▲미드저니

▲양기준, GIB

한양대학교 초소형 자성 로봇 군집이 개미처럼 물체를 옮기는 모습.

집단과 자율로 그리는 미래 로봇

로봇공학자들은 떼를 지어서 움직이는 개미나 벌, 새처럼, 로봇들도 여러 대가 서로 역할을 나눠 협력하면 훨씬 큰 힘을 낼 수 있을 거라고 생각했어요. 이처럼 여러 대의 로봇을 한꺼번에 조종하거나 움직이는 일을 군집 로봇 기술(Swarm robotics)이라고 합니다.

2024년 12월, 한양대학교 유기나노공학과 위정재 교수팀은 여러 임무를 수행할 수 있는 초소형 자성 로봇 군집을 개발했어요. 자기장을 통해 여러 대가 인공혈관, 전선 등에서 함께 움직이며 장애물을 들어 올리거나 파괴해요. 길을 돌아갈 수 없을 땐 장애물을 뛰어넘을 수도 있죠. 한양대학교 첨단소재연구실 양기준 연구원은 “한 마리의 개미가 가진 지능과 수백 마리의 개미 군집이 가진 지능은 다르다”고 말했어요. 그러면서 “개미가 떼를 지어 장애물을 넘거나 뗏목 같은 구조를 만드는 것을 보면서 영감받았다”고 설명했습니다.

군집 로봇 기술은 한 대의 로봇이 멈춰도 나머지가 그 빈자리를 메우면서 전체 행동은 유지한다는 장점이 있어요. 미국 매사추세츠대학교 애머스트 생명의료공학부 최홍수 교수는 “마이크로봇, 나노봇은 크기와 힘이 극히 적기 때문에 단 한 개로는 의미 있는 작업을 하기 어렵다”고 말했어요. 그러면서 “수백~수천 개의 로봇을 제어해서 그중 일부라도 목표 지점에 도달하게 한다면 임무 성공 확률을 크게 높일 수 있다”고 설명했죠.

또, 2024년 11월 미국항공우주국(NASA)은 소형 로봇들이 한 팀으로 우주 바다를 탐사하는 프로젝트의 로봇 모델을 공개했어요. 이 프로젝트는 여러 대의 소형 수중 로봇을 이용해 다른 행성과 위성의 바다 환경을 조사하는 게 목표예요. 길이 12cm의 로봇 약 50대를 지름 25cm의 원기둥 모양 탐사선 하나에 담아서 이동시킬 수 있어요. NASA 제트 추진 연구소 로봇 기계 엔지니어 에단 샬러 박사는 “작은 로봇 여러 대가 동시에 데이터를 수집하면 더 넓은 영역을 탐사하고 측정 오류도 줄일 수 있다”고 말했어요.

군집 행동뿐만 아니라, 초소형 로봇 한 대가 스스로 판단하고 행동하는 자율성도 중요한 연구 과제로 떠오르고 있어요. 지난해 12월, 미국 펜실베이니아대학교와 미시간대학교 공동 연구팀은 길이 0.2mm의 완전 자율 로봇을 공개했어요. 연구팀은 외부에서 조종하지 않고도 주변 환경에 따라 행동을 바꾸는 초소형 로봇을 만들고 싶었어요. 그래서 수 µm 크기의 초소형 태양전지 패널, 패널과 비슷한 크기에 전력도 적게 드는 컴퓨터 칩 등을 개발해 로봇에 심었죠. 소금 한 알보다 작은 크기지만 컴퓨터, 센서, 동력 장치 등이 모두 들어 있어요. 완전 자율 로봇은 사람 눈에 잘 보이지 않는 틈새를 살펴보거나, 위험한 장소를 대신 확인하는 데 쓸 수 있답니다.

▲Kyle Skelil, University of Pennsylvania / Marc Miskin, University of Pennsylvania

펜실베이니아대학교 완전 자율 로봇의 실물.

초소형 자성 로봇 300여 개가 모인 모습.

▲NASA/JPL-Caltech

NASA 소형 수중 로봇들의 다양한 모델. 맨 오른쪽 로봇의 길이가 12cm다.