(유리를 본떠 만든 혁신적인 바퀴를 장착한 화성 표면 로봇은 모래 위를 '헤엄칠'할 수 있습니다. (사진: 마르코 슈미트 / 뷔르츠부르크 대학교))
화성은 사막 행성으로 알려져 있습니다. 화성의 모래는 사실 레골리스라는 매우 미세하고 날카로운 암석 입자들로 지구의 모래와는 다소 다르지만, 그럼에도 바퀴를 통해 이동하기엔 쉽지 않은 지형임에 틀림없습니다. 지금까지 화성 로버들은 둥근 바퀴를 이용해 거칠고 빠지기 쉬운 모래 지형을 통과해 왔습니다.
뷔르츠부르크 대학의 임베디드 시스템 및 지구 관측 센서(ESSEO) 분야의 컴퓨터 과학자이자 교수인 마르코 슈미트(Marco Schmidt, Professor for Embedded Systems and Sensors for Earth Observation (ESSEO))가 이끄는 연구팀은 브레멘 대학의 연구팀과 협력해서 사막 생물에 영감을 얻은 새로운 로버를 개발하고 있습니다.
이들이 영감을 받은 생물은 바로 동물은 도루묵도마뱀(또는 샌드피쉬 스킨크, Sandfish skink)입니다. 이 도마뱀은 사막의 모래 속을 마치 물속을 헤엄치듯 이동하는 독특한 습성 때문에 '모래 물고기(Sandfish)'라는 별명을 지니고 있습니다. 도루묵도마뱀은 모래 속으로 굴을 파고 들어가 사막 모래 속을 말 그대로 '헤엄쳐' 사냥을 하거나 포식자로부터 도망칠 수 있습니다. (아래 내용 정리)
(도루묵도마뱀은 30초 이후)
화성 탐사 임무 중 로버는 모래, 자갈, 경사면, 그리고 일반적으로 고르지 않은 지형을 헤쳐나가면서도 기동성, 안정성, 효율성을 유지해야 합니다. 하지만 기존의 바퀴 디자인은 저속 주행에 최적화되어 있어 무른 지면에서 미끄러지거나, 가라앉거나, 갇히는 경향이 있습니다. 실제로 기존의 화성 로버들은 매우 천천히 움직였습니다. 이동 성능도 문제이지만, 거친 지형에서 한 번 실수 하면 복구가 불가능하기 때문에 매우 신중히 움직인 것입니다.
연구팀은 도루묵 도마뱀처럼 모래 위를 구르는 것이 아니라 "헤엄치는" 새로운 바퀴를 화성 탐사선에 개발했습니다. 이 바퀴는 도마뱀이 지면과 상호작용하는 방식, 즉 종방향 및 횡방향 힘을 발생시키는 방식을 모방합니다. 따라서 로버는 모래에 직선 대신 사인파 곡선 모양의 자국을 남기면서 헤엄치듯 이동합니다.
슈미트 연구팀은 브레멘에 있는 독일 인공지능 연구센터(DFKI) 및 브레멘 대학교와 협력하여 모래밭과 탁 트인 들판에서 로버를 테스트했습니다. 그 결과, 로버가 모래 위에서 훨씬 빠르고 안정적으로 움직이는 것으로 나타났습니다. 연구팀은 몇 차례 설계를 바꿔가면서 모래 위에서 빠지지 않고 움직일 수 있는 헤엄치는 바퀴 구조를 개선했습니다.
현재 연구팀은 독일 우주국 (DLR)과 함께 화성의 마리너 계곡 (Valles Marineris ) 탐사 로버인 VaMEx (Valles Marineris Explorer)를 개발하고 있습니다. 실제 로버에 생체 모방형 바퀴 구조가 활용될 수 있을지 주목됩니다.
