국제학술지 ‘네이처’는 21일 놀이동산의 회전 바구니 놀이기구를 위에서 본 듯한 내부에 나선을 가진 구(球)체들의 모음을 표지에 실었다.
이 구체들의 정체는 독립적으로 팽창과 수축을 할 수 있는 로봇이다. 바깥 부분의 돌출된 구조를 통해 서로 얽혀 들어가며 한 몸처럼 움직인다. 

호드 립슨 미국 컬럼비아대 기계공학부 교수 연구팀은 이처럼 지금까지의 로봇이 가졌던 패러다임과는 다른, 느슨하게 서로 연결된 ‘입자’ 로봇을 처음으로 시연한 연구결과를 이달 20일 네이처에 실었다.

지금의 로봇은 각각 독립적인 기능을 하는 여러 부품들로 이뤄진 복잡한 기계 형태를 띠었다. 로봇 팔만 해도 팔꿈치 관절은 로봇의 손을 위아래로 움직이게 할 것이고, 팔 속 구동 장치는 로봇의 손이 무언가를 움켜쥐게 할 수 있다. 이 말은 부품 중 하나라도 오류가 발생하면 로봇은 그 부품이 담당하는 기능을 수행하지 못한다.

연구팀은 생물의 세포가 하나하나가 떨어져 있을 때는 별다른 기능이 없지만, 모이면 각기 다른 능력을 발휘하는 생물학적 시스템에서 아이디어를 얻었다.  립슨 교수는 “로봇을 다르게 만드는 방법을 찾기 위해 로봇에 대한 근본적인 접근 방식을 바꿔봤다”며 “생체모사 로봇처럼 동물의 기능을 단순히 따라 하는 것이 아니라 생물학적 시스템처럼 로봇을 구성해 로봇의 복잡성과 능력을 하나의 부품으로 구현했다”고 말했다.

연구팀이 개발한 입자 로봇은 빛을 보고 반응하며 팽창과 수축을 반복하는 기능 외에는 별다른 기능이 없다. 하지만 입자 로봇들이 서로 연결되면서 하나의 군체를 형성하는 순간 전체가 빛 쪽으로 향하는 움직임을 보여준다. 연구팀은 12개의 입자 로봇을 배치한 후 빛을 비춰주었더니 로봇은 서로 연결되어 꾸물거리면서 빛으로 이동하는 기능을 만들어내는 것을 확인했다.

더 많은 로봇이 있어도 집단을 이뤄 능력을 발휘하는 데는 문제가 없다는 게 연구팀의 결론이다. 연구팀은 로봇의 행동을 모델링해 10만 개의 입자로 구성된 로봇 시뮬레이션을 진행해 장애물 회피와 물체 운송 등 다양한 기능을 할 수 있음을 확인했다. 내부에 고장난 입자 로봇이 섞여도 기능을 수행할 수 있음도 입증했다. 입자 로봇의 20%를 고장 상태로 만들어도 로봇 군체는 완전할 때 대비 속도의 절반 수준을 유지하는 것으로 나타났다.

이 로봇은 스스로의 모양도 바꾼다. 로봇이 테이블에서 드라이버를 집으려 하는데 팔이 너무 짧다고 가정하면 지금의 로봇은 팔을 자라나게 할 수 없다. 하지만, 이 로봇은 목표에 맞춰 몸이 바뀔 수 있다는 게 연구팀의 설명이다. 연구에 참여한 다니엘라 러스 미국 매사추세츠공대(MIT) 컴퓨터과학과 교수는 “자연의 모든 생물은 다양한 방법으로 결합하는 세포로 이뤄진 유기체다”며 “로봇이 세포화된다면 여러 작업에서 요구되는 최상의 모양을 스스로 선택할 수 있다”고 말했다.

전세계 최초로 개발된 '입자' 로봇의 모습은 아래 동영상에서 볼 수 있다.

세포에서 착안한 입자로봇을 개발해 아이언맨 나노슈트에 한발 다가갔음.