서울대 김호영 교수. 오른쪽 사진은 김 교수 연구팀이 개발한 ‘하이그로봇’의 다양한 형태. /사진제공=서울대국내 연구진이 ‘물’을 에너지원으로 삼아 움직이는 로봇을 개발했다.
서울대학교 공과대학은 기계항공공학부 김호영 교수 연구팀이 공기 중의 수분을 흡수해 움직이는 소프트로봇 ‘하이그로봇’(Hygrobot)을 개발했다고 25일 밝혔다.
김 교수 연구팀은 수분 양의 조절만으로도 운동을 할 수 있는 식물에서 동기를 얻어 로봇기술에 적용했다. 야생 밀과 제라늄의 씨앗은 건조한 땅에서 살아남기 위해 특수한 꼬리를 움직여 스스로 땅을 파고 들어간다. 연구팀은 이 씨앗의 운동 원리를 적용, 공기 중의 습도를 최대한 빨리 빨아들이고 많이 휘어지는 구조를 구상했다.
이 씨앗들의 꼬리는 수분과 닿아 부풀어 오르는 층과 부풀어 오르지 않는 층을 덧댄 구조를 갖고 있다. 주위 습도가 높으면 한쪽으로 휘어지고 습도가 낮으면 반대쪽으로 휘어진다.
연구팀은 씨앗 꼬리의 수분을 빨아들이는 층을 확대 관찰해 얇은 가닥들이 한 방향으로 배열해 있는 구조로 이뤄져 있다는 사실을 발견했다. 같은 원리로 나노섬유를 한 방향으로 쌓아 습도에 빠르게 반응하면서 많이 휘어지는 로봇 구동기를 제작했다. 이 구동기에 특수 고안된 다리를 달아 바닥 위에서 고속으로 이동하는 로봇을 완성했다. 이 로봇은 습한 표면에 올려놓기만 해도 증발로 인한 공기 중의 습도 차이를 이용해 계속 전진할 수 있다.
김 교수팀의 연구 결과는 몸길이 수 cm 이하의 마이크로봇 개발에서 가장 장애물이었던 ‘에너지원’에 대한 난제를 해결했다는 점에서 의의를 갖는다. 전기 배터리는 무게 때문에 마이크로봇 외부에 전선을 연결해야 했고, 동물의 움직임을 모방하려는 방식은 근육의 복잡한 구조와 영양분 섭취 등의 문제가 있었다.
김 교수는 “이번에 개발한 하이그로봇은 사물인터넷(IoT) 기술의 하나로, 전장이나 환경오염 지역에 뿌려서 정보를 수집하는 스마트더스트(smart dust) 분야나 사람 피부 위에 놓고 치료에 필요한 약물을 전달하는 의료 분야에 활용할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
이번 연구는 삼성전자 미래기술육성센터, 한국연구재단, 국방생체모방자율로봇특화연구센터의 지원을 받아 수행됐다. 이번 연구 결과는 세계적 로봇 학술지인 ‘사이언스 로보틱스’ 25일자 온라인 판에 게재됐다.
