소금쟁이 모방한 청색기술로 물 위 이동하는 세계 신기록 로봇 곤충 개발

소금쟁이는 표면 장력의 지지를 받으며 물 위를 유영하는 모습이 매우 흥미롭다.

극지방을 제외하고 한국, 일본, 시베리아, 중국 대륙 등의 동아시아를 포함한 전 세계에서 서식하는 소금쟁이를 모방한 청색기술을 바탕으로 과학자들이 최근 이 곤충의 작은 로봇 버전을 만들었는데, 이 로봇은 세계 신기록의 가장 빠른 액추에이터(actuator)를 사용하여 움직인다.

소금쟁이 로봇은 미국 워싱턴주립대의 네스토르 O. 페레즈-아란시비아(Néstor O. Pérez-Arancibia) 부교수와 공학박사 과정 학생인 코너 트리그스타드(Conor Trygstad)가 이끄는 연구진이 만들었다. 연구진은 소금쟁이에서 영감을 받은 더 작고 단순한 로봇인 '미니버그(MiniBug)'도 만들었다.

이 두 로봇 중 더 흥미로운 것은 소금쟁이 로봇의 길이가 22mm(미니버그는 8.5mm)에다 무게가 56밀리그램(㎎)에 불과하다는 점이다. 대부분을 탄소 섬유로 만든 본체는 4개의 디스크형 다리를 사용하여 표면 장력을 유지하여 가라앉지 않도록 했다.

하지만 이 로봇의 가장 흥미로운 부분은 두 개의 팔과 지느러미를 움직이는 '형상 기억(shape memory)' 액추에이터에 있다. 길이가 7mm인 이 액추에이터는 지금까지 만들어진 로봇 중 가장 작은 장치라고 알려졌다.

액추에이터에는 니켈-티타늄 합금으로 만들어진 두 개의 미세한 와이어가 포함되어 있는데, 이 와이어는 가열되면 수축하지만 냉각되면 다시 긴 기본 상태로 이완된다. 따라서 전류에 노출되면 와이어가 가열되어 수축한다. 전류가 중단되면 전선은 냉각되어 '형상기억된' 더 긴 상태로 되돌아간다.

따라서 맥동하는 전류를 가하면 전선이 두 상태 사이를 빠르게 오가면서 연결된 팔을 펄럭이게 할 수 있다. 이러한 방식으로 소금쟁이 로봇은 초당 최대 40회까지 팔을 펄럭이며 1초에 약 6mm의 속도로 수면 위를 '노 젓기'할 수가 있다.

이 액추에이터를 다른 구성으로 활용하면 자체 무게의 155배를 추가로 들어 올릴 수 있다고 한다.

연구진은 현재 로봇에 전원공급 장치를 통합하는 작업을 진행 중이며, 수면 위와 수면 아래에서 모두 움직일 수 있는 곤충에서 영감을 얻은 다른 로봇들도 개발할 계획이다.

이 로봇은 언젠가 인공 수분, 수색 및 구조, 환경 모니터링과 같은 응용 분야에 활용될 수 있으며, 액추에이터 자체는 미세 가공 및 로봇 보조 수술과 같은 작업에서 추가로 사용될 수 있을 것으로 보인다.

이 연구에 대한 논문은 18일 'IEEE 로봇 및 자동화 학회의 지능형 로봇 및 시스템에 관한 국제 컨퍼런스 프로시딩(Proceedings of the IEEE Robotics and Automation Society’s International Conference on Intelligent Robots and Systems)'에 게재됐다.