물고기 로봇 ”물에서 공기로 치솟고 이착륙도 가능“ 

▲ 날아다니는 로봇은 물고기 모형의 기능적 방법을 모방했다.© Zufferey et al., Sci. Robot. 4, eaax7330 (2019)

연구원들은 물에서 곧바로 대기층으로 부양할 수 있는 로봇을 설계했다.
새로운 개발에 대한 영감은 날아다니는 물고기로부터 얻은 것이다.
날치처럼, 파도 속에서도 공중으로 날아가 비행 중에 다시 수면 위로 미끄러질 수 있다.
앞으로 이 로봇은 홍수 지역에서도 물고기처럼 비행한 후에 임무를 수행할 수 있다.

로봇이 가정, 조립 라인 또는 수술실에서만 지원할 수 있는 것이 아니다.
재난 등의 어려운 지형에서도 사용하기 적합하다. 연구자들은 이러한 작업에 기술적 도움을 장착하기 위해 항상 자연에서 반복해서 살펴보고 아이디어를 얻는다. 바퀴벌레나 곤충의 걸음을 모방하는 로봇이 있다. 어떤 로봇들은 영장류처럼 뛰어내리거나 반향을 사용하여 박쥐와 같은 원리로 방향을 잡을 수 있다.

영국 왕립대학 Imperial College London의 라파엘 주퍼레이(Raphael Zufferey)와 그의 팀은 최근 개발을 위해 동물 모델을 사용했다. 그들의 작은 로봇은 동물들처럼 물 밖으로 몸을 날리고 활공 비행에서 짧은 거리를 여행한 다음 다시 수면에 착륙할 수 있다. 

▲ 실험실 테스트를 실제로 호수에서 적용해 합격했다. © Zufferey et al., Sci. Robot. 4, eaax7330 (2019

물에서 공기로

과학자들이 보고한 것처럼 로봇에 이 능력을 부여하는 것은 쉬운 일이 아니었다.
문제는, 물에서 공중으로 점프하는 데는 많은 에너지가 필요하며, 해당 기술이 탑재되어 있어야 하지만 동시에 비행을 위해 최대한 가벼워야 한다.

주퍼레이Zufferey와 그의 동료들은 이 딜레마에 대한 영리한 해결책을 발전시켰다.
그들의 로봇은 단지 0.2g의 탄화칼슘 분말을 지니고 움직이는 펌프만 가지고 있다. 펌프는 날아다니는 물고기가 물에서 에너지를 공급하는 데 필요하다. 탄화칼슘은 작은 반응 챔버에서 물과 아세틸렌 가스에 반응해 연료로 사용될 수 있다.

연료로서 아세틸렌 가스

구체적으로, 다음과 같이 작동한다.
아세틸렌 가스가 발화 및 팽창할 때, 반응 챔버에서 물을 외부로 밀어낸다.
그 결과로 추진력은 로봇을 공중으로 발사한다. “우리는 물 반응성 화학 물질을 사용해 로봇의 자재 운반을 줄였다. 연소 시스템은 움직이는 부분과 함께 작동한다.” Zufferey의 동료 미르코 코바츠 Mirko Kovac가 설명했다.

결과적으로 로봇은 놀라울 정도로 가벼워진다.
프로토타입 물고기 모델이 비행한 후 160g 무게가 측정됐다. 대기로 부양하는데 올려지는 추진력은 훨씬 더 크다. 팀에 따르면 로봇 무게의 25배에 달한다. 

▲ 물고기가 물에서 수면위로 날아오르는 방법© Aerial Robotics Lab/Imperial College London

출발 성공

개발품은 얼마나 잘 작동을 할까?
연구원들은 물탱크와 실제 호수에서 실험실 조건하의 로봇을 테스트했다.
물체는 아무런 문제 없이 물에서 공중으로의 점프를 했다. 날개 덕분에 글라이딩 비행에서 최대 26m의 거리를 비행했다. 원칙적으로 이 물고기 로봇은 물에서 공기로 치솟고 이착륙도 가능하다.

문제가 발생한 상황에서도 프로토타입은 어려움 없이 수행할 수 있다.
과학자들이 보고한 바와 같이, 파도에서도 뛰어났다. 단지 매우 큰 파도만이 그를 뒤집어 출발을 못하게 했다.

홍수 시에 적용?

주퍼레이Zufferey와 그의 동료들은 다른 환경, 예를 들어 산호초 또는 바다의 시추 플랫폼과 같은 다음 단계에서 부유 및 비행 로봇을 테스트할 계획이다. 개발이 성공하면 홍수 지역에서 사용되거나 해양 연구에 도움이 될 수 있다.

Zufferey는 “이러한 유형의 로봇은 일반적으로 시간이 많이 걸리고 자원을 많이 사용하는 모니터링 환경에 매우 유용하다”고 설명했다.

(Science Robotics, 2019; doi : 10.1126 / scirobotics.aax7330)
출처 : AAAS / Imperial College London

[더사이언스플러스=문광주 기자]

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]