최근 펜실베이니아 피츠버그에서 열린 미국 물리학회 유체역학 분과 회의에서 스위스 웨스턴 대학과 스위스 연방 공대에서 항공역학을 가르치고 있는 Flavio Noca 교수가 새로운 구형 조인트 메커니즘의 펭귄형 추진 시스템을 발표했다.
펭귄의 날개 움직임에 기반한 이 메커니즘은 고정된 회전축과 더불어 3자유도계의 움직임을 가능하게 하는 구형 조인트 형상을 가졌다. Flavio Noca 교수는 “동물의 어깨 연결부와는 달리 이러한 구형 조인트는 프로펠러와 같이 중심축을 기준삼아 무제한 회전이 가능한 구조”라고 설명했다.
한편 연구진들은 이러한 구조에서 높은 토크와 고강도를 유지하기 위한 기술적 노력을 이어왔다. 마치 사람의 한쪽 손에 약 5㎏의 무게를 들어올리는 것과 같은 난관을 해결하기 위해 연구진은 높은 진동 및 진폭에서도 강도를 유지할 수 있도록 병렬다관절 구조를 채택했다. 그들은 이러한 구조에 대해 “모터가 고정되어 있어 관성이 낮고 고정축 회전에서 2.5㎐로 작동하며 ±60° 내의 운동과 무한 회전이 가능한 구조”라고 전했다.
로봇을 비롯해 각종 추진 장치에 활용될 수 있는 이 장치는 1991년 남극 대륙의 아이맥스 영화 한 장면에 적힌 ‘황제 펭귄이 육지에서 뒤뚱거릴지는 몰라도 물속에서는 초속 7m/s에 달하는 속도를 낼 수 있는 로켓과 같다’는 문구에서 출발했다. 당시 항공공학 대학원생이었던 Flavio Noca 교수는 “높은 기동력과 효율적인 유체역학 특성을 가진 새로운 추력 기술을 개발하는 데 이러한 펭귄의 빠른 수영 능력에 주목했다”며 동기를 밝혔다.