[이데일리 신하영 기자] 고려대 연구팀이 로봇 관절 운동처럼 복잡한 움직임을 하나의 수학적 틀 안에서 예측하고 기술하는 새로운 이론을 제시했다.

고려대는 알렉산더 카를 로트코프 물리학과 교수가 윌 호로비츠 남아공 케이프타운대 교수와의 공동 연구에서 이러한 성과를 거뒀다고 17일 밝혔다.

물리학에는 물체가 이동할 때 가장 효율적인 경로를 스스로 찾아간다는 ‘작용 원리’라는 개념이 있다. 이는 물체의 실제 움직임을 정확히 예측하는 방법으로 로봇의 움직임을 설계하거나 우주선의 비행경로를 계산할 때도 사용된다.

하지만 바퀴의 구름 운동이나 관절 운동과 같이 속도·방향에 복잡한 제약이 있는 운동은 기존 작용 원리만으로 운동을 기술하는 데에 한계가 있었다. 이는 19세기 물리학자인 윌리엄 해밀턴의 작용 원리 연구 이후 약 200년간 풀리지 않은 난제였다.

연구팀은 양자물리학 분야의 아이디어를 활용해 이 문제를 해결했다. 평형 상태에서 벗어난 양자계를 연구하기 위해 확립된 이론의 수학적 구조를 고전역학에 도입, 속도·방향에 복잡한 제약이 있는 운동까지 아우르는 단 하나의 통일된 수학적 원리를 정립하는 데 성공한 것이다. 이를 통해 바퀴나 관절 운동처럼 제약이 많은 운동도 중간 과정 없이 단번에 풀어내는 ‘직접 최적화’가 가능해졌다.

이번 연구는 EU집행위원회 등의 지원을 받아 수행했다. 연구 결과는 저명 국제학술지(Physical Review E)에 게재됐다. 알렉산더 로트코프 교수는 “앞으로 한국과 남아프리카공화국 간의 연구 협력을 더욱 발전시키고, 이번 연구가 공학과 물리학 분야에 제공할 새로운 가능성을 탐구해 나가기를 기대한다”고 밝혔다.