▲최근 자가추진력을 동력으로 한 수중로봇이 개발돼 화제다(출처=123RF)

기술 발전의 수준이 점점 더 도전적인 환경에서 작동하도록 높아지고 있다. 최근에는 대부분 로봇이 전자공학 특성상 물과 잘 어울리지 않는다는 단점에도 불구, 수중에서 작동이 가능한 로봇이 개발돼 화제다.

수중로봇의 자가 추진력

캘리포니아공과대학(칼텍, Caltech)과 스위스취리히연방공과대학(ETH Zurich) 연구팀이 개발한 이 수중로봇의 가장 큰 원동력은 바로 자가 추진력이다. 이로 인해 물을 통해 스스로 추진하고 항해할 수 있다. 일반적으로 사용되는 전원공급장치나 모터를 사용하지 않는다. 칼텍 연구진은 로봇이 온도 변화에 따라 소재가 변형된다며, 마치 수영하는 것처럼 물속에서 탐색 작업을 하기 위해 확장 혹은 축소가 가능하다고 설명했다.

연구팀은 또한, 자신들의 연구가 이전의 데니스 코치맨과 치아라 다라이오가 함께 발표했던 이전의 연구를 토대로 진행됐다고 밝혔다. 이전 연구에서는 하버드대와 칼텍의 공학자들이 장거리에서 신호를 전달할 수 있는 부드러운 기계 체인이 개발됐었는데, 이번 연구팀은 이전 연구에서 연성회로가 연성로봇에 활용될 수 있다고 추정해 연구를 진행했다. 이에 새롭게 개발된 추진 시스템에 유연 폴리머를 적용하게 된 것. 연구팀은 폴리머가 고온에서는 팽창하고 저온에서는 반대로 동그랗게 말릴 수 있다고 설명했다.

▲수중로봇은 유연 폴리머의 패들로 인해 앞으로 추진할 수 있다(출처=픽사베이)

환경 단서와 폴리머 스트립

연구 발표에서 연구팀은 실험을 통해 환경적인 단서를 토대로 변화하는 구조화된 재료를 사용하면, 물속에서 로봇을 추진하고 제어할 수 있었다고 설명했다. 유연한 폴리머의 움직임이 로봇 몸체의 스위치를 활성화 시켰는데, 패들이 작동하는 순간 마치 배에서 노를 젓는 것처럼 동작되면서 로봇을 앞으로 전진시키도록 미는 역할을 했다.

연구팀은 또한, 폴리머 스트립의 독특한 능력이 스트립의 두께에 따라 다르게 움직일 수 있다고 말했다. 이에 연구진은 다양한 반응을 얻기 위해 많은 종류의 스트립 크기를 활용해 다른 방향과 속도로 로봇이 수영할 수 있도록 했다.

칼텍의 박사후연구원이자 공동 저자인 오사마 R. 빌랄에 따르면, 연구팀은 모든 단순한 동작들을 결합해 일련의 행동 순서를 수행할 수 있도록 프로그래밍했다. 이어 여전히 더 많은 기능을 탑재하기 위해 연구 중이라고 덧붙였는데, 물의 ph 수준과 같은 다른 환경적인 단서에서 반응할 수 있도록 하고, 온도 변화에 따른 자체 재설정 기술을 재설계하는 것 등이다. 이런 모든 기능이 실현된다면 로봇은 영원히 수중에서 작업이 가능할 것으로 전망된다.

 

 

의료기기 목적

연구팀은 이번 연구 프로젝트가 화학 약을 함유한 약물을 체내에서 전달할 목적으로 이루어졌다고 설명했다. 사실 의학 분야에서 이러한 초소형 미니로봇의 연구는 매우 활발히 진행되고 있으며, 이미 몇 몇 분야에서는 실제로 구현되기도 한다.

네브래스카-링컨 대학교와 네브래스카 의료센터, 네브래스카 대학 오마하가 공동으로 추진해 개발한 로봇 역시 이런 목적의 일환으로 쓰이고 있다. 이들은 일회용 유체자동조향장치와 자가추진로봇을 개발했는데, 모두 대장 내시경 검사에 사용된다. 연구팀에 따르면, 로봇은 항문 삽입기 혹은 라텍스 튜브로 구성돼있는데, 라텍스 튜브의 한쪽 끝이 로봇의 끝부분과 묶여 있고 다른 한쪽 끝은 염화비닐 튜브와 부착된 형태다.

이 기계는 이미 대장 내시경 시뮬레이션 테스트를 거쳤다. 연구팀은 로봇의 라텍스 튜브 부분이 합성 결장에 삽입됐을 때 로봇이 직선 경로로 이동할 수 있었다고 밝혔다. 연구팀은 로봇 개발에서 가장 어려웠던 부분은 바로 운동(이동, 보행) 능력이었다며, 결장의 본질적인 특성으로 인해 신축성이 있고 자연적으로 붕괴되면서 미끄럽고, 주변 조직에 느슨하게 고정될 수 있어야 했다고 설명했다.

수중로봇의 장점과 난관

수중로봇은 여러 가지로 장점이 많다. 방수처리가 잘 되면 수중에서 크롤링이나 보행, 굴림 등의 여러 기능을 수행할 수 있다는 것이다. 또한, 수요가 많아 상업적인 응용 분야에서 많은 기회를 창출할 수 있다. 테스트하는 환경 역시 물이 있는 수영장이나 지역 연못에서도 충분히 가능해 비용적인 절감이 가능하다.

그러나 다른 한편으로는, 더 깊은 곳을 들어가야 할 경우 정교한 설계가 이루어져야 하고 방수 처리도 더 세밀하게 구성돼야 한다는 난관이 있다. 또한, 아직까지는 사용 가능한 자원도 제한적이다. 이외에도 육상에서 작동하는 센서가 물에서는 동일하게 작동되지 않고, 로봇의 무게와 밀도 역시 운동 능력에 상당한 영향을 미친다.