잠자리 닮은 로봇이 폴짝…美 MIT, 곤충 크기 초소형 로봇 개발

[이데일리 김범준 기자] 미국 매사추세츠 공과대학(MIT)이 곤충 크기의 초소형 로봇을 개발하고 상용화에 나선다. 국내에서도 의료와 국방 등 다양한 분야에 초소형 로봇을 활용하기 위한 연구·개발(R&D)이 한창이다.

25일 MIT 소식지에 따르면 MIT 연구진은 적은 에너지를 사용하면서도 높은 장애물이나 경사로 혹은 고르지 않은 표면을 뛰어넘을 수 있는 곤충 모양 점프 로봇을 이달 새롭게 선보였다. 이 로봇은 초당 약 30㎝ 측면 속도로 본체보다 4배 높은 약 20㎝를 공중으로 뛰어오를 수 있고, 기존 드론 등 비행 로봇보다 약 60% 적은 에너지를 소비한다.
흡사 잠자리 형태를 띤 이 점프 로봇은 성인 엄지손가락보다 작고 페이퍼 클립보다 가볍게 제작됐다. 접지면 반발력을 이용하는 스프링 다리와, 날개 4개로 방향을 제어하는 모듈을 가지고 있다. 지진 후 붕괴된 건물 등에서 생존자를 찾기 위해 기존 로봇이나 드론이 접근할 수 없는 깊숙하고 비좁은 곳까지 들어갈 수 있다.

해당 MIT 연구진은 점프 로봇이 도약을 통해 에너지 효율성 측면에서 많은 이점을 제공할 수 있다고 설명한다. 지면에 떨어진 높이에서 발생하는 위치에너지가 로봇이 낙하하면서 운동에너지로 변환한다.

이 운동에너지가 지면에 닿으면 다시 위치에너지로 변환되고, 상승하면서 다시 운동에너지로 변환된다. 이 과정의 효율성을 극대화하기 위해 로봇에 볼펜 스프링 구조와 유사한 압축 스프링으로 만든 탄성 다리를 장착했다. 로봇이 지면에 닿으면 스프링이 하강 속도를 상승 속도로 변환한다.

지면과 접촉할 때 손실되는 소량의 에너지를 보상하고 균형을 유지하기 위해 곤충 날개 모양으로 펄럭이는 모듈을 함께 활용한다. 날개는 부드러운 액추에이터(구동기)와 인공 근육으로 이뤄져 지면과의 반복적인 충돌에도 손상 없이 견딜 수 있는 내구성을 갖췄다.

로봇이 점프하면 공중을 활공하면서 탄도 궤적을 따라간다. 궤적 정점에서 로봇은 착륙 위치를 추정하고, 목표 착륙 지점을 기준으로 컨트롤러가 다음 점프를 위한 이륙 속도를 계산한다. 공중에 떠 있는 동안 로봇이 날개를 펄럭이며 방향을 조정하고 적절한 각도와 축으로 지면에 닿을 수 있도록 움직이는 구조다.
연구진은 MIT 소식지를 통해 “곤충 모양 점프 로봇의 곡예비행을 시연하며 민첩성을 입증했고, 공중 드론에 뛰어올라 협동 작업에 유용할 수도 있다”며 “앞으로 로봇이 실험실 밖에서 자율적으로 점프할 수 있도록 배터리와 센서 및 기타 회로를 설치하고 무거운 짐을 운반할 수 있는 기능을 탑재할 계획”이라고 밝혔다.

국내에서는 과학기술정보통신부에 따르면 2021년 아주대 자연모사연구실 한승용·강대식·고제성 교수 연구팀은 사람 손 모양을 한 초소형 소프트 로봇 그리퍼를 개발했다. 직경 3㎜ 정도의 달팽이 알에 열을 가해 부화시키고 심장 박동수도 측정했다. 아주 얇은 은나노선과 레이저 공정으로 센서의 크기를 줄여 로봇의 크기를 길이 5㎜ 이하로 줄이는 데 성공했다.

2022년 조진한 고려대 교수 연구팀과 고제성 아주대 교수 연구팀은 고전도·고신축성 하이드로젤 전극을 제작할 수 있는 기술을 확보해 고성능·저전력 연성 구동기와 초소형 수상 로봇을 개발했다. 하이드로젤은 기능성과 자극 응답성이 우수해 차세대 초소형 로봇 구동기 핵심 재료로 주목받는다.

지난해 고려대 안암병원은 김상현·최혁순·금보라 소화기내과 교수, 고려대 공대, 엔도로보틱스 공동 연구진이 위장관 치료를 위한 초소형 로봇 내시경 기술을 세계 최초로 개발하고 직접 시술하는 데 성공했다. 연구진은 내시경에 탈부착할 수 있는 초소형 로봇을 활용해 위와 대장 병변의 내시경 점막하절제술을 수행한 동물실험 결과, 기존 시술보다 조직을 절개하는 속도가 2배 이상 빠르고 합병증이 적었다고 밝혔다.

이 밖에도 지난해 국방기술진흥연구소는 LIG넥스원, 서울대, 한국전자통신연구원(ETRI), 한국과학기술원(KAIST) 등과 함께 ‘초소형 지상로봇 군집운용 통제기술 무기체계 패키지형 핵심기술 과제’에 착수했다. 개미나 벌 같은 곤충 등 초소형 생체를 모방한 기술을 로봇에 적용해 군집으로 운용하는 것이 사업 목표다.