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미래&과학기술

‘쌀 3톨’ 무게 로봇 딱정벌레, 과연 배터리 품을 수 있나

등록 :2021-08-29 11:26수정 :2021-08-29 14:39

‘최소형 액체연료 로봇’ 기네스북에 올라
백금 코팅 형상기억합금이 근육 역할
메탄올을 연료로 팽창·수축하며 이동
세계에서 가장 작은 액체연료 로봇으로 기네스북에 오른 ‘로비틀’. 노란색 몸통이 연료탱크다. 워싱턴주립대 제공
세계에서 가장 작은 액체연료 로봇으로 기네스북에 오른 ‘로비틀’. 노란색 몸통이 연료탱크다. 워싱턴주립대 제공

로봇을 작고 가볍게 만드는 데 큰 걸림돌 가운데 하나는 배터리다. 로봇에 동력을 공급하는 배터리의 에너지밀도에 한계가 있기 때문이다.

자체 동력으로 움직일 수 있는 로봇의 소형화, 경량화 기술은 어디까지 와 있을까? 최근 미국 워싱턴주립대의 한 과학자가 만든 로비틀(Robeetle )이란 로봇이 ‘세계에서 가장 작은 액체연료 로봇’으로 기네스북에 올랐다.

이 대학 재료기계공학부 네스토로 페레즈-아란시비아(Néstor O. Pérez-Arancibia) 교수가 개발한 이 로봇은 딱정벌레를 모방한 것으로 무게가 88mg(연료 제외)에 불과하다. 쌀 3톨 무게에 해당한다. 몸체 길이는 1cm를 조금 넘는다.

지난해 과학저널 ‘사이언스 로보틱스’ 표지 사진으로 실린 이 로봇은 자기 몸무게의 2.6배(230mg)를 운반할 수 있다. 또 경사면을 오를 수 있는 것은 물론 유리, 슬리핑 매트, 콘크리트 보도 등 다양한 성질의 표면에서 이동할 수 있다.

경사면을 오르는 로비틀. 워싱턴주립대 제공
경사면을 오르는 로비틀. 워싱턴주립대 제공

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인공 꽃가루받이·수술 등에 이용 기대

로비틀을 이렇게 작고 가볍게 만들 수 있었던 건 동력공급원으로 고체 배터리가 아닌 액체 메탄올을 쓴 덕분이다. 연구진에 따르면 메탄올 같은 액체 연료는 단위부피당 더 많은 에너지를 낸다. 예컨대 cm단위의 소형 배터리가 갖고 있는 비에너지(단위 중량당 내부 에너지)는 1kg당 1.8메가줄로, 동물의 지방(kg당 38메가줄)에 크게 못 미친다. 로비틀의 연료인 메탄올은 kg당 20메가줄로 비교적 높은 에너지를 낼 수 있다.

로비틀에서는 백금을 씌운 니켈-티타늄 형상기억합금이 인공근육 역할을 한다. 인공근육은 촉매제인 백금이 메탄올과 공기 중 산소의 반응을 유도해 나오는 열을 이용해 팽창과 수축을 반복한다. 로봇 등에 부착된 인공근육이 늘어났다 줄어들었다 하면서 앞다리를 움직여 로봇을 앞으로 전진시킨다. 한 번 움직일 때마다 이동거리는 1mm, 이동 속도는 초당 0.76mm다. 뒷다리는 고정돼 있다.

연구진은 로비틀에는 메탄올 연료를 최대 95mg까지 실을 수 있으며, 이 경우 로봇은 최대 2시간 동안 작동할 수 있다고 밝혔다. 앞으로 더 오랜 시간 동력을 공급할 수 있는 방법을 추가로 찾아낼 계획이다.

연구진은 로봇에 통신 기능이 추가되면 장래 정밀 엔지니어링이나 인공 꽃가루받이, 복잡한 미세 수술 등에 이용할 수 있을 것으로 기대했다.

곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr
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