미국 ***

새를 흉내 내는 소형 로봇

공기역학적으로 특이한 비행을 하는 새나 곤충들로부터 수집된 정보들을 이용하여 자체추진 비행 감시 장치를 설계하려고 하는 공학자들이 레이저와 수조를 이용한다. 이러한 연구는 생의학과 에너지 분야에도 응용될 수 있다.

벌새 날개짓은 작게 소용돌이치며 고리모양을 이루는 흐름인 와동(vortex)으로 특징 지어진다. 이러한 특이한 공기역학 흐름들은 3차원 와동 형성의 본질을 이해함으로써 와동을 가장 효과적으로 활용하려고 하는 버팔로대 과학자들에게 영감을 주었다.

버팔로대 기계항공우주공학과 조교수인 메튜 링겟(Matthew Ringuette) 박사는 동굴이나 터널, 복잡한 빌딩 복도와 같은 열악한 환경에서 실시간 정보를 수집하기 위한 목적으로 이 연구에 착수했다. 이러한 장소는 전통적인 무인 항공기나 정찰위성으로는 쉽게 파악할 수 없다. 하지만 불과 수인치 규모의 비행체를 개발하기 위해서는 아주 작은 새나 곤충의 추진 시스템에 대해 많은 이해가 필요하다. 그는 “만일 당신이 이처럼 작은 크기와 느린 속도로 줄어든다면, 전통적인 공기역학은 더 이상 응용될 수 없다”고 말한다.

곤충이나 새와 같은 동물들은 이러한 와동 형성을 이용함으로써 비행과 뛰어난 기동성을 달성한다. 링겟의 연구는 와동의 생성과 발달이 날개의 크기와 운동 및 모양과 어떤 관계가 있는지를 밝혀서, 최대의 추진력과 효율을 얻도록 미세 비행체의 날개를 최적화하는 것을 목적으로 한다.

이번 연구는 심장혈관의 흐름에서부터 풍력에너지 분야에 이르는 다양한 분야에서 발생하는 일반적인 3차원 와동 형성의 기본을 연구한다. 링겟은 자신의 Vortex Dynamics and Bio-Inspired Propulsion 연구실에 있는 13×4×4피트 크기의 수조 속에서 자체적으로 추진되는 파닥이는 날개를 가진 로봇(robotic, flapping-wing model)을 이용하여 실험을 수행할 계획이다. 물속에서는 새나 곤충에서 나타나는 것과 비슷한 와동 형성을 큰 규모로 일으킬 수 있다.

링겟은 3차원 흐름의 사진을 얻기 위한 염료 가시화 기술을 동원하여 날개의 흐름 속도와 추진 중에 작용하는 힘을 정량적으로 측정할 계획이다.

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