여기에

동물들이 움직이는 방법, 위험에 대처하는 방법, 에너지를 보존하는 방법 등에 대한 특별한 통찰력 및 관찰은 로봇공학 분야에 종사하는 과학자들에게 흥미로울 뿐만 아니라 높은 가치를 가진다. 

남아프리카 공화국의 케이프타운 대(University of Cape Town) 소속인 3명의 연구자들이 2015년 9월 28일에서 10월 3일까지 독일 함부르크(Hamburg)에서 열린 지능 로봇과 관련된 국제학술대회(IROS: International Conference on Intelligent Robots and Systems)에서 뛰어오르는 거미에게서 영감을 받아 개발한 로봇을 발표하였다. 

스테이시 쉴드(Stacey Shield), 캘런 피셔(Callen Fisher), 그리고 아미르 파텔(Amir Patel)은 이동 로봇 분야에서 공중 피치 복원(aerial pitch righting)을 달성하는 새로운 방법을 개발하는 데에 상당한 기여를 하였다. 

동물들은 공중에서 전복되지 않고 자동으로 복원하고, 방향을 다시 설정하고, 스스로 안정화하는 재능을 타고 났다. 동물들이 공중에서 자신의 꼬리를 구부리거나 회전하는 모습은 인간 관찰자들에게 공중에서 안정성을 유지하고, 좀 더 중요하게 부드러운 착륙을 수행하는 것과 같은 도전과제를 충족시키는 방법을 찾는 측면에서 깊은 인상을 준다. 

로봇에게 오랜 공학적 도전과제는 공중에서 안전성을 유지하고 부드러운 착륙을 수행하는 것이었다. 케이프타운 대가 개발한 로봇은 거미가 뛰어오르는 능력을 재현할 수 있는지를 알아보기 위하여 만들어졌다. 즉, 연구팀은 뛰어오르는 거미가 사용하는 항력 줄(dragline)에 관심을 가졌다. 

연구팀의 연구는 공중에서 거미의 몸통 동작에 관심을 가진 최초의 것이 아니다. 2013년에 4명의 연구자들은 한 국제학술지(학술지명: Journal of the Royal Society Interface)에서 항력 줄을 이용하여 거미가 공중에서 어떻게 몸통의 방향을 변화시키는지를 토의하였다. 

“더구나 기구학적 데이터로부터 계산된 순간적인 항력과 거미줄의 힘은 감속과 에너지 분산에 필적하는 역할을 수행한다는 것을 시사하며, 거미는 거미줄의 힘을 조절하여 예상 가능하고 최적의 착륙을 수행하기 위하여 몸통의 피치(pitch: 가로축에 대한 몸통의 상하운동)를 뒤집을 수 있다는 것을 보여준다”고 연구자들이 말했다. 

스마트폰, 태블릿, 디지털 기기 등에 대한 최신 뉴스 및 검토를 수행하는 웹사이트인 슬래시기어(SlashGear)의 쉐인 맥글라운(Shane McGlaun)은 먹이를 찾고 이를 잡기 위하여 뛰어오르는 거미 및 이에 대한 연구에 대하여 주목하였다. 뛰어오르는 거미는 케이프타운 대 연구팀에게 영감을 제공하여 로봇을 개발하는 데에 도움을 제공하였다. 연구팀이 개발한 로봇은 리프(LEAP: Line-Equipped Autonomous Platform, 줄을 가지는 자율 플랫폼)라고 불린다. 

뛰어오르는 거미에게 거미줄은 왜 중요할까? “뛰어오르는 거미는 거미집을 만들지는 않을 것이지만, 여전히 거미줄을 만들 수 있다. 사람들이 구명 줄(safety rope) 없이는 뛰어내리지 않는 것처럼 거미도 안전한 거미줄 없이는 공중으로 도약하는 것을 좋아하지 않는다. 거미는 뛰어오르기 전에 자신을 거미줄에 묶고, 다음으로 뛰면서 더 많은 거미줄을 방출하여 만약 목표물을 놓친 경우에도 자신을 잡아서 원래의 자리로 다시 기어오를 수 있게 한다”고 미국 전기전자 기술자 협회(IEEE)가 발행하는 잡지(잡지명: IEEE Spectrum)의 기자인 에반 에커만(Evan Ackerman)이 기술하였다. 

“거미는 뛰어오를 때 자신이 만든 거미줄을 이용하여 똑바로 착륙하도록 보장하기 위하여 선택적으로 이를 잡아당긴다. 리프 로봇은 실을 꼬아서 만들어진 나일론 줄을 이용하여 동일한 아이디어를 사용한다. 그래서 리프 로봇은 뛰어오르는 동안 공중에서 이 나일론 줄을 푼다”고 슬래시기어는 거미줄과 로봇의 줄을 비교하였다. 리프 로봇은 풀어지는 나일론 줄을 소형 직류 모터를 이용하여 잡아당기거나 풀어서 비행 중에 영향력을 발휘한다고 에반 에커만이 설명하였다. 

이러한 방식으로 리프 로봇의 뛰어오르기는 제어된다. 리프 로봇은 자신의 동력으로 뛰어오르기를 수행한다기보다는 공중으로 내던져진다고 표현하는 것이 더 맞는 기술이라고 슬래시기어가 덧붙였다. 리프 로봇은 통제 가능한 착륙을 수행하기 위한 수단으로 상하로 요동하는 피치 운동 방향을 변경하기 위하여 주기적으로 항력 줄을 이용한 제동을 활용한다. 이것은 리프 로봇이 자신의 몸통을 올바른 방향으로 착륙하게 만든다고 슬래시기어가 기술하였다. 

연구자들은 피치 운동에 대한 응답에 영향을 주는 요인에 대하여 더 많은 통찰력을 탐구하였다. 이러한 연구 결과는 거미가 착륙 전에 거미줄을 이용하여 감속하는 것처럼 항력 줄이 잠재적으로 제동 장치로 작용할 수 있음을 시연한 것이라고 발표된 논문의 초록에서 연구자들이 기술하였다. 

연구자들은 거미가 뛰어올라 공중에 있는 동안에 이 거미에 대한 수학적 모델을 개발하고 시뮬레이션을 수행하였다. 이 모델을 이용하여 연구자들이 개발한 리프 로봇은 적어도 피치 방향에 대하여 올바른 방향으로 착륙할 수 있었다고 에반 에커만이 설명하였다. 

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』