참고
https://www.uni-wuerzburg.de/en/news-and-events/einblick/single/news/sandfish-mars-rover/
https://newatlas.com/robotics/mars-rover-lizard-inspired-wheels-swim-sand/
(Gemma 4 요약)
🦎 도루묵도마뱀 (학명: Scincus scincus)
도루묵도마뱀(또는 샌드피쉬 스킨크, Sandfish skink)은 사막의 모래 속을 마치 물속을 헤엄치듯 이동하는 독특한 습성 때문에 '모래 물고기(Sandfish)'라는 별명을 가진 도마뱀입니다. 특유의 귀여운 생김새와 신비로운 움직임 덕분에 반려동물로도 인기가 높습니다. [1, 2, 3]
🏜️ 서식지 및 환경
주요 서식지: 북아프리카 사하라 사막부터 아라비아 반도에 이르는 건조한 모래 지대. [3, 4]
내한성: 지구상에서 가장 생존이 힘든 환경 중 하나인 사막에서도 잘 적응하며, 32~54°C의 고온에서도 매우 강하고 회복력이 뛰어납니다. [19]
🌊 독특한 생물학적 특징: '모래 헤엄'
이동 방식: 다리를 노처럼 젓는 것이 아니라, 다리를 몸 옆에 붙인 채 몸 전체를 S자 형태로 구불거리는(Undulatory gait) 움직임으로 모래 속을 헤엄칩니다. [8, 14, 16]
에너지 효율: 연구에 따르면, 도루묵도마뱀은 자신의 해부학적 구조를 활용하여 최소한의 에너지로 모래 속을 이동할 수 있는 **최적의 파형(Optimum waveform)**을 사용하여 움직입니다. [15, 17]
생존 전략: 모래 속으로 잠수하는 행동은 체온을 조절하여 열기를 피하거나, 사하라 모래독사(Saharan sand viper)와 같은 포식자로부터 자신을 보호하기 위한 수단입니다. [6, 9]
🔍 신체적 특징
외형: 몸길이는 꼬리를 포함하여 약 20cm 정도이며, 몸은 매끄럽고 윤기가 나는 비늘로 덮여 있습니다. 색상은 황갈색(Yellow-caramel) 바탕에 검은 갈색의 가로 줄무늬가 있는 매력적인 패턴을 가집니다. [7, 10]
특수 구조:
머리: 쐐기 모양의 긴 코와 바구니 모양의 아래턱을 가지고 있습니다. [10]
눈과 귀: 모래 유입을 막기 위해 구슬 같은 눈꺼풀을 가지고 있으며, 코와 귀 역시 모래가 들어가지 않도록 특수하게 작고 밀폐된 구조로 되어 있습니다. [10]
발: 짧고 튼튼한 다리에 넓고 평평한 삽 모양의 발을 가지고 있어 모래를 파기에 적합합니다. [10]
호흡 방식: 완전히 모래에 파묻힌 상태에서도 모래 알갱이 사이의 미세한 공기 주머니를 통해 호흡할 수 있습니다. 특수하게 형성된 호흡관이 폐에 모래가 들어가는 것을 막아주며, 걸러진 모래 입자는 재채기를 통해 배출합니다. [10]
🍴 식성 및 사냥
식성: 곤충을 먹고 사는 식충성(Insectivore) 동물입니다. [18]
사냥 방식: 모래 속에 숨어 있다가 근처에 있는 곤충이 움직이며 만드는 **진동(약 3Hz의 주파수)**을 감지하여, 위치를 파악한 뒤 순식간에 덮쳐 사냥합니다. [6, 18]
📜 문화적 배경
이슬람 신화: 13세기 알제리에서 유래된 이슬람 신화에서 도루묵도마뱀은 중요한 비중을 차지합니다. 오늘날에도 해당 지역의 유목 부족들은 모래 속으로 잠수해 포식자를 피하는 도루묵도마뱀의 능력을 사막의 위험으로부터 보호해 주는 축복이라고 믿으며 애지중지 기르기도 합니다. [5, 6]
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