왼쪽부터 스탠포드 대학교 송서우 박사, 메테오바이오텍 이수민 박사, 권성훈 교수, UNIST 신소재공학부 김지윤 교수 / 사진. 서울대학교

 

서울대학교 공과대학은 전기정보공학부 권성훈 교수가 울산과학기술원(UNIST) 김지윤 교수 연구팀, 스탠포드 대학교 송서우 박사와의 공동연구를 통해 펜과 잉크를 이용한 빠르고 간편한 방법으로, 내·외부 조작 없이도 제작 시 설계된 다양한 움직임을 선보일 수 있는 로봇 제작 기술을 개발했다고 밝혔다.

연구팀은 마랑고니 효과를 응용해 액체의 계면에서 내·외부 조작 없이 움직이는 로봇을 개발했다.

마랑고니 효과는 액체 계면의 표면장력이 일정하지 않을 때, 계면 위의 물체가 표면장력이 낮은 곳에서 높은 곳으로 이동하는 현상이다. 소금쟁이가 계면활성제를 분사해 포식자로부터 빠르게 도망치는 것이 자연 속에서 찾을 수 있는 마랑고니 현상의 대표적인 사례이다.

마랑고니 효과를 이용하는 로봇을 제작하고자 하는 시도는 과거에도 있었으나, 로봇의 움직임을 정교하게 제어할 수 없거나 로봇의 움직임을 제어하기 위해서 복잡한 공정과정이 필요하다는 한계가 있었다.

한편 펜은 누구나 간편하게 이용할 수 있는 도구로써, 빠르고 간편하게 복잡한 모양도 표현할 수 있다는 장점이 있다. 연구팀은 펜을 이용해 표면장력을 조절할 수 있도록 잉크를 인쇄함으로써, 잉크가 그려진 모양에 따라 수면 위를 헤엄치는 로봇이 설계된 경로를 따라 이동할 수 있음을 증명했다. 이를 통해 좁은 공간에서의 미로 탐색 및 물 위에서의 물체 운반 등 다양한 작업 수행이 가능하다는 점을 확인했다.

해당 논문의 1저자인 이수민 박사는 “펜을 로봇 제작 도구로 활용해 복잡하고 어렵게 느껴질 수 있는 과정을 누구나 쉽게 접근할 수 있도록 해주는 기술”이라고 설명했다. 이 기술을 이용하면 누구나 쉽게 펜과 용액만으로 물 위에서 자유롭게 유영하는 마랑고니 로봇 제작이 가능하다.

펜을 이용한 제작 방식은 다양한 표면에 적용이 가능해 종이, 플라스틱, 나뭇잎 등 일상생활 속 주변에서 찾을 수 있는 여러 재료를 이용한 로봇 제작을 가능하게 해준다. 공동연구를 진행한 송서우 박사는 “이번 연구로 개발한 펜 기반 로봇 공정기술을 시간에 따라 형태가 변하는 기판 위에 적용하면 우주로 쏘아 올리는 다단계 로켓과 같은 움직임을 설계할 수 있다”고 말했다.

김지윤 교수는 “이번에 개발한 기술은 굉장히 직관적으로 로봇을 제작하고 움직임을 설계할 수 있는 방법으로, 차세대 지능형 로봇의 접근성을 높일 뿐만 아니라 로봇 개발 프로세스를 다각화해 응용 분야 확대에 기여할 수 있을 것으로 생각한다”고 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단(NRF), 4단계 두뇌한국 21(BK 21 FOUR), 한국재료연구원의 지원을 받아서 이뤄졌으며 해당 연구 결과는 세계적인 학술지 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)에 2023년 6월 16일 게재됐다.