몸길이 6㎝에 태양전지까지 단 ‘사이보그 바퀴벌레’

다리 조종해 위험지역 탐색 '로보 곤충' 실용화 길 열어

길이 6㎝ 밖에 안 되는 바퀴벌레 몸에 다리를 통제할 수 있는 원격 조종 장치와 배터리를 재충전할 수 있는 태양전지를 달아 사이보그 바퀴벌레로 만드는 실험이 성공했다.

이는 기계와 곤충이 결합해 위험지역을 탐색하는 ‘로보 곤충’ 또는 ‘사이보그 곤충’ 실용화의 길을 열어줄 것으로 제시됐다.

일본 이화학연구소(RIKEN)에 따르면 ‘개척연구본부'(CPR) 선임연구원 후쿠다 겐지로 박사가 이끄는 국제연구팀은 마다가스카르 바퀴벌레 몸에 태양전지 필름과 무선 조정장치를 달아 원격 통제하는 시스템을 개발한 결과를 과학 저널 ‘npj 플렉서블 일렉트로닉스'(npj Flexible Electronics)에 발표했다.

과학자들은 곤충의 몸에 기계장치를 부착한 로보 곤충을 만들어 위험 지역을 점검하거나 환경을 감시하는 역할을 맡기는 방안을 연구해왔지만 이렇다 할 성과를 내지 못해왔다. 이를 실용화하려면 장시간에 걸쳐 곤충의 다리를 원격 조종할 수 있어야 하는데 동력을 얻을 방안이 현실적으로 마땅치 않았기 때문이다.

사이보그 곤충이 동력을 재충전할 수 있는 곳을 마련하는 것도 해결책이 될 수 있지만 임무를 중단하고 충전장소로 왔다 가야 하는 한계가 있었다.

연구팀은 배터리를 지속해서 충전할 수 있는 태양전지를 정교하게 만들어 몸에 부착하는 것으로 돌파구를 마련했다.

하지만 바퀴벌레의 자연스러운 움직임을 보장하면서 장시간에 걸쳐 몸에 부착할 수 있는 장치를 만드는 것은 말처럼 쉽지는 않았다고 한다.

연구팀은 3D 프린터를 이용해 마다가스카르 바퀴벌레의 체형에 꼭 맞게 고안된 고무 중합체 배낭을 만들어 무선 다리통제 모듈과 리튬 폴리머 전지를 흉곽의 등 부위에 부착했다. 이 배낭은 한 달 이상 전자장치를 안정적으로 메고 다닐 수 있다고 한다.

태양전지 모듈은 0.004㎜ 두께의 초박막 필름으로 제작돼 바퀴벌레 배의 등 부위에 장착됐다.

이 전지는 17.2 mW(밀리와트·1mW=1천분의 1W)의 동력을 생산할 수 있어, 살아있는 곤충에 장착된 첨단 에너지 생산 장비의 50배 이상에 달하는 성능을 가진 것으로 발표됐다.

연구팀은 바퀴벌레 움직임을 면밀히 관찰해 이동할 때 복부의 형태가 변화하고 외골격이 겹치는 것을 확인했으며, 이를 반영해 몸체에 부착되는 부분과 그렇지 않은 부분을 적절히 섞어 태양전지 필름을 만듦으로써 모듈이 구부러져도 부착성을 유지할 수 있게 했다.

태양전지 모듈의 필름이 두껍거나 필름의 모든 부위가 부착되게 했을 때 바퀴벌레는 같은 거리를 이동하는데 시간이 두 배나 걸려 움직일 때 어려움을 겪는 것으로 나타났다.

후쿠다 박사는 “바퀴벌레가 움직일 때 흉곽과 복부가 변형되는 것을 고려하면 흉곽은 견고하고 유연한 요소가 혼합된 전자시스템, 복부는 초유연 장치로 만드는 것이 사이보그 바퀴벌레에 맞는 효율적인 디자인인 것으로 보인다”고 했다.

그러면서 “복부 변형은 바퀴벌레만이 아닌 만큼 딱정벌레와 같은 다른 곤충에도 적용될 수 있으며, 미래에는 매미와 같은 날아다니는 곤충에도 확대될 수도 있을 것”이라고 밝혔다.

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