장수풍뎅이의 날개를 모방한 마이크로 로봇

 

(Credit: Phan et al.)

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곤충은 지상에서 가장 성공한 동물이라고 할 수 있습니다. 생물량과 종 다양성 모두 다른 동물문이 견주기 힘들 정도로 많기 때문입니다. 곤충의 성공 비결은 여러 가지이지만, 그중에서도 가볍고 뛰어난 날개를 빼놓을 수 없을 것입니다. 곤충의 탁월한 비행 능력은 작은 동물이라는 한계를 극복하고 넓은 서식 범위를 지닐 수 있는 비결입니다.

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과학자들은 오랜 세월 곤충의 비행 능력을 모방한 로봇을 만들기 위해 노력했지만, 곤충처럼 작고 효율적인 비행 능력을 지닌 로봇을 개발하기는 어려웠습니다. 하지만 오랜 연구 끝에 하나씩 결과물들이 나오고 있습니다.

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건국대학교 KU융합과학기술원 박훈철 교수(스마트운행체공학과)와 박교수 연구팀에서 박사 과정을 미친 스위스 로잔 연방공대의 판 호앙 부 (Hoang-Vu Phan) 박사후연구원은 장수풍뎅이의 뒷날개를 모방한 18g 무게의 초소형 마이크로 로봇을 개발했습니다.

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박교수는 오랜 세월 장수풍뎅이의 비행 원리를 연구해 2020년 KUBeetle을 개발했습니다. 그리고 후속 연구를 통해 장수풍뎅이가 뒷날개를 펼치고 접는 과정까지 모방한 마이크로 로봇을 개발했습니다.

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(동영상)

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사실 장수풍뎅이가 뒷날개를 안전하게 펼치고 접는 방식에 대해서는 논쟁이 있어 왔습니다. 장수풍뎅이는 좁은 공간에 날개를 안전하게 수납한 후 필요할 땐 순식간에 펼쳐 비행할 수 있습니다. 연구팀은 장수풍뎅이가 별도의 근육이나 관절을 사용하는 것이 아니라 날개를 퍼덕이면서 수동으로 접혀 있는 날개를 펼치고 접을 때도 수동적으로 앞날개에 의해 종이접기처럼 접힌다는 사실을 발견했습니다. 이 구조를 모방하면 매우 단순하고 효과적인 날개 수납 방법을 개발할 수 있습니다.

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연구팀은 풍뎅이 로봇이 앞으로 우주 탐사 같은 특정 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 가볍고 접을 수 있는 날개 구조는 크기와 부피를 최대한 줄여야 하는 화성 탐사 로봇 등에 활용하면 제격일 것으로 생각됩니다. 또 군사 목적의 정찰 드론 역시 병사들이 휴대하기 편하게 무게와 부피를 줄일 수 있다면 큰 도움이 될 것입니다.

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곤충을 모방한 로봇은 많은 연구가 이뤄지긴 했지만, 아직은 실용화된 사례가 별로 없습니다. 장수풍뎅이 드론이 가까운 미래에 상용화의 스타트를 끊게 될지 궁금합니다.

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참고

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https://techxplore.com/news/2024-08-microrobot-wing-dynamics-rhinoceros-beetles.html

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https://zdnet.co.kr/view/?no=20240801175215

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Hoang-Vu Phan et al, Passive wing deployment and retraction in beetles and flapping microrobots, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07755-9