직인다.

이 연구를 수행한 연구팀 중 한 명인 모니카 M. 윌헬머스 브라운대 조교수는 이 프로젝트 전에 자신이 바다에서 플랑크톤 응집체의 역할을 이해하기 위한 다양한 연구를 수행하고 있었다고 말했다.

그녀는 “이를 위해 빛 신호를 이용해 이 유기체의 행동을 조절하는 실험을 했다. 그 후 나는 생물체의 행동을 외부적으로 통제하는 대신 수영하는 생물과 같은 역동적 특징을 가진 로봇 시스템을 사용하는 것이 좋다고 생각했다”고 개발 동기에 대해 밝혔다.

윌헬머스는 처음에는 크릴의 수영 운동학을 복제한 로봇 시스템 개발 가능성을 잠시 탐구할 계획이었다. 하지만 그녀는 곧 그녀의 프로젝트가 기존의 논문 보고서의 격차를 해결했기 때문에 많은 잠재력을 가지고 있다는 것을 깨달았다.

그녀는 “현재 매우 느리게, 또는 매우 빠르게 수영하도록 설계된 수영선수(크릴새우)들이 있지만, 그 사이에는 아무것도 없다”며, “따라서 나는 그러한 ‘중간’ 속도 로봇 시스템을 개발하는 것이 특히 큰 시스템으로는 다루기 어려운 작업을 완수하는 문을 열어줄 엄청난 기회들이라는 것을 깨달았다. 우리가 만든 제품은 이러한 목적을 달성하기 위한 기준이다”라고 말했다.

▲새우의 외지(外肢·expodite)와 내지(內肢·endopodite)(a)를 본떠 만든 작은 새우 로봇 다리(b,c)는 과학자들이 수중 생물을 연구하고 도달하기 힘든 바다의 일부까지 가서 탐험하는 데 도움을 줄 수 있다. (사진=아카이브.org)

새우 로봇 디자인을 개발할 때 윌헬머스와 그녀의 동료들은 실험실에서 독립적으로 다른 매개 변수들을 시험했다. 이후 그들은 원하는 속도와 운동학을 달성하기 위해 이러한 매개 변수를 최적화했다.

장래에 로보크릴은 생물학자들과 환경 과학자들에 의해 해양 환경을 원격으로 탐사하고 귀중한 수중 데이터를 수집하는 데 사용될 수 있다. 연구팀은 실제 환경에서 로봇의 성능을 평가하는 한편 이 로봇을 계속 개선해 나갈 계획이다.

윌헬머스는 “우리는 이제 반(半)운동학 형태학적 특징과 추력 생성에서의 동적 상호작용 영향을 연구하고, 우리가 할 수 있는 단순시스템 개발을 위한 중요한 변수를 최적화하며, 그런 다음에는 이를 소형화하거나 축소할 것”이라고 밝혔다.

그녀는 “우리의 궁극적 목표는 예를 들어 서로 다른 컴팩트한 환경을 감지하거나 개입하는 데 사용할 수 있는 작은 시스템을 설계하는 것이다”라고 말했다.

궁극적으로 윌헬머스와 그녀의 동료들은 특정 연구 데이터를 수집하기 위해 실제 해양 환경에 배치될 수 있는 인공 수영선수 무리를 개발하기를 희망하고 있다. 팀은 이 로봇새우들을 실제 환경에 배치한 후 다양한 매개변수를 더 테스트하고 디자인을 개선해 크기를 cm 이내로 줄이면서 수영 능력을 더욱 향상시키게 될 것이다.