서울대 연구진, '헤엄치는 나뭇잎' 로봇 개발…수중탐사·해양환경유지 활용 기대

조규진 서울대 기계공학부 교수 공동연구팀 성과

'나뭇잎 팔랑임'에서 영감…사이언스로보틱스 게재

나뭇잎의 팔랑거리는 낙하운동에서 영감을 받아 제작된 헤엄치는 나뭇잎 로봇의 모식도. [사진=서울대 제공]

서울대학교 공과대학은 조규진 기계공학부 교수(인간중심소프트로봇기술연구센터장) 공동연구팀이 종이처럼 얇은 몸체로 물 속을 헤엄쳐 이동할 수 있는 수중 소프트 로봇 기술을 개발했다고 22일 밝혔다.

연구진은 얇은 피부 형태의 밀도 분포 제어 기술을 개발했다. 이를 통해 종이처럼 얇은 구조의 새로운 수중 거동 형태를 만드는 데 성공했다. 이 성과는 수중 소프트 로봇의 새로운 형태와 기능성을 제시한 연구로 인정받아 로봇 분야 세계적 권위지인 '사이언스 로보틱스(Science Robotics)'에 21일자로 게재됐다.

연구진은 나뭇잎이 추진력 없이 공기 중에서 팔랑이며 낙하하는 운동에서 핵심 원리에 대한 영감을 얻었다. 연구진은 이 움직임이 물체 밀도 분포에 크게 의존하고 수중에서 더욱 극대화된다는 점을 규명하고, 밀도 분포 제어 기술로 이 움직임을 제어해 수중에서 원하는 위치로 이동할 수 있게 만들었다.

이 기술은 밀리미터 수준의 작은 크기부터 수미터 이상의 대면적 물체에 광범위하게 활용될 수 있고, 탐사와 해양환경 유지를 위한 여러 기능을 집적시킬 수 있다. 이 가능성을 보이기 위해 연구진은 소규모 물탱크에서 기름 흡착 시트가 스스로 헤엄쳐 기름 유출 구간에 도달해 오염물질을 제거하는 개념을 제안했다. 다만 이를 실현하기 위해 배터리와 전자회로를 탑재하고 유동이 있는 물 속에서의 움직임을 제어하는 기술은 후속 연구를 요한다.

조규진 교수는 "이 연구는 얇은 소프트 로봇이 수중에서 나뭇잎의 움직임과 유사한 새로운 형태의 거동을 할 수 있는 개념을 처음으로 보여준 연구"라며 "해양 오염, 쓰레기 등을 제거할 수 있는 새로운 형태의 수중 소프트 로봇을 개발할 수 있는 가능성을 제시했다"고 설명했다.

이 연구는 한국연구재단 선도연구센터 사업과 기초연구사업 학문후속세대양성 사업의 지원을 받아 수행됐다.
 

연구팀이 개발한 피부 형태의 부력 제어 기술과 이를 활용한 헤엄치는 나뭇잎 모식도(a). 부력 제어 원리. 탄성 중합체(외력의 영향을 많이 받는 고분자 화합물) 내부에 끓는점이 낮은 기체를 삽입한 구조를 제작해 열에 반응해 큰 부피 변화를 일으켜 부력을 제어하는 개념 모식도(b). [사진=서울대 제공]