"곤충 로봇이 밝힌 자연의 비밀…작지만 강한 잠재력"

고제성 교수 "웨어러블·인체 근접 디바이스에 쓰게 될 것"

[서귀포(제주)=신영빈 기자] "로봇을 만들고 나서 알게 됐습니다. 소금쟁이는 물 표면을 '스프링'처럼 쓰고 있더라. 로봇이 오히려 자연의 원리를 증명해 준 셈입니다."

고제성 아주대학교 기계공학과 교수가 11일 제주 부영호텔&리조트에서 열린 국방로봇학회 학술대회에서 곤충 크기 마이크로 로봇과 '기계적 지능' 개념을 소개하며 "로봇이 자연의 원리를 증명하는 도구가 될 수 있다"는 메시지를 던졌다.

고 교수는 이날 '기계적 지능을 기반으로 한 생체 영감 마이크로 로봇'을 주제로 발표에 나섰다. 그는 "여기서 가장 중요한 부분은 마이크로 로봇인데 실제 사이즈가 마이크론 정도는 아니고 실제 크기는 한 밀리미터 스케일, 그러니까 곤충용 스케일이라고 보시면 된다"고 설명했다.

고제성 아주대학교 기계공학과 교수가 11일 제주 부영호텔&리조트에서 열린 국방로봇학회 학술대회에서 '기계적 지능을 기반으로 한 생체 영감 마이크로 로봇'을 주제로 발표하고 있다. (사진=지디넷코리아 신영빈 기자)

"곤충에서 찾은 지능…재료와 구조가 만든다"

고 교수는 인공지능(AI)과 대비되는 개념으로 '기계적 지능'을 제시했다.

그는 "인공지능은 배우고 추론하고 인지하는 걸 컴퓨터가 하는 그런 개념"이라고 짚었다. 이어 "저는 뼈속까지 기계과이기 때문에 이런 개념이 기계적인 어떤 개념에도 있지 않을까 생각했다"며 다음과 같이 정의를 내렸다.

"우리가 원하는 행동을 수행하는 머티리얼·메커니즘·스트럭처를 기계적 지능이라고 하고, 여기에 들어가는 인풋은 기계적 요소입니다. 힘과 마그네틱 필드, 온도, 압력 같은 외적인 미케니컬 스티뮬라이를 통해서 우리가 원하는 X, X닷, X투닷을 만들어내는 재료·구조가 자연에 많이 있습니다."

곤충 다리의 탄성 구조, 자벌레 발처럼 수동적으로 물체를 꽉 잡는 그리퍼 메커니즘 등은 모두 이런 "기계적 지능"의 예로 소개됐다. 복잡한 센서·제어 없이도 환경에 맞춰 알아서 버티고, 잡고, 방향을 바꾸는 구조 자체가 이미 일종의 '지능'을 갖고 있다는 설명이다.

고제성 아주대학교 기계공학과 교수가 11일 제주 부영호텔&리조트에서 열린 국방로봇학회 학술대회에서 '기계적 지능을 기반으로 한 생체 영감 마이크로 로봇'을 주제로 발표하고 있다. (사진=지디넷코리아 신영빈 기자)

"곤충 크기 로봇, 형상기억합금이 열어준 세계"

고 교수는 자신이 오랫동안 다뤄온 형상기억합금(SMA)을 두고 "애증의 재료"라고 표현하면서도, 곤충 크기 로봇에는 사실상 대체제가 없다고 강조했다.

그는 "형상기억합금을 액추에이터로 많이 썼다"며 "이 재료는 정말 오늘도 다르고 내일도 다른 그런 특성을 보여서 많은 분들이 쓰다가 갖다 버리는 수순이 많았는데, 지금에 있어서 이거 빠질 수 없는 특징 때문에 아직도 쓰고 있다"고 말했다.

이어 "작은 스케일에서는 형상기억합금의 변형이 일반 금속보다 훨씬 크다. 7~8%는 느껴질 정도로 늘어난다"며 "모터보다 작은 스케일은 솔루션이 없다고 봤는데, 이 아이가 그걸 대체해 줬다"고 설명했다.

