딱정벌레 날개 모방한 '초소형 로봇' 공중 비행 성공

스위스로잔공대

딱정벌레의 날갯짓 방식을 접목한 초소형 로봇이 공중에 떠오르고 있다. Hoang-Vu Phan 제공

딱정벌레의 독특한 날갯짓 방식에서 초소형 로봇의 비행 능력을 향상할 수 있는 단서를 찾았다. 비행에 필요한 날개를 다른 신체 부위를 활용해 수동적으로 움직이게 하는 방식을 로봇 구조에 접목할 수 있다는 것이다. 이는 매우 단순한 구조로 기존 초소형 로봇의 성능을 개선하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.

판 호앙-부 스위스로잔공대 교수와 박훈철 건국대 스마트자동차공학부 교수 등이 참여한 국제공동 연구팀은 딱정벌레가 날개를 펼치는 메커니즘을 자세히 규명하고 이를 초소형 로봇에 적용하는 방안을 제한한 연구 결과를 31일(현지시간) 국제학술지 '네이처'에 발표했다.

딱정벌레는 날갯짓을 시작할 때 먼저 뒷날개 밑부분을 들어올린 다음 이어 끄트머리를 넓게 펼치며 '종이접기'와 같은 동작을 취한다. 종이접기 공예품에서 한쪽 접은 부분을 움직이면 다른 접힌 부분이 딸려 올려가는 것과 유사한 원리라는 설명이다. 이때 딱정벌레의 뒷날개 밑부분에서 어떤 움직임이 일어나는지에 대해선 그간 잘 알려지지 않았다.

초고속 카메라와 딱정벌레를 모방한 로봇을 통해 분석한 결과 딱정벌레는 뒷날개를 펼쳐 비행할 때 근육을 거의 사용하지 않는 것으로 나타났다. 연구팀은 "비행을 위한 속날개가 겉날개에 의해 수동적으로 움직이면서 딱정벌레는 비행을 할 수 있었다"고 설명했다.

연구에 따르면 딱정벌레의 뒷날개는 날갯짓을 할 때 마치 스프링처럼 몸에서 펼쳐졌고 비행을 위해 날개를 퍼덕이는 동작을 하기 위한 공간이 확보됐다. 

뒷날개의 움직임은 단단한 키틴질로 구성된 날개 윗부분을 덮는 겉날개가 주도했다. 겉날개가 윗부분으로 상승함에 따라 뒷날개가 따라 펼쳐졌고 겉날개가 움직이면서 뒷날개도 비행을 위한 위치로 이동할 수 있었다. 연구팀은 또 딱정벌레가 겉날개를 휴식을 위한 자세를 낮추는 데도 사용하는 것을 확인했다.

이같은 딱정벌레의 뒷날개 움직임을 모방한 초소형 로봇은 성공적으로 이륙과 비행을 해냈다. 연구팀은 "딱정벌레가 효율적으로 날개를 펴고 접는 방식은 매우 좁고 어수선한 공간에서 작동해야 하는 초소형 로봇의 능력을 향상시키는 데 기여할 수 있다"고 말했다.

[박정연 기자 hesse@donga.com]