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로봇 코끼리 아저씨는 코가 손? 생물 따라하는 생체모방로봇의 세계

2022년 11월 14일
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1
“코끼리 아저씨는 코가 손이래
과자를 주면은 코로 받지요~.”
누구나 한 번쯤은 불러봤던 동요 한 자락이다.
그런데 최근 미세바늘까지 잡을 수 있는 
코끼리 코 로봇이 나와 동심과 흥미를 동시에 일깨워주고 있다.

2
한국기계연구원 연구진은 지난 10월 20일
코끼리 코를 흉내 낸 그리퍼* 로봇을 개발했다고 밝혔다. 
바늘처럼 얇은 물체에서부터 큰 박스까지 잡고 옮길 수 있어 
활용도가 매우 높은 기술이다.
*물체를 쥐어 옮기거나 동작을 수행할 수 있도록 하는 장비

3
코끼리 코는 작은 물체와 큰 물체를 잡을 때 쓰는
방법이 다르다. 
유연함을 바탕으로 작은 물체는 코끝을 오므려서,
큰 물체는 코로 공기를 들이마시듯 잡는다.
연구진은 이러한 동물의 지혜를
그대로 로봇에 적용했다.

4
연구진은 먼저 로봇 구조체 내부에
진공을 만드는 미세 유로*를 장착했다.
내부에 진공을 일으켜 유연함을 확보한 구조체는
물체의 형상 그대로 변형되며 흡착할 수 있다.
또 구조체 중앙에 있는 변형 와이어를 잡아당기면
집게처럼 오므려 물체를 잡을 수 있게 된다. 
* 유체가 흐르는 통로

5
거북이 역시 연구자들이 주목하는 동물이다.
국제학술지 ‘네이처’ 10월 12일 자에는 미국 예일대 연구팀의 
거북이 모방 로봇 아트(ART)가 소개됐다.
4개의 다리가 육지에서는 원통형으로,
물 속에서는 지느러미 형태로 변하며
유연하게 환경에 대처할 수 있다.

6
한편 에스토니아 탈린공과대학이 만든 유캣(U-CAT),
서울대 국방생체모방연구센터가 개발한 정찰로봇 역시 
바다거북의 지느러미를 모방한 것이다. 
이를 통해 보다 원활하게
수중 방향전환이 가능하다고 한다. 

7
로봇은 아니지만, 바다거북의 특징을
스포츠에 적용한 사례도 있다.
서울대학교 생체모방유동설계연구실에서 개발한
신개념 골프공이다. 
기존 딤플* 대신 바다거북 등딱지 형상과 유사한
홈을 설치해 공기저항을 줄이고 비거리를 향상시켰다.
* 작은 곰보 모양의 홈

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벌새 역시 생체모방로봇의 우수고객이다.
빠른 날갯짓을 바탕으로 공중정지 등 우수한 비행능력을 보여주기 때문.
캐나다-독일 공동연구진의 허밍버드(hummingbird),
미 국방성 산하의 고등연구계획국(DARPA)의 허밍봇(hummingbot)이
대표적 사례로 꼽힌다.

9
곤충 쪽에서는 소금쟁이가 인기다.
미국 UC 리버사이드대학 연구팀이 개발한 노이스봇(Neusbot)은
물이 증발할 때 발생하는 수증기로 진동을 일으키고,
그 운동에너지로 움직인다.
얇은 필름 모양으로 구성된 외관은 소금쟁이와 많이 다르지만,
물 위를 떠다닌다는 습성을 최적화해 만들어졌다.

10
서울대학교 연구팀은 
표면장력을 이용하는 소금쟁이의 움직임을 본떠
수상 도약 로봇을 개발했다. 
도약을 준비하는 소금쟁이는 다리를 회전시키며 가운데로 모아
수면을 누르는 시간을 최대한으로 늘린다.

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연구팀은 소금쟁이의 다리 회전 움직임을 따라하기 위해
벼룩의 도약기관 구조가 가진 독특한 메커니즘을 활용했다.
그 결과 길이 2㎝ 로봇이 무려 14.2㎝를 뛰어오르며
몸길이 7배가 넘는 수상 도약에 성공할 수 있었다.

12
건국대학교 연구팀은 비행 중 충돌에도 끄떡없는
장수풍뎅이에서 힌트를 얻었다. 
날개가 장애물과 충돌할 경우,
그대로 접히면서 충격을 완화한 다음
다시 펼쳐지며 비행하는 메커니즘을 응용한 것.

13
연구팀은 초고속카메라로 장수풍뎅이의
비행을 면밀히 관찰했다. 
그 결과 충돌 에너지를 흡수해 안정성을 높인
비행 로봇 KU비틀을 개발할 수 있었다.

14
이밖에도 바퀴벌레, 무당벌레, 뱀, 비둘기, 해파리, 가오리, 도마뱀, 게 등 
수많은 생물이 모방의 대상이 되고 있다.
환경에 적응하고, 생존경쟁에서 이기기 위한
다양한 진화가 무수한 공학적 아이디어의 원천이 되는 것.
지금도 세계 각지에서는 자연의 신비를
응용하기 위한 생체모방로봇 연구가 진행 중이다.
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