▲전기뱀장어(출처=셔터스톡)

캘리포니아대학 연구팀이 최근 잠수 가능한 해양탐사 수중 로봇을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구는 美 해군연구소와 국립과학재단이 지원했으며, 연구결과는 사이언스 로보틱스 학회지에 게재됐다.

해당 로봇은 뱀장어와 유사한 외형을 가졌으며, 유영이 가능하도록 인공 근육이 장착됐다.

샌디에고 지역매체 샌디에고뉴스센터에 따르면, 이 로봇은 수면에 있는 전자회로판과 투명한 선으로 연결돼 탐사 유연성을 높였으며, 수중 생태계와도 조화를 이룬다.

또, 로봇은 헤엄칠 때 뱀장어와 유사한 소리를 내면서 이동하며, 전기를 발생시킨다. 로봇 내부에 탑재된 인공근육은 수중에서도 전압을 사용할 수 있는 전기선이 설치돼 있다. 이를 통해 로봇이 구부리며 헤엄칠 때 전류가 발생하며, 주변 해양 생물에게 위협을 주지 않는 수준의 전압을 유지한다. 인공근육 내부는 신호시스템으로 활용 가능한 형광염료로 채워져 있다.

이 로봇의 최대 속도는 전방 1.9mm/sec이며, 유체동력효율을 의미하는 프로우드 효율을 52%다. 또한 가시성 스펙트럼이 94% 평균 투과율을 보여 수중 탐사에 유리한 조건을 갖췄다.

마이클 T. 톨리 책임연구원은 “현존하는 수중로봇 중 가장 유연한 뱀장어 로봇은 환경과 기계의 조화를 이끌었다는 점에서 의미가 크다”며 “향후 무선 뱀장어 로봇 연구에 돌입할 예정이며, 로봇의 지리 상황 판별기능 개선에 주력할 것”이라고 밝혔다.

특히, 이 로봇은 무게 중심을 잡아주는 기능이 탑재돼 심해 탐사도 가능하다. 현재는 자석을 통해 무게 중심을 유지하고 있으며, 향후 다양한 센서를 머리 부위에 장착해 활용할 계획이다.

현재로써는 수중추진 방식을 선보이기 위한 샘플시험 정도 수준이며, 해양연구소 벌치아쿠아리움과 샌디에고대학 톨리 교수 연구실에서 수중테스트를 각각 실시했다.

수중 탐사에 사용되는 로봇은 일반적으로 프로펠러 혹은 제트기로 전력을 구동하기 때문에 소음이 크다. 이 때문에 물고기 등 해양생물이 겁을 먹고 도망가 탐사에 어려움이 있었다. 또, 단단한 소재로 만들어져 충돌 시 여파가 컸다.

뱀장어 로봇에 충돌 시 손상 위험을 최소화하는 부드러운 소재로 구성됐으며, 인공근육을 통해 소음 없이 유영이 가능하다.

연구원들은 뱀장어 로봇이 미래 수중로봇 발전의 초석을 다질 것으로 전망하고 있다.

▲수중 생태계(출처=셔터스톡)

해양탐사 로봇은 활용범위가 다양하다. 환경 감시를 비롯해 극한 날씨 분석, 밀물과 썰물이 오가는 조수 연구와 같은 분야에 적용 가능하기 때문에 로봇 공학에서도 각광받는 분야다. 특히 조수 연구는 플라스틱 폐기물의 이동 및 원격설치 감시 및 수리 등에 활용된다.

한편, 캘리포니아대학 연구팀은 혁신적인 전력공급 장치와 재료 등을 개발했다. 그중 유전체 엘라스토머 액추에이터는 로봇, 인공근육, 마이크로 유체 등 다양한 해양 응용연구 분야에서 발전 가능한 기술로 평가받고 있다.

이는 기존 액추에이터와 비교할 때 작동 반응이 빠르고, 가성비가 좋기 때문이다. 또한, 에너지 밀도와 효율성이 높고 잠수정 장치기기로의 활용성이 좋다.

하지만 전극 재료로써 응용할 수 있는 적합성 부분을 비롯해 유전체 층을 보호하는 단단한 프레임을 사용해야 하며, 해저에 존재하는 유체로부터 액추에이터 전극 절연기능을 보완해야 한다는 단점이 있다.