재료 과학, 분산 알고리즘, 제조 공정 등에서의 진보가 로봇 소재를 혁신하고 있다. 이러한 진보는 실제적인 촉감을 가지는 인공 기관, 스스로 손상을 탐지하고 수리하는 교량, 위장 능력을 가지는 자동차 등을 일상적인 현실로 다가오도록 만들고 있다고 미국 콜로라도 대 볼더 캠퍼스(University of Colorado at Boulder)에서 컴퓨터 과학 전공의 조교수인 니콜라우스 코렐(Nikolaus Correll)과 연구 보조자인 마이클 맥커보이(Michael McEvoy)가 2015년 3월 20일에 발표된 미국의 과학 잡지인 사이언스(Science)의 리뷰 기사에서 전했다.
니콜라우스 코렐 조교수의 연구소와 다른 연구자들에 의하여 개발되고 있는 로봇 소재는 종종 자연에서 영감을 얻고 있다. “우리는 환경에 따라 외관을 변경하는 오징어(cuttlefish), 나무 몸통이 점점 자라면서 증가하는 무게를 지지하기 위하여 지상에서 뿌리를 자라게 하는 반얀 나무(banyan tree) 등과 같은 생물을 관찰하였다. 우리는 이러한 시스템을 공학적으로 만들려면 무엇이 필요할까를 자문하였다”고 니콜라우스 코렐 조교수가 말했다.
로봇 소재는 자극에 대한 감지, 연산, 토대가 되는 소재의 특성 변경 등을 포함하는 구성 요소 상호간에 긴밀한 통합이 요구된다. 소재는 이미 특정한 자극에 반응하여 자신의 특성 일부를 변경하도록 프로그래밍될 수 있는 반면에, 로봇 소재는 자극을 감지하고 이에 대하여 스스로 어떻게 반응할지를 결정할 수 있다.
니콜라우스 코렐과 마이클 맥커보이는 마이크가 갖추어진 인공 피부의 사례를 이용하였다. 여기서 마이크는 인공피부가 표면을 문지를 때 발생하는 질감의 소리를 분석하며, 중요한 사건이 발생했을 때에만 정보를 중앙 컴퓨터에 전송한다. “인간의 감각 시스템은 옷을 피부로 문지를 때의 느낌과 같은 것을 자동으로 걸러 낸다. 수천 개 정도의 센서를 가지는 인공 피부도 같은 기능을 수행할 수 있으며, 무엇인가 새로운 것을 접촉하였을 때에만 중앙 컴퓨터에 보고할 수 있다”고 니콜라우스 코렐 부교수가 설명했다.
저자들은 비록 모든 소재들이 가능하지만, 이를 제조할 수 있는 방법은 여전히 해결해야 할 난관이라고 밝혔다. “현재 우리는 이러한 것들을 연구실에서 더 큰 크기로 만들 수 있다. 그러나 이를 작게 축소할 수 없다. 나노미터 혹은 마이크로미터 규모의 제조법도 마찬가지여서, 우리는 이러한 작은 규모의 제조법을 건물 외벽과 같은 큰 규모로 확대할 수 없다”고 니콜라우스 코렐 부교수가 말했다.
그리고 이 분야는 교육적 측면의 격차도 존재한다고 저자들이 말한다. 로봇 소재를 개발하는 데에는 여러 학문 분야가 관련된 지식을 요구한다. 그러나 현재 시행되고 있는 재료 과학, 컴퓨터 과학 혹은 로봇 교육과정 단독으로는 이러한 학제적 특성을 제공하고 있지 않다.
니콜라우스 코렐 부교수는 콜로라도 대 볼더 캠퍼스(University of Colorado at Boulder)에서 이러한 교육적 측면의 간극을 “생각하는 소재(Material That Think)”라고 불리는 대학교 1학생 수준의 공학 프로젝트를 통하여 해결하고 있다. “우리는 공대생들에게 자신의 배경이 무엇이든지 상관없이 소재와 연산 모두를 노출시키고 있다”고 니콜라우스 코렐 부교수가 말했다.
니콜라우스 코렐 부교수는 종국적으로 로봇 소재가 압력을 감지하여 자신의 강성(stiffness)을 걷기나 달리기에 맞추어 조절할 수 있는 운동화처럼 일상생활 용품에서 사용될 수 있을 것이라고 믿고 있다.
“우리는 이러한 소재가 각각에 액추에이터, 센서, 작은 컴퓨터 등을 포함하는 작은 패치들로 구성될 것이라고 상상할 수 있다. 그러나 사람들은 이러한 복잡한 기술이 경제적으로 감당할 수 있을 수준이 될 것이라고는 쉽게 상상하지 않는다. 나는 지난 10년간 스마트폰이 보여준 놀라운 진보가 조만간 이러한 로봇 소재도 경제성을 갖게 될 것이라는 것을 시연하였다고 생각한다”고 니콜라우스 코렐 부교수가 설명하였다.
출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』
