와우! 과학

[고든 정의 TECH+] 다이빙 드론, 바닷새를 모방하다

작성 2016.12.20 17:23 ㅣ 수정 2016.12.20 17:23
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▲ 물속으로 뛰어드는 왼쪽 드론과 바닷새의 비교. (사진=Ben Porter/ Imperial College London)


오늘날 우리 인간은 비행기, 선박, 자동차 등 여러 가지 문명의 이기를 바탕으로 지구 생태계의 정점에 서 있습니다. 하지만 그렇다고 해서 인간이 만든 모든 기계가 동물을 뛰어넘는 것은 아닙니다.

여전히 많은 과학자와 엔지니어들은 새와 물고기를 연구해서 더 완벽한 항공기와 배를 제작하는 데 필요한 아이디어를 얻고 있습니다.

새는 좁은 공간에서 이착륙이 가능할 뿐 아니라 훨씬 에너지 효율적으로 대기의 흐름을 이용할 수 있으며 인간이 만든 드론이 불가능한 수준의 다양한 동작을 할 수 있습니다. 새의 놀라운 능력 가운데 하나는 아주 빠른 속도로 바다로 뛰어드는 것입니다.


바닷새들은 빠른 속도로 바다로 다이빙해 먹이를 잡습니다. 사실 바닷새의 다이빙은 서로 모순된 조건을 만족해야 합니다. 물고기가 피할 틈을 주지 않기 위해서 매우 빠른 속도의 다이빙이 필요하지만 이런 고속 다이빙은 엄청난 충격을 수반합니다. 그렇다고 몸을 튼튼하게 만들면 이제는 비행하기에 너무 무거워지는 문제가 발생합니다.

바닷새는 이 문제를 극복하기 위해 다이빙 순간에 날개를 접고 부리-머리-목-몸통을 긴 창처럼 만들어 저항과 항력을 최소화시킵니다. 하지만 인간이 만든 드론은 이렇게 모양을 크게 변형시키기 어려웠습니다.

영국 임페리얼 칼리지 런던의 과학자들은 '아쿠아마브'(AquaMav)라는 다이빙 드론을 개발했습니다. 연구팀은 바닷새를 모방해서 빠른 속도로 비행하다 바로 바다로 다이빙할 수 있는 능력을 지닌 드론을 개발한 것입니다.

아쿠아마브는 200g에 불과한 미니 드론으로 그 구조는 장난감 비행기를 연상시킬 정도로 단순합니다. 대신 날개를 쉽게 접어 마치 화살 같은 모양을 할 수 있도록 개발되었습니다. 덕분에 시속 48km의 빠른 속도로 다이빙이 가능합니다. 지금까지 여러 가지 공중 및 수중 드론이 개발되었지만, 이렇게 빠른 속도로 다이빙하는 드론은 최초입니다.

하지만 바닷물 속에서 자유자재로 움직이는 능력은 아직 바닷새를 따라잡기 어렵습니다. 특히 문제는 다시 공중으로 날아오르는 일입니다. 바닷새처럼 날개를 이용해서 비행이 불가능하므로 아쿠아마브는 별도의 탱크에 고압 이산화탄소를 지니고 있다가 그 압력을 이용해서 물에서 뛰어오르는 방식을 사용합니다.

참고로 작은 드론이기 때문에 비행시간은 14분, 범위는 5km에 불과합니다. 실제로 상용화를 위해서는 크기와 성능을 더 높여야 할 것으로 보입니다.

연구팀이 생각하는 아쿠아마브 드론의 활용은 오염된 바다에서 샘플을 채취하거나 혹은 과학적 연구 목적의 샘플을 채취하는 것입니다. 앞으로 이 드론보다 성능이 좋은 대형 드론 개발이 가능하다면 연구 및 해양 감시, 그리고 군사 목적으로 사용할 수 있을 것입니다.

아직 새처럼 움직이는 드론을 개발하진 못하지만, 자연의 창의성에서 영감을 얻은 드론 엔지니어들의 꿈은 언젠가 현실이 될 수 있을 것입니다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

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