김호영·조규진 서울대 교수팀, 물 위를 뛰는 로봇 개발

소금쟁이 특성을 모방한 로봇

강과 연못에 사는 소금쟁이는 물에 가라앉지 않고 물 위를 뛰어다니며 이동한다. 가늘고 긴 다리를 이용해 물 위를 가볍게 박차고 뛰어오르는 게 특징이다. 소금쟁이의 이런 행동 특성은 오래전부터 생물학자는 물론 로봇을 연구하는 과학자 사이에선 큰 관심사다.

서울대 기계항공공학부 김호영·조규진 교수팀은 소금쟁이가 물 위를 박차고 뛰어오르는 ‘수상(水上) 도약’의 원리를 모방한 로봇을 만들었다고 국제학술지 사이언스 30일자에 소개했다.

소 금쟁이가 물에 가라앉지 않는 비결은 다리에 난 털과 물의 표면장력 덕분이다. 같은 부피에서 표면을 최소화하려는 힘인 표면장력과 소금쟁이 다리에 난 털 사이에 형성된 미세한 공기방울이 서로 밀쳐내면서 소금쟁이가 물에 가라앉지 않는다는 것이다. 소금쟁이가 물 위를 박차고 뛰어오르는 원리는 살얼음 위에서 뛰어오르는 원리와 비슷하다.

지나치게 세게 뛰어오르면 얼음이 곧바로 깨지듯이 일정한 힘의 범위보다 세게 뛰면 살얼음 역할을 하는 표면장력이 뚫리며 물에 빠진다. 소금쟁이가 다리를 가운데로 모으는 것도 가급적 작은 힘으로 뛰어오르기 위한 가장 효율적인 자세인 셈이다.

연구진은 이런 원리를 이용해 무게 68㎎에 다리가 네 개 달린 로봇을 만들었다. 이 로봇은 실제 소금쟁이보다 1.3배가량 크다. 로봇 다리는 소금쟁이 다리의 털을 대신해 물 위에 잘 뜨도록 원통형으로 만들었고, 동물의 근육 역할을 하는 액추에이터(구동장치)를 달았다. 실험 결과에 따르면 이 로봇은 제자리에서 수직으로 최대 14㎝ 높이까지 뛰어오르는 것으로 나타났다.

조 교수는 “이 로봇 기술을 활용해 재해 지역과 오염 지역에서 인명 구조나 탐지 업무를 수행하려면 경량화가 반드시 필요하다”고 말했다.

박근태 기자 kunta@hankyung.com