손톱·동전 크기의 구조에서 SMA와 얇은 컴플라이언트 빔을 조합하면 자기 질량의 수백 배를 들어 올리는 강력한 액추에이터를 만들 수 있다는 것이다.

고제성 아주대학교 기계공학과 교수가 11일 제주 부영호텔&리조트에서 열린 국방로봇학회 학술대회에서 '기계적 지능을 기반으로 한 생체 영감 마이크로 로봇'을 주제로 발표하고 있다. (사진=지디넷코리아 신영빈 기자)

"자연을 모사해 자연을 입증하다"

이와 함께 핀조인트 대신 필름 하나로 관절을 구현하는 구조를 제시하며 "이 논문을 보고 아주 뒤통수를 세게 얻어 맞아서 아직까지 이 연구를 계속하고 있다"며 마찰 없이 휘어지는 필름 조인트가 마이크로 로봇 설계의 핵심 기술임을 강조했다.

발표의 하이라이트는 실제 곤충을 모사한 소형 로봇 사례였다. 고 교수는 소금쟁이 로봇 연구를 소개하며, 로봇이 오히려 자연을 이해하는 과학 도구가 됐다고 설명했다.

그는 "이런 작은 스케일의 로봇을 만들 수 있으면, 실제 소금쟁이는 60mg 정도 되는데 이 로봇은 한 30mg 정도 된다"며 "실제 소금쟁이가 뛸 때의 힘 프로파일을 정확히 미미킹할 수 있는 로봇"이라고 말했다.

이어 "소금쟁이는 이 물 표면을 완전히 트레폴린처럼 사용한다. 서피스 텐션이라고 하는 표면장력만을 이용해야 저렇게 뛸 수 있다는 것을 로봇으로 증명한 것"이라며 "로봇임에도 불구하고 그런 과학적인 발견에 도움을 줬다고 생각한다"고 짚었다.

로봇을 만들어보니, 물 표면이 소금쟁이에게는 실제로 스프링처럼 작동한다는 사실을 역으로 입증하게 됐다는 의미다.

고제성 아주대학교 기계공학과 교수가 11일 제주 부영호텔&리조트에서 열린 국방로봇학회 학술대회에서 '기계적 지능을 기반으로 한 생체 영감 마이크로 로봇'을 주제로 발표하고 있다. (사진=지디넷코리아 신영빈 기자)

"수백·수천 대 곤충 로봇, 전장·웨어러블까지"

고 교수는 곤충 스케일 로봇이 국방·정찰과 같은 전장 환경에서도 의미 있는 역할을 할 수 있다고 내다봤다.

그는 "밀리미터 크기 곤충들이 막 돌아다니는 것처럼 파워도 작게 들고, 만드는 데 돈도 그렇게 많이 안 든다"며 "수백 대, 수천 대를 만들자고 하면 돈이 많이 안 들게도 만들 수 있다고 생각한다"고 말했다.

그러면서 "그런 아이들이 군집으로 움직이면 얻을 수 있는 정보는 아주 막대하다"며 "일반 로봇이나 사람이 못 들어가는 몸속, 해저 지역, 전장에 이런 인섹트들이 가서 정보를 수집한다면 애플리케이션이 될 수 있다"고 덧붙였다.

그는 웨어러블·인체 가까운 디바이스를 향후 핵심 응용 분야로 꼽았다.

고제성 아주대학교 기계공학과 교수가 11일 제주 부영호텔&리조트에서 열린 국방로봇학회 학술대회에서 '기계적 지능을 기반으로 한 생체 영감 마이크로 로봇'을 주제로 발표하고 있다. (사진=지디넷코리아 신영빈 기자)

"사람한테 가까운 기기에 이런 기술이 쓰이길 바랍니다. 시계, 폰 같은 크기 로봇이 있어야 사람 몸에 항상 지닐 수 있고, 사람 인포메이션이나 커뮤니케이션에 쓰일 수 있습니다. 이것이 최종적인 애플리케이션이 될 것입니다."

고 교수는 발표를 마무리하며, 곤충 스케일 마이크로 로봇이 단순한 '작은 장난감'이 아니라, 자연과 산업, 국방과 일상 사이를 잇는 새로운 매개체가 될 수 있다고 강조했다.