▲네바다대가 초파리를 활용해 자율 드론 탄력성을 갖도록 하는 연구를 진행하고 있다.

자율 드론 로봇들이 동물처럼 신속하고 감각적이고 탄력적으로 재난대응 및 감시를 할 수 있게 된다면 훨씬 더 효율적이고 안전할 것이다. 이를 실현하기 위해 초파리의 행동 탄력성(회복성)을 본뜬 기술을 접목하려는 연구가 이뤄지고 있다.

네바다 투데이는 7일(현지시각) 네바다대 리노 캠퍼스(UNR)가 최근 떠오르는 곤충 신경과학 분야의 지식을 자율로봇 시스템 개발에 적용하기 위해 연구 중이라고 보도했다.

이에 따르면 플로리스 밴 브뤼겔 기계공학과 조교수는 미과학재단(NSF)으로부터 자율 로봇이 초파리처럼 탄력적으로 작동하도록 적응시키는 연구비로 200만달러(약 26억원)를 지원받았다.

자율 로봇 시스템의 행동 회복성은 특히 산불 감시용 드론과 같은 재난 대응 및 감시에 사용되는 로봇 시스템에 중요하다.

불행하게도 현대 로봇들은 새로운 환경에 대응하는 데 어려움을 겪거나 재난 대응 중에 발생할 수 있는 몸체 손상을 겪는다. 이에 반해 생체 시스템은 감각 및 근육 조절 시스템 내의 중복성과 유연성 덕분에 새로운 상황에 빠르게 적응하는 데 탁월하다.

밴 브뤼겔 교수는 초파리의 과학적 발견은 이 곤충들이 어떻게 비행에서 탄력성을 얻는지를 밝히는 데 도움을 주었다고 말한다. 그의 프로젝트는 곤충 신경과학에 대한 떠오르는 지식을 더욱 회복력 있는 로봇 시스템 개발로 해석할 수 있도록 해 줄 것이다.

페트로스 불가리스 기계공학부 의장은 “이는 엄청난 잠재적 영향력을 가진 주제에 대한 매우 경쟁이 치열한 지원금이며 이는 또한 우리 대학의 조사관과 기계공학의 우수성을 말해준다”고 말했다. 이 연구는 공과 대학의 무인 자동차 연구를 떠받치는 기둥이기도 하다.

◆공학+파리

공학과 파리의 교차점은 오랫동안 반 브뤼겔의 관심사였다. 그는 “학부 시절 연구에서 나의 주된 프로젝트는 새나 곤충으로부터 막연하게 영감을 받은 공중을 맴돌고 나는 것을 디자인하는 것이었다”고 말했다. 그는 이어 “그 프로젝트를 하는 동안 내겐 더 흥미로웠던 어려운 부분은 일단 날 수 있는 기계적인 것을 갖는다면 어떻게 그것을 조종할 수 있을까, 어떻게 내가 원하는 곳으로 가게 할 수 있을까, 만일 고장이 나면 어떻게 적응할까라는 것임을 깨달았다”고 말했다.

반 브뤼겔 교수는 “동물들이 가진 ‘즉각적으로’ 감각운동 시스템을 용도 변경하거나 프로그램을 재 작성해 내부 손상이나 외부의 동요에 신속히 보상하는 방식에 대해 연구하고 있다”고 밝혔다.

마이클 디킨슨 캘리포니아공대(칼테크) 생명공학 및 항공학 교수(그리고 반 브뷔겔의 박사 지도교수)와 이벳 피셔 캘리포니아주립 버클리대(UC버클리) 신경생물학 조교수를 포함한 곤충 신경과학 전문가들이 브뤼겔 교수가 받은 지원금으로 함께 연구하고 있다.

둘 다 반 브뤼겔이 이 연구 프로젝트에서 사용하고 있는 파리 뇌 영상학 분야의 발견과 기술에 관해 선구자적 수준의 전문가다. 또한 빙 브루톤 워싱턴대학교 생물학 부교수는 컴퓨터 신경 과학 전문가로서 이 프로젝트에 참여하고 있다.

공학과 신경과학의 영역에서 파리의 중요성은 그들의 정교한 행동. 그리고 세세하게 연구할 수 있을 정도로 수치적으로 충분히 간단한 뇌의 결합에서 비롯된다.

반 브뤼겔 교수는 이 ‘골디락스’의 결합은 그들의 신경 처리 특성이 로봇 공학 시스템에 적용할 수 있는 기본적 공학 원리에 스며들 수 있게 한다고 말했다.

연구지원금 사용의 일환으로 중고등 학생과 대학 학부생들에게 신경과학과 로봇공학 연구에 모두 참여할 수 있는 연구 경험이 제공된다.

반 브뤼겔 교수 팀은 또한 오픈 소스 콘텐츠를 개발해 공학도들이 신경과학을 다루는 데 거침없도록 할 계획이다. 이는 공과대학의 학생 참여 운영과 일치한다.