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인명구조용 바퀴벌레 로봇 등장
2019-01-09 16:38:12
손승빈
▲연구진이 구조 작업을 쉽게 만들기 위해 바퀴벌레 크기의 로봇을 개발했다(출처=셔터스톡)

전 세계 수많은 사람들이 경멸하는 곤충인 바퀴벌레. 코네티컷대학 연구진이 이 바퀴벌레와 닮은 로봇을 만들었다. 연구진은 정교한 바이오 로봇과 이 로봇을 정밀하게 제어할 작은 신경 조절기를 만들었다. 바퀴벌레 크기의 이 로봇은 언젠가 전 세계의 구세주가 될지도 모른다. 붕괴된 건물 등의 아주 작은 틈새로 들어가 내부 수색 및 구조 작업에 도움을 줄 수 있기 때문이다.

연구진은 소형 컴퓨터로 살아 있는 곤충의 움직임을 제어하기 위해 엄청나게 많은 시간을 소비했다. 이 연구 결과로 인해 군대나 구조 전문가들이 도움을 받을 수 있을 전망이다.

그러나 연구진이 해결해야 할 기술적인 과제가 많았기 때문에 아직 이 연구는 완전히 성공한 것이 아니다. 어쨌든 연구진은 제한적인 성공을 거뒀다. 가장 큰 장애물은 작은 크기의 로봇 시스템을 설계하고 전자 하드웨어를 곤충의 생물학적 기능, 즉 움직임을 만드는 데 필요한 신경 조직과 연결하는 것이었다.

▲코네티컷대학 과학자들이 로봇 바퀴벌레를 만들었다(출처=셔터스톡)

로봇 마다가스카르 휘파람 바퀴벌레

연구원 아비세크 두타는 로봇 마다가스카르 휘파람 바퀴벌레를 만들었다. 두타는 사이보그 바퀴벌레가 왼쪽, 오른쪽으로 움직이고 바닥을 가로질러 이동하는 모습을 관찰했다. 그것은 단순한 관찰이 아니었다. 그는 약 4.5미터 떨어진 곳에서 소형 핸드 헬드 장치로 로봇 바퀴벌레의 움직임을 제어하고 있었다.

코네티컷대학의 전기 및 컴퓨터 공학 조교수인 두타는 이 로봇 곤충이 수색 및 구조부터 국방에 이르기까지 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것이라고 설명했다.

 

마이크로서킷

인지 컴퓨터 신경과학의 진화 저널에 실린 연구 결과에 따르면 두타는 동료 연구자인 에반 파울크너와 함께 로봇 곤충의 움직임을 아주 높은 정확도로 제어하는 마이크로서킷을 만들었다.

이 마이크로서킷은 9축의 관성 측정 장치를 특징으로 하며 이 장치는 로봇 바퀴벌레가 자유도 6으로 움직일 수 있도록 만든다. 또한 로봇 바퀴벌레는 가속도, 방향 등을 탐지할 수 있다. 연구진은 또한 로봇 바퀴벌레를 둘러싼 주변의 온도를 측정했다. 로봇 바퀴벌레가 움직이는 환경의 온도가 그 움직임과 방향에 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 실제로 날씨가 따뜻할 때 곤충 바퀴벌레들은 더 오랜 시간 돌아다닐 수 있다.

이들이 설계한 초소형 회로인 마이크로서킷은 로봇 바퀴벌레의 뒤쪽에 고정시킬 수 있는 소형 전자 백팩이라고 할 수 있다. 로봇 바퀴벌레의 안테나 돌출부에는 전선이 부착돼 있으며, 소형 블루투스 송수신기도 내장돼 있다. 그래서 로봇 바퀴벌레의 근처에서 사람이 일반 스마트폰으로도 로봇의 움직임을 조정할 수 있다.

로봇의 오른쪽 또는 왼쪽 안테나 로브의 신경 조직에 미세한 전기 충격이 전달되면 로봇은 자신이 장애물에 부딪친다는 사실을 안다. 그래서 왼쪽에 충격이 느껴지면 오른쪽으로, 오른쪽에 충격이 느껴지면 왼쪽으로 방향을 이동한다.

다른 연구 기관에서도 유사한 제어 시스템을 구축한 바 있지만 코네티컷대학의 두 연구자가 만든 마이크로서킷은 로봇 곤충의 움직임을 더 섬세하게 제어할 수 있기 때문에 매우 놀라운 성과다. 또한 인공 자극 및 다중 자극에 대한 곤충의 신경근 반응을 실시간 피드백할 수 있는 것도 또 다른 장점이다. 이것은 정보에 입각한 정확한 통제 시스템이라고 할 수 있다.

 

코네티컷대학이 개발한 마이크로 컨트롤러의 장점

코네티컷대학이 개발한 마이크로 컨트롤러는 유콘(UConn) 마이크로 컨트롤러라고 불린다. 이 컨트롤러와 내장 전위차계는 작업자가 곤충에게 보내는 자극의 출력 전압, 주파수 및 주기를 변경한다. 전위차계는 전압 조정에 사용되는 전자 장치다. 연구 결과에 따르면 로봇 바퀴벌레에서 가장 반응이 좋은 전파는 1.2V, 55Hz 주파수 및 50% 듀티 사이클의 진폭을 가졌다.

▲연구진은 소형 로봇의 전압을 조절하는 전위차계를 설치했다(출처=셔터스톡)

연구 도중 발견된 흥미로운 사실은 인공 자극에 대한 로봇 바퀴벌레의 움직임이 초기 자극 후 강도가 떨어진다는 것이었다. 첫 번째 전자 자극이 오른쪽 안테나 로브에 충격을 가해 로봇이 왼쪽으로 움직였다면, 그 후속 자극에 대한 반응은 극적이지 않았다. 연구진은 왜 이런 현상이 발생한 것인지 아직 알아내지 못했지만, 로봇을 제어하는 데 유용한 정보를 얻을 수 있었다.

두타에 따르면 가장 중요한 내용은 이 시스템을 활용해 사용자가 곤충의 안테나 돌출부를 자극하기 위한 특정 매개 변수를 설정할 때 블루투스 시스템을 통해 전송된 실시간 피드백을 이용하면서 곤충을 원하는 방향으로 유도할 수 있다는 것이다.

마이크로서킷은 로봇 바퀴벌레의 이동 방향 및 가속도에 대한 실시간 데이터를 수집하는 최첨단 시스템을 구현하고 있으므로 로봇의 움직임 궤도를 예측할 수 있도록 만든다. 두타는 "마이크로서킷이 정밀한 기동을 가능케 하며 현존하는 마이크로봇의 기술적인 제한 사항을 극복할 수 있도록 해준다"고 말했다.

새로운 마이크로서킷 개발은 로봇 곤충 기술을 한 걸음 전진시킨 것이나 다름 없다. 하지만 두타는 아직 훨씬 더 많은 연구가 진행돼야 한다고 말했다. 이들이 발명한 바이오봇은 아직 초기단계다. 그리고 마이크로 하드웨어 설계 및 마이크로 제어 개발 시스템은 이전보다 훨씬 더 뛰어난 차세대 장치로 이어질 수 있다.


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