과학기술정보통신부(장관 배경훈, 이하 ‘과기정통부’)는 아주대학교 고제성 교수 연구팀(제1저자 김동진 박사)이 수면 위를 자유자재로 기동하는 곤충 라고벨리아(부채다리 소금쟁이)를 모사한 초소형 로봇을 세계 최초로 개발하는 데 성공했다고 밝혔다.

과기정통부 기초연구사업(우수신진연구, 기초연구실)의 지원으로 수행한 이번 연구 성과는 세계 최고 권위의 학술지「사이언스(Science)」에 8월 22일(현지시간 8.21.(목) 14시, 동부 일광 절약시간) 표지 논문으로 게재*되었다.
 * 논문명 : Ultrafast elastocapillary fans control agile maneuvering in ripple bugs and robots

소금쟁이과의 하나인 라고벨리아는 다리 끝에 있는 부채꼴 구조를 순간적으로 펼쳐 빠른 물살에서도 민첩하게 기동할 수 있는 추진력을 생성한다. 하지만, 이러한 구조가 어떤 원리로 초단시간에 작동하는지는 그동안 밝혀지지 않았다.

이와 같은 자연의 현상을 규명하기 위해서는 동일한 구조를 가진 로봇을 실제로 제작해 같은 방식으로 동작하는지 입증하는 것이 필요하다. 그러나 기존 연구는 단순한 다리 구조나 근육 기반 작동방식(메커니즘)에만 의존하여, 곤충과 같은 속도 조절·회전·제동 등 복잡한 기동을 구현하는 데 한계가 있었다.

고제성 교수 연구팀은 생물학을 연구하는 미국 캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스(UC 버클리, University of California, Berkeley), 조지아 공과대학교(Georgia tech) 연구팀과 협력하여 본격적으로 연구를 시작했으며, 그 결과 수면 위에서 라고벨리아와 동일한 방식으로 동작하는 초소형 로봇을 개발하는 데 성공했다.

연구팀은 21개의 끈 형태의 인공 털로 부채꼴 구조를 제작해 곤충 크기의 로봇에 적용하였으며, 이러한 구조가 물속에서 강한 추진력은 물론 민첩한 방향 전환까지 가능하게 한다는 사실을 확인했다.

이를 통해 연구팀은 라고벨리아의 다리 끝 부채꼴 구조가 근육의 힘으로 펼쳐지는 것이 아니라, 수중 환경과의 상호작용(탄성-모세관 현상*)으로 인해 다리가 물속에 들어가면 0.01초 이내에 스스로 펼쳐지고, 물 밖에서는 즉시 접히는 초고속 자가 변형 구조를 갖는다는 것을 밝혀낸 것이다.
 * 얇고 유연한 구조가 물의 표면장력과, 탄성으로 인해 빠르게 변형되는 현상

이번 연구 성과는 고제성 교수가 박사과정 시절부터 15년간 꾸준히 이어온 소금쟁이의 수면 거동 연구의 축적된 비결(노하우)이 결실을 맺었다는 점에서 더욱 큰 의미가 있다.

연구를 이끈 고제성 교수는“자연계 곤충이 가진 구조적 지능을 규명하고, 향후 환경 점검(모니터링), 구조 활동, 생물 모방 로봇 공학 등 다양한 분야에서 활용될 것이다”라고 연구의 의의를 밝혔다.