‘기술점수 10점 만점에 10점’ 톡토기의 정교한 곡예 도약

아주대 연구팀도 참여 톡토기 도약 활용한 소형 로봇 제작

육각류 절지동물인 ‘톡토기'(springtail)는 날개 없이 톡톡 튀어다녀 탄미류(彈尾類)라고도 불린다. 포식자를 피해 제멋대로 마구 튀어다니는 듯한 톡토기의 도약과 착지가 곡예사처럼 정교한 것으로 밝혀져 소형 로봇 개발에도 활용될 것으로 기대된다.

미국 조지아공대와 과학전문 매체 등에 따르면 메인대학 생체역학 조교수 빅토르 오르테가-지멘네스 박사가 이끄는 연구팀은 톡토기의 도약과 공중 자세, 착지 등을 분석한 연구 결과를 국립과학원회보(PNAS) 최신호에 발표했다.

연구팀은 반(半)수생 톡토기인 ‘이소토무루스 레타르다투스'(Isotomurus retardatus)가 독특한 부속기관을 활용해 수면 위에서 정교하게 도약하고 착지하는 것을 밝혀냈다.

우선 도약 전 몸의 자세와 도약에 이용되는 부속기관인 ‘도약기'(furcula)를 조정해 도약 방향과 속도를 제어한다.

또 도약할 때는 배 밑에 있는 관 모양의 기관인 ‘복관'(腹管)에 물방울을 채우고, 도약 초기 고속으로 회전할 때 U자형으로 몸을 구부리고 복관의 물방울 도움을 받아 20밀리초(1밀리초=1천분의 1초)만에 정상 자세를 취한다.

이어 물 위에 착지할 때도 복관의 물방울 도움을 받아 수면에서 튕겨나지 않는 것으로 밝혀졌다.

연구팀은 표면장력과 관성, 부력, 항력 등을 이용한 유체역학 수리 모델과 초고속 이미지를 통해 톡토기가 복관을 이용해 표면장력파로 에너지를 분출하며 안정적으로 착수하는 것을 확인했다.

오르테가-지메네스 박사는 “복관이 무엇을 위한 것인지 누구도 실험적으로 보여준 적이 없다”면서 “복관은 도약을 제어하고 더 중요하게는 곡예사처럼 완벽하게 착지할 수 있게 안정화하는데 필요하다”고 설명했다.

연구팀은 풍동(wind tunnel) 실험 등을 통해 톡토기의 U자형 자세와 복관에 있는 물방울이 완벽한 착지를 만들어낸다는 점도 확인했다.

오르테가-지메네스 박사는 논문 공동저자로 참여한 아주대 고제성 교수 등과 협력해 톡토기의 행동을 모방한 소형 로봇도 만들었다.

톡토기는 85%의 착지 성공률을 보이는데, 이 로봇의 착지 성공률은 75%에 달했다.

고 교수는 이와 관련, “이번 연구 결과는 안전하게 착륙할 수 있는 곤충 크기의 점핑 로봇에 대한 영감을 줄 수 있으며, 호수와 대양 등의 수면과 같은 새로운 영역에서 로봇의 능력을 확대할 수 있다”고 평가했다.

오르테가-지메네스 박사는 “작은 동물이 할 수 있는 것에 관한 판도라 상자를 이제 막 열었다”면서 “크기가 작아 큰 동물처럼 많은 제어력을 갖추지 못했을 것으로 여겨져 온 만큼 이런 작은 규모에서 제어가능성을 여는 것”이라고 했다.

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