[청색기술의 스승] 곰팡이, 전기차와 AI를 넘어 자동차 혁신의 미래 이끈다

곰팡이는 NASA의 자문역으로 활동했으며, 외계인으로 오해를 받아 경찰의 총격을 받기도 했다. 두뇌가 없는 단세포 생물인 '점균류 곰팡이(slime mold)'가 어떻게 어두운 우주를 떠돌았는지, 최고의 지성들에게 지능이란 무엇인지 다시 생각하게 하고 인간을 뛰어넘는 경이로움으로 우리를 채우는 능력을 가지고 있는지 살펴 보려고 한다.

이 곰팡이는 강력한 팔다리가 없다. 공기역학적 날개도 없다. 너무 느려서 타임랩스(timelapse) 동영상으로만 움직임을 알아챌 수 있다. 그렇다면 전문가들은 왜 모빌리티 혁신을 위해 점균류 곰팡이로 눈을 돌리고 있을까?

자동차 및 로봇 산업의 혁신과 관련하여 우리는 전기 및 수소 연료 자동차에서 무인 자동차, 심지어 하늘을 나는 자동차에 이르기까지 다양한 혁신에 둘러싸여 있다. 또한 주목해야 할 것은 자동차를 설계하고 제작하는 방식이다. 어떻게 하면 더 적은 재료, 더 적은 무게, 더 적은 부품(자동차는 일반적으로 무려 3만 개), 더 적은 리드 타임, 더 적은 비용, 더 적은 에너지로 더 나은 자동차를 만들 수 있을까? 점균류 곰팡이의 알고리즘, 적층 제조, 생성형 디자인의 유망한 조합은 지속가능한 모빌리티 제조에 획기적인 발전을 가져올 수 있다.

이 분야에서 주목할 만한 선구자 중 하나는 자율 모빌리티와 제조를 재창조하는 비전 있는 접근 방식으로 최근 세계경제포럼(WEF)에서 2023년 기술 선구자로 선정된 '픽스 무빙(PIX Moving)'이라는 기업이다. 모퉁이를 잘 보는 것으로 유명한 이 회사는 이제 섀시부터 시작하여 바퀴에 색다른 공동 협력자 점균류 곰팡이를 사용하여 차세대 자동차 구조물을 제작하려고 한다.

점균류 곰팡이 알고리즘을 사용하여 프레임 구조 최적화하기 [이미지=PIX Moving]

점균류 곰팡이가 디자인 테이블에 올려진 이유

전문가들은 점균류 곰팡이에서 두 가지 핵심 사항을 확인할 수 있는 새로운 도구를 발견했다. 첫째는 필수 재료와 불필요한 재료를 식별하는 것이고, 둘째는 구조적 무결성 유지이다. A 지점에서 B 지점으로 이동하는 작은 덩어리(blob)의 고유한 능력 뒤에 있는 단계별 프로세스 또는 알고리즘을 바이오에서 영감을 얻은 생성형 청색기술 디자인에 적용하여 효율적이면서도 견고한 구조를 만들 수 있다. 이를 스테로이드에 대한 적자생존의 진화 과정이라고 생각하면 된다. 간단히 요약하면 다음과 같다. 1) 굶주린 점균류 곰팡이의 먹이 위치처럼 작동하는 적재(load) 지점과 지탱(support) 지점 등 일련의 지점이 정의된다. 2) 유효한 연결이 이루어진다(선이 바로 그것이다). 3) 무게가 추가된다. 4) 가중치가 가장 높은 꼭짓점을 식별하여 중복되고 하중을 지탱하지 않는 선을 제거한다.

생성형 청색기술 디자인은 디자이너와 엔지니어가 소프트웨어 기술을 사용하여 프로젝트의 주요 목표와 디자인 제약 조건을 고려하고 피드백에 따라 조정 및 발전시킬 수 있는 디자인 결과를 생성하는 반복적이고 탐색적인 디자인 프로세스다. 생성형 디자인은 기존 데이터를 기반으로 새로운 솔루션과 아이디어를 제공한다.

바이오에서 영감을 얻은 생성형 청색기술 디자인을 통해 설계 및 생산하는 솔루션은 자연의 정교한 알고리즘과 시스템에 기반을 두고 있다. 38억 년 역사의 R&D 연구소가 인간의 독창성과 윤리적 AI를 융합하여 혁신을 주도하고 있다. 생물모방이라는 윤리 요소를 구현할 때, 생물종의 생존 비결은 해당 생물체에만 국한되지 않고 우리 모두에게 이익이 된다. 특히 모빌리티와 같은 주요 산업에서처럼 혁신이 지구에 미치는 부정적인 영향을 최소화할 수 있는 경우에는 더욱 그렇다. 

점균류 곰팡이의 거칠고 노란 덩어리를 통해 자동차 안쪽에서 바깥쪽으로 청소할 수 있는 새로운 가능성도 생겼다.

이 경우 설계 엔지니어는 핵심 포인트와 무게 지탱 요구 사항을 살펴보고 점균류 곰팡이의 알고리즘을 사용하여 유지해야 할 것과 제거할 수 있는 것을 결정했다. 그 결과 섀시가 차량의 무게를 지탱하는 핵심 요소인 견고성을 유지하면서 무게와 소재를 줄이는 최적화를 달성할 수 있었다. 권장 사항에 따르면 이제 자동차 부품을 60~90% 줄일 수 있게 됐다. 기존 방식으로 섀시를 제작할 경우 수백 개의 부품이 필요하지만 생성형 청색기술 디자인(적층 가공이라고도 함)을 사용하면 단일 부품으로 제작할 수 있다. 이 팀은 와이어 아크 적층 프린팅(WAAM)(적층을 하나씩 추가하는 대형 3D 프린팅이라고 생각하면 된다)을 활용하여 구조를 만들면서 동시에 WAAM 3D 프린팅의 한계를 고려한 조정을 수행했다.

픽스 무빙이 자동차 모델의 다른 부분뿐만 아니라 지역사회와 도시 전체의 이동 방식을 재고하려는 비전이 어떻게 실현되는지, 앞으로의 성공을 지켜볼 수 있기를 기대한다.

제조 그 이상: 전문적인 경로 탐색기(pathfinder) 가능성

경로 탐색을 위한 점균류 곰팡이 알고리즘은 자율 주행 차량과 로봇 개발의 판도를 바꾸어 가장 안전하고, 빠르고, 효율적인 최적의 경로를 찾고, 도로의 혼잡과 사고를 피하기 위해 필요한 경우 스스로 경로를 변경하고 재분배할 수 있게 해준다. 이동 시간이 줄어들면 독성 물질 배출도 줄일 수 있다. 자율 로봇이 사람이 하기에는 너무 위험한 수색 및 구조 임무에도 도움을 줄 수 있고 복잡하고 변화무쌍한 환경을 처리할 수 있는 능력을 갖춘다면 어떨까? 시간이 매우 중요한 상황에서 성공을 위해 최적의 경로(가장 짧고, 가장 직접적이며, 충돌 가능성이 가장 적고, 추락이나 부상에 가장 취약한 경로)를 식별할 수 있는 로봇을 활용하는 것은 매우 중요하다. 점균류 곰팡이의 뛰어난 효율성은 자연재해 발생 시 로봇이 자원을 배분하거나 점점 더 심해지는 자연재해에 대비해 최적의 대피 경로를 파악하는 데 도움이 될 수 있을 것이다.

이 매혹적인 두뇌가 없는 유기체 단일 세포가 어떻게 우리의 미래를 형성하고 우리의 마음을 놀라게 할 수 있는지 그저 대단할 따름이다.