해양 탐사 등 응용분야 많아
[데일리비즈온 심재율 전문기자] 코넬대학 유기 로봇 연구소(Organic Robotics Lab)의 엔지니어 팀은 전기 혈액으로 움직이는 부드러운 몸체의 물고기 로봇을 만들었다.
솔배감펭(lionfish) 모양의 이 작은 물고기 로봇은 에너지를 효율적으로 이용하기 위해 ‘전기혈액’을 이용한다. 이 전기혈액은 에너지원 역할을 할 뿐만 아니라, 추진력을 만들어내기 위해 유압적으로 작용한다. 이러한 바이오 방식의 접근법은 로봇 개척의 큰 도전 과제 중 하나인 질량 대 전력 문제를 해결한다.
로봇이 더욱 발전하려면 배터리 문제가 해결되어야 한다. 배터리를 달아 무거워지면 로봇의 크기나 기동성 속도 등에 큰 영향을 미친다. 따라서 만약 에너지를 저장하는 배터리가 배터리 외의 다른 용도로 활용될 수 있다면 문제는 절반으로 줄어들 것이다.
연구 공동저자인 제임스 피쿨(James Pikul)이 설계한 이 솔배감펭 물고기 로봇의 길이는 40cm로 실리콘으로 만들어졌다. 실리콘으로 제작된 만큼 부드럽고 신축성이 있다.
이 로봇안에는 두 개의 유압 펌프가 있다. 각 펌프는 서로 연결된 아연-요오드 배터리에 의해 작동된다. 한 펌프는 꼬리의 한쪽에서 다른 쪽으로 액을 이동시켜 꼬리를 움직이며, 다른 한 펌프는 등지느러미에 저장된 액을 가슴 지느러미로 펌프한다. 그러나 아직 속도라고 하기에는 너무 느려 분당 수십센티미터를 움직인다.
부드러운 유압 로봇이 새로운 아이디어는 아니지만, 에너지를 공급하는 추가적인 일을 유압액에 맡기는 것은 새로운 아이디어다. 액체(로봇 피라 불리는 전해액)를 전기적, 기계적 에너지로 사용함으로써 물고기 모양의 로봇의 질량을 현저히 감소시켜 에너지 저장량을 증가시킨다.
연구팀은 동물이 피를 동력원으로 활용하듯 전해액을 활용하는 2차전지인 ‘산화환원반응(레독스) 흐름 배터리’(RFB)를 활용했다. 배터리에 음극액과 양극액을 막으로 분리한 채 담으면 둘 사이에 전기의 흐름이 생기는 원리를 이용하는 전지다.
이를 두고 ‘흐름 배터리’로 부르는 이유는 음극액과 양극액을 펌프로 계속 순환시켜 전해액을 공급하기 때문이다. 이것은 로봇이 재충전이 필요하기 전에 36시간 동안 자율적으로 헤엄칠 수 있다는 것을 의미한다.
"자연 속에서 우리는 유기체가 정교한 작업을 하면서 얼마나 오랫동안 활동할 수 있는지를 볼 수 있다"고 기계 및 항공 우주 공학 부교수인 롭 세퍼드(Rob Shepherd) 교수는 말한다.
하이브리드 배터리·유압 합성 혈관 시스템은 리튬 이온 배터리에 비해 특별히 강력하지는 않지만, 거의 모든 공간이나 형태에 주입될 수 있다는 장점이 있다.
이러한 유연성은 특정 작업을 위해 로봇을 설계하거나 어색한 공간을 탐색할 때 특히 유용할 수 있는데, 기존 배터리는 설계의 물리적 비율에 과도하게 영향을 미쳐 범위를 제한할 수 있기 때문이다.
이번 개발은 더 효율적이며, 자율적인 수중 로봇을 향한 또 다른 한 걸음이다. 해양 탐사, 파이프라인 검사, 해저 케이블 등에 이용될 잠재력이 크다.
유연하고 부드러운 체형의 로봇은 단단한 체형의 로봇을 배치하는 것이 너무 위험할 수 있는 산호초와 같은 민감한 환경에서 중요한 역할을 할 수 있다.
