사마귀 새우, 동물 왕국 최강의 권투 선수

문광주 기자 / 기사승인 : 2021-09-05 20:55:57
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* 초당 약 23미터의 속도로 먹이를 공격
* 경피(硬皮)는 자물쇠가 풀린 직후가 아니라 일종의 전환점에 도달했을 때만 총구 배열
* 무게가 1.5g에 불과한 미니 로봇으로 이 원리의 복제는 이미 성과 거두어

사마귀 새우, 동물 왕국 최강의 권투 선수
연구원들은 광대 사마귀 새우 모델을 기반으로 로봇을 만들고 있다.


집게의 타격은 동물 왕국의 다른 어떤 움직임보다 빠르고 유리창을 부술 정도로 폭력적이다. 다채로운 맨티스 쉬림프(mantis schrimp, 광대 사마귀 새우 혹은 무지개 사마귀 새우)는 동물 왕국에서 강력한 권투 선수다. 미국 연구원들은 최근 아래에 보이는 로봇의 도움으로 스매싱의 힘 뒤에 무엇이 있는지 알아냈다. 타격 장치는 사마귀 새우 모델에서 작동한다. 

▲ 펀치 로봇과 그의 롤모델인 사마귀 새우. © Harvard SEAS

열대 태평양에 서식하는 무지개 사마귀 새우 Odontodactylus scyllarus는 먹이를 잡기 위한 특별한 전략을 개발했다. 작은 물고기나 게가 접근하거나 잠재적으로 맛있는 조개를 보면 두툼한 다리를 폭발적으로 앞으로 내던진다. 초당 약 23미터의 속도로 먹이를 공격하고 두꺼운 탱크와 ​​포탄도 관통한다.

신비한 지연

과학자들은 새우가 어떻게 이 속도와 엄청난 충격력을 생성하는지 오랫동안 연구해 왔다. 이에 따르면 두 개의 작은 자물쇠가 처음에 집게의 근육과 힘줄에 장력이 형성되도록 한다. 이 장력이 갑자기 느슨해지면 초고속 운동으로 방출된다.

그러나 연구원들은 아직 한 가지 세부 사항을 명확히 밝히지 못했다.
"고속 카메라로 타격 과정을 보면 자물쇠의 풀림과 송곳니가 발사되는 사이의 짧은 지연을 볼 수 있다"고 하버드 대학교의 현낙승(Nak-seung Hyun)이 설명했다. "분명히 망치를 제자리에 고정시키는 또 다른 메커니즘이 있지만 아무도 이 다른 메커니즘이 어떻게 작동하는지 알아내지 못했다.“

펀치 강화시키는 기하학

이제 바뀌었다. 현과 그의 동료들이 사마귀 새우의 비밀을 발견하고 이 움직임과 그 배후의 원리를 모방한 로봇을 만들었다. 이것은 장치의 기하학적 이유인 것으로 밝혀졌다. 경피(硬皮, sclerites)는 자물쇠가 풀린 직후가 아니라 일종의 전환점에 도달했을 때만 총구를 놓지 않는 방식으로 배열된다.

"이 과정은 저장된 탄성 에너지의 방출을 제어하고 시스템의 기계적 성능을 향상 시키기까지 한다"고 현의 동료 엠마 슈타인하르트(Emma Steinhardt)는 설명했다. 이 기하학 관련 메커니즘만이 이러한 움직임의 극도의 가속을 가능하게 한다.

"무게가 1.5g에 불과한 미니 로봇으로 이 원리의 복제는 이미 성과를 거두었다. 스트로크 속도가 초당 26미터에 도달했다. 따라서 이 크기의 다른 어떤 장치보다 빠르다.
(Proceedings of the National Academy of Sciences, 2021; doi: 10.1073/pnas.2026833118)
출처: Harvard University, John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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