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쥐가오리 본뜬 신형 로봇 물고기 개발
등록일 : 2017-04-06 19:00 | 최종 승인 : 2017-04-06 19:00
정세진

[리서치페이퍼=정세진 기자]

로봇을 만드는 기술은 이제 일상생활에도 상용화될만큼 보편화됐다. 그러나 부드러운 소재로 헤엄칠 수 있는 로봇 물고기를 만드는 것은 훨씬 까다로운 작업이다.

그러나 최근 중국의 로봇 연구팀이 다른 종류의 로봇보다 2배나 빨리 헤엄칠 수 있는 로봇 물고기를 만들어냈다.

9.3cm길이의 이 물고기(꼬리를 포함하면 18.5cm)는 근육과 유사한 추진 시스템을 갖추고 있으며, 한 번의 배터리 충전으로 3시간 이상 수영할 수 있다.

새로운 로봇 물고기를 이용하면 바다를 탐험하고 수질을 모니터링하며, 새로운 생물을 발견하는 데 큰 도움이 될 것으로 기대된다.

기존의 로봇 물고기는 옥토봇처럼 구부러지는 고분자로 만들어진 부드러운 소재의 로봇이지만 대부분의 조직은 단단한 모터를 이용한다.

모터는 프로펠러 또는 플랩 핀을 회전 시키지만 좁은 공간에서는 이동할 수 없어 움직일 수 있는 범위가 제한된다.

일부 수영 로봇은 근육과 같이 구부러진 부드러운 구동장치를 사용한다. 이 중 유전체 탄성체 액추에이터(DEA)는 특히 빠르고 효율적이다.

하지만 수중에서 장시간 DEA를 사용하게 되면 전기 절연체에 의해 굴곡 능력이 떨어질 수 있는 단점이 있다.

사진설명-신형 로봇 물고기의 설계도

중국 항저우에있는 저지앙 대학의 티에펑 리 엔지니어는 이 같은 문제를 해결하기 위해 주변의 물 자체를 로봇의 전기 회로 일부로 사용하는 방법을 고안했다.

물속으로 전기가 노출된다면 사용자나 로봇이 누전 때문에 위험할 것이라고 생각하기 쉽지만, 리 엔지니어는 "물은 접지 끝의 전극으로 사용되기 때문에 누설 전류나 사람들에게 전기 충격을 주는 등의 문제가 일어나지 않는다"고 그는 설명한다.

쥐가오리에서 영감을 얻은 이 새로운 로봇은 날개와 꼬리가 달린 젤리 도넛과 비슷한 외양을 갖고 있다. 부드러운 실리콘의 외층은 전극에 연결된 하이드로겔 포켓으로 채워져 있다.

전극에 전압을 가하면 전자를 끌어 당겨 나머지 하이드로겔을 양전하로 만든다. 이 겔은 로봇 외부를 둘러싼 물에서 음으로 대전 된 전자에 끌린다.

내부의 양전하 젤과 바깥쪽의 음전하인 물이 가까워지면서 사이에 낀 로봇의 몸은 평평해진다. 내부 전극에서 전압을 제거하면 본체가 원래의 구성으로 돌아가고, 전기가 진동하면 지느러미가 날개처럼 위아래로 펄럭이게 된다.

사진설명-로봇 물고기의 진동수에 따른 속도와 발생하는 전압

스위스 로잔 연구재단의 준 신타케 엔지니어는 "연구자들에게는 이 구동장치가 최소한 두 개의 전극과 쌍을 이루어야한다는 것이 상식"이라며 "티에펑 리는 주위의 물을 한쪽으로 사용하는 새로운 발상을 해냈다"고 언급했다.

하버드 대학교의 재료 엔지니어인 제니퍼 루이스 박사는 새로운 로봇이 "영리하고 다물질적 인 통합 및 설계 전략"이라며, "이것은 로봇 공학 분야를 더욱 발전시킬 수 있는 매우 우아한 실험이다"라고 밝혔다.

무선 리모컨으로 움직이는 이 로봇은 카메라를 휴대할 수 있으며 0.4 ° C ~ 74.2 ° C의 온도에서 할 수 있다.

무선 조작이 가능하고 빠르며, 저온과 고온에 강한 이 로봇 물고기는 향후 응용 범위가 넓을 것으로 예상된다.

가령 유독성 유출이 언제 발생했는지 감지해 바다, 강, 호수의 온도와 화학 성분을 모니터링 할 수 있다. 또 난파선을 탐사하고 추락 한 비행기와 시체를 검색하는데도 이용할 수 있을 전망이다.

리 박사는 "부드럽고 눈에 거의 띄지 않는 이 로봇은 바다 생물을 놀라게 하지 않을 것이며, 산호초 등을 손상시키지도 않는다"고 덧붙였다.

이 연구결과는 Science Advances 5일자에 게재됐다.

[리서치페이퍼=정세진 기자]
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