막스 플랑크 지능 시스템 연구소가 물고기 소프트 로봇을 개발해냈다. (사진. MAX PLANCK INSTITUTE)

막스 플랑크 지능 시스템 연구소(Max Planck Institute)와 하버드 대학교(Harvard University)의 로봇 공학자들이 소프트 로봇 및 수중에서의 추진력을 연구하고 있다. 이들은 로봇의 추력에 영향을 미치는 매개 변수에 대한 연구 결과에서 물고기의 복잡한 운동에 대한 결론을 도출했다. 

 

부드러운 로보피지컬(robophysical) 모델은 자연 세계에서 관찰되는 복잡한 운동 동작을 해독하는 것을 목표로 한다. 과학자들은 더 나은 로봇을 만들기 위해 디자인 원칙과 운동 능력을 추출하지만, 가장 중요한 것은 동물의 형태 지능에 대한 지식을 얻어야 한다. 연구진들은 ‘물고기 같은 공압 작동 소프트 로봇’ 모델을 이용해 연구를 수행했다. 

 

물고기가 물에서 헤엄 칠 때, 전기 충격은 근육을 통해 파도로 이동한다. 또한 머리부터 꼬리까지, 동물은 앞뒤로 구부러져 운동 중에 전방 추력을 만든다. 연구원은 다른 매개 변수가 수영 운동에 어떤 영향을 미치는지 조사한 한편, 몸이 뻣뻣하거나 플로피인지, 몸이 오른쪽에서 왼쪽으로 얼마나 빨리 움직여 시스템을 추진하는지 등에 대해 측정해 수영에 어떤 영향을 미치는지 알아내고자 했다. 실제 물고기에서는 이러한 매개 변수를 개별적으로 분리해 측정하는 데 어려움이 있는데, 이에 Zane Wolf 주변의 팀은 물고기 로봇을 만들게 됐다.

이 팀은 연성 실리콘으로 제작된 공압 작동식 물고기형 모델을 개발하고, 이를 사용해 다양한 매개 변수에 의해 발생하는 추력과 서로 영향을 미치는 방식을 조사했다. 그들은 통계 선형 모델을 사용해 수영 중에 발생하는 측면 힘과 토크뿐만 아니라 앞으로의 추력을 측정했다.

 

사이버 밸리 독립 연구 그룹 ‘바이오 로보틱 & 체세포 시스템의 운동’ 관계자는 “강성과 빈도가 수영 운동학에 실질적으로 영향을 미치고, 추력에 대한 두 가지 매개 변수의 복잡한 대화식 효과가 있음을 발견했다”라고 밝혔다. 또한 “우리의 물고기와 같은 로봇의 골격이 강할수록 추력을 발생시키는 빈도가 증가한다”고 전했다.

 

강건한 바이오 로보틱 모델의 경우, 주파수가 증가하면 추력과 횡력 모두에서 더 높은 값이 발생했다. 그러나 큰 횡력은 차례로 수영 효율을 감소시키는데, 연구진들은 더 작은 파도 움직임과 좌우 신체 움직임을 적절히 단계적으로 조정해 측면 힘의 진폭을 줄임으로써 효과를 완화했다.

 

관계자는 “이 연구 협력은 동물의 근골격계를 이해하는 것을 목표로 한다”라며, “동물이 사용하는 고유한 기동과 전략을 관찰하고, 로보피지컬 모델링을 통해 형태학적 지능을 해독할 것”이라고 전했다.