이 기술은 항공 로봇(드론)의 다양한 능력을 향상시켜 비좁은 공간에서 작동하고 충돌을 견딜 수 있게 한다.

곤충은 비행 중에 놀라울 정도로 곡예적이고 순간적이며, 탄력적일 수 있다. 이러한 특성은 그들이 모든 돌풍, 장애물, 그리고 일반적인 불확실성으로 공중 세계를 항해하는 데 도움이 된다.

이러한 특성은 비행 로봇으로 구축하기가 어렵지만 MIT 전기공학·컴퓨터과학과 전자연구실 케빈 유펑 첸(Kevin Yufeng Chen) 부교수는 전례가 없는 민첩성과 복원력을 갖춘 곤충 크기의 비행 로봇(이하, 드론)을 개발했다.

이 드론은 실제 비행의 물리적 진동을 견딜 수 있는 새로운 종류의 소프트 액추에이터에 의해 구동된다. 첸 교수는 이 로봇들이 언젠가는 농작물의 인공 수분(受粉)시키거나 좁은 공간에서 기계 검사, 수색 및 구조 임무 등 다양한 분야에서 인간을 도울 수 있기를 바란다고 밝혔다.

이처럼 작은 공중 로봇을 만드는 것은 엄청난 도전이다. 곤충 크기의 드론은 큰 드론과 근본적으로 다른 구조를 필요로 한다. 일반적인 드론은 보통 모터로 구동되는데 모터는 축소할수록 그 효율이 떨어진다.

여기에, 주요 대안은 압전 세라믹 재료로 제작된 작고 단단한 액추에이터를 사용하는 것이다. 압전 세라믹은 1세대 소형 로봇이 날아갈 수 있게 했지만 매우 취약하다. 이는 곤충을 모방하는 로봇을 만들 때 문제가 된다. 보통 꿀을 찾아 접근할 때 꿀벌은 1 초에 한 번씩 충돌을 견뎌낸다고 한다.

이에 연구팀은 단단하고 연약한 것 대신에 소프트 액추에이터를 사용하여 더 탄력적인 작은 드론을 설계했다. 소프트 액추에이터는 탄소 나노 튜브로 코팅된 얇은 고무 실린더로 제작됐으며, 탄소 나노튜브에 전압이 가해지면, 고무 실린더를 압축하고 늘리는 과정에 정전기력을 발생시킨다. 이처럼 연신 및 수축이 반복되면 드론의 날개가 빠르게 움직이게 되는 원리이다.

이 액츄에이터는 초당 거의 500번 펄럭일 수 있어 이 드론에 곤충과 같은 복원력을 제공한다. 또 공중제비 같은 공격적인 기술도 구현한다. 무게는 0.6그램에 불과하다. 대략적으로 큰 벌의 무게이다. 현재, 이 드론은 날개가 달린 작은 카세트테이프처럼 보이지만, 연구팀은 잠자리 모양의 새로운 프로토 타입을 제작하고 있다.

한편, MIT 박사과정 지젠 렌(Zhijian Ren), 하버드대 박사과정 시이 쉬(Siyi Xu), 홍콩 시립대 로봇공학자 팍퐁 치라하탄난(Pakpong Chirarattanon) 등이 공동 참여한 이번 연구는 IEEE 트랜젝션스 온 로보틱스(IEEE Transactions on Robotics)에 '높은 민첩성과 충돌 복원력을 갖춘 곤충 크기의 소프트 작동식 공중 로봇(Collision Resilient Insect-Scale Soft-Actuated Aerial Robots With High Agility- 보기)'이란 제목으로 지난달 18일 게재됐다. (아래는 시연 영상)