날아다니는 파리 로봇, 소형화 계기될 것

[쇼핑저널 버즈] 오늘 소개할 로봇은 하버드대학 마이크로 로보틱스 연구실(로버트 우드(Robert Wood) 연구팀)에서 2007년도에 IEEE 인텔리전트 로봇 앤드 시스템(Intelligent robot and system) 컨퍼런스에서 발표된 MAV(Micro Air Vehicle, 초소형 비행로봇)이다. 일명 파리 로봇, 사진 참조

[그림1. 하버드대의 파리 로봇, 날개크기가 3cm]

이 로봇은 무게가 0.06g, 날개의 크기는 3cm, 몸체의 길이는 13mm 정도로 매우 작은 로봇이다. 물론 최근 2009년 시점에서 보면 더 작은 로봇이 더 뛰어난 성능으로 만들어지고 있을 것이다. 그러나 이 로봇이 발표되던 2007년 시점에서는 매우 경이로운 일 중 하나였다.

이 로봇의 날개는 강하고 가볍고 질긴 탄소섬유(그러나 제작, 가공하기 쉽지 않고 매우 비싸다는 것이 흠이다.)로 되어 있으며 파리의 비행과 매우 유사하도록 설계되어 1초에 150번 날개를 움직일 수 있다. 이 로봇의 큰 주제인 생체 모방에 대해서는 지난 호에서 스틱키봇(Stickybot)에서 언급하였으므로 다루지 않기로 하자.■ MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems) 공정파리 로봇과 같은 크기의 로봇이 제작되려면 MEMS 공정이 있어야 한다. MEMS란 한마디로 초소형 기계를 제작할 수 있는 모든 능력이라고 보면 되겠다. 가장 쉬운 예로 몇 년 전에 머리카락(머리카락의 굵기는 대략 10 ㎛이다)에 글씨를 새겼던 사실이 발표되었는데 이러한 가공을 일컬어 MEMS 공정이라 한다.

이러한 기술에 앞서 가져야 할 기술은 바로 측정이다. 1㎛의 크기는 1m를 백만 번 쪼개어 그중 하나의 크기이다. 더 쉽게 1mm를 천 번 쪼개어 그 중 하나가 바로 1㎛이다. 따라서 이 크기의 기계부품을 만들기 위해 측정하고 가공하는 기술이 되겠다.

[그림 2. ECM(일렉트로 케미컬 머신(Electro Chemical Machine)으로 가공한 모습]

위의 사진의 왼쪽은 50㎛의 hole을 일정한 간격 50㎛으로 25개를 전기화학 가공한 예이다. 오른쪽 사진은 25개의 홀(Hole)을 만들기 위한 일종의 드릴(전기화학 가공 드릴)이 되겠다.

파리 로봇은 레이저 가공을 통해서 정밀하게 부품이 만들어졌고 조립된 것으로 알려졌다. [그림3]에서 알 수 있듯이 매우 카메라가 조립되었다. 이러한 작은 기계를 가공하고 정밀하게 다듬는 일 자체가 매우 어려운 일이며 앞으로 기계는 점점 더 초소형화될 것이다.■ 비행술

[그림 3. 파리 로봇의 구조, 전면 왼쪽에 카메라가 있다]

GPS와 자동 항법장치를 갖춘 점보 747 여객기부터 우주 공간을 떠돌고 있는 인공위성까 지 비행술은 매우 다양하다. 비행로봇의 구조가 초소형, 경량화일수록 구조는 단순하다.

지난호의 Stickybot에 비하면 너무 단순한 구조를 가지고 있다. 747 여객기는 부품 수만 20,000개가 넘는다. 나는 구조는 가장 단순한 로봇 중의 하나인 Smart Dust는 자체 비행 구조가 없고 바람이 부는 방향으로 흘러가도록 되어 있다. 바람에 따라 그저 흘러가게 되어 있을 뿐이다.

이 로봇은 파리처럼 날개를 퍼덕거리며 날고 있다. 몸체에 역삼각형의 판이 위, 아래 움직이면 시소처럼 날개가 위, 아래로 퍼덕거리며 날 수 있다. 따라서 복잡한 자유비행은 어렵게 되어 있다. 현재 좌우의 날개를 따로 조절하지는 못하므로 직진과 수직 상승 정도만 가능하다. 한편 날개를 움직이는 동력원은 몸 안쪽 어딘가에 있을 것이나 그림에서는 보이지 않는다.

[그림 4. 스마트 더스트(Smart Dust), 훅 불어 먼지처럼 날아가 버린다]

파리 로봇은 GPS 항법 시스템과 같은 고급 비행술을 갖추지 못했다. 그러나 파리의 비행을 모방한 이 로봇의 날개 동작은 매우 뛰어난 모방 비행술을 하고 있다.

[그림 5. 파리 로봇의 비행 모습]

■ 에너지주어진 에너지로 얼마나 멀리, 빠르게, 높이 날 수 있을까?비행물체가 클수록 크기에 비해 에너지는 세제곱으로 들어가는 셈이다. 따라서 작은 로봇은 날기 위해 커다란 힘을 쓸 필요는 없다.

파리 로봇에게는 현재 충전하는 전지의 기술 상 100m 정도도 채 비행할 수 없으나 바람의 영향을 받으며 떠다니도록 설계된다면 에너지를 더 줄일 수 있다. (발표 당시 고도의 비행술을 갖추지는 못했다.) 에너지가 작으므로 강풍이 불어오면 조정이 불가능하다.

■ 파리로봇의 큰 의의파리로봇의 의의는 MEMS 공정에 의한 초소형 나는 로봇의 원조라는 점이다. 이 로봇의 등장으로 잠자리 로봇, 종이비행기 라디오 컨트롤(Radio-Control) 모형, 등 많은 제품이 개발되었다. 비행 로봇은 앞으로 점점 더 소형화되고 거기에 따른 많은 기술(전지, 날개, 등)이 새로 개발될 것이다.

향후 얼마나 더 작은 부유(浮遊) 로봇이 나올지 미래를 추측해 보면 다음과 같은 상상이 가능할 것이다. 알약 크기의 캡슐 로봇을 삼키면 그 로봇은 자유로이 뱃속을 떠돌아다니다가 특정 부위(암조직)를 찾아서 제거 수술을 시행한다. 앞으로 이런 날이 올 것임에 틀림이 없다.

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