장수풍뎅이의 날개를 모방한 마이크로 로봇

(Credit: Phan et al.)

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.

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.

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.

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

(동영상)

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.

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.

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

참고

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

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

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

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