1996년 개봉한 영화 ‘아름다운 비행(Fly Away Home)’에는 인간이 동물의 경비행기를 타고 기러기떼를 이끄는 장면이 등장한다. 공사장에서 발견한 열여섯 개의 기러기 알이 부화하면서 주인공 에이미를 어미처럼 뒤따르자, 철새의 이동본능을 일깨우기 위해 직접 비행기를 몰고 기러기떼의 우두머리 노릇을 하며 머나먼 여정을 떠난다는 내용이다.
최근에는 미국 뉴욕대학교 폴리테크닉대학 연구진이 로봇물고기에 관한 새로운 연구결과를 발표했다. 로봇물고기의 움직임을 제어함으로써 실제 물고기가 우두머리로 여기게 만든 실험이다.
논문 제목은 ‘생체모방 움직임을 이용한 로봇과 실제 물고기와 공동 유영 성공(Fish and robots swimming together: attraction towards the robot demands biomimetic locomotion)’으로, 국제학술지 ‘왕립학회 인터페이스 저널’(Journal of the Royal Society Interface) 온라인판 최근호에 게재되었다.


로봇이 실제 동물 이끄는 우두머리 맡아

‘인간은 만물의 영장’이라는 말이 있다. 그러나 더 고등생물이라는 인간이 하등동물의 언어나 행동을 이해하거나 조종하지 못하는 경우가 대부분이다. 집에서 기르는 애완동물이나 가축에게 인간의 의도를 전달할 수는 있지만, 야생의 동물들에게 위협을 가하지 않고도 행동 패턴을 바꾸도록 설득하는 일은 거의 불가능하다.
물론 화학물질을 이용해서 무리의 진행 방향을 바꿀 수는 있다. 페로몬(pheromone)이라는 물질을 이용해 개미의 진로를 바꾸거나, 발정기에 암컷이 내뿜는 호르몬과 유사한 냄새를 만들어 수컷의 관심을 끌기도 한다.
그런데 최근 생체모방 로봇으로 야생동물의 움직임을 조종하는 실험이 성공했다는 소식이다. 로봇이 동물의 움직임을 흉내 내서 동일한 집단의 일원으로 인정받았을 뿐만 아니라 선두에서 무리를 이끄는 우두머리 역할까지 맡았다.
시뮬레이션 프로그램에 특정 조건을 입력하면 물이 채워진 수로의 흐름이 달라지고 로봇이 꼬리지느러미를 움직이는 속도도 달라진다. 로봇은 수조 벽에 고정된 팔에 매달려 있어 그 자리에 가만히 있지만, 물이 계속 흐르기 때문에 실제 물고기들은 로봇 주위에서 함께 헤엄치게 된다.
연구진은 황금잉어(golden shiner, 학명 Notemigonus crysoleucas) 무리와 로봇을 동일한 수조 안에 집어넣어 행동 변화를 관찰했다. 로봇이 나무토막처럼 가만히 있을 때는 대부분의 물고기가 별 관심을 보이지 않으며 앞질러 나갔다.
그러나 로봇이 특정한 속도로 움직이자 실제 물고기들이 그 뒤를 따르며 느린 속도로 꼬리를 움직였다. 물고기떼에서 우두머리가 제일 앞서 나가면 나머지 무리가 그에 따라 움직이는 현상이 재현된 것이다.
연구진은 디지털 방식의 입자영상 유속계(D-PIV) 시스템을 이용해 흐름의 구조를 연구했고, 우두머리의 움직에 따라 물고기의 위치 선호도가 달라진다는 사실을 알아냈다. 논문은 “우두머리의 움직임이 만들어낸 물결 속을 헤엄침으로써 에너지 소모를 줄이는 유체역학상의 이점을 노린 행동”이라고 분석했다. (실험 동영상 참조 : http://youtu.be/FX_2ytxV3M8)


오염과 위험 피해 동물 대피시키는 역할도 가능

이번 실험은 동물의 움직임을 흉내낸 생체모방 로봇 개발에 있어 획기적인 진전으로 평가받는다. 로봇이 실제 동물 무리의 일원으로 인정받았을 뿐만 아니라 우두머리 역할까지 맡는 데 성공했기 때문이다.
생김새나 움직임을 자연과 최대한 가깝게 만들던 차원을 넘어서 실제 동물에게 호감을 사는 일이 눈앞에 닥친 것이다. 지난 2009년 개봉해 세계적으로 흥해에 성공한 영화 ‘아바타(Avatar)’에서 주인공 제이크가 판도라 행성의 원주민 나비족을 이끌고 전투를 벌이던 상황이 가능해지는 셈이다.
연구진은 물고기에 이어 새, 들소 등의 로봇이 개발되면 환경오염 지역을 피해 전체 무리를 안전한 곳으로 대피시키는 일이 가능해질 것으로 전망했다.
연구를 이끈 포르피리 부교수는 뉴욕대 발표자료에서 “로봇이 실제 동물과 상호작용하며 교감하는 분야는 아직 제대로 연구된 바가 없다”며 “이번 실험으로 새로운 가능성이 열렸다”고 자평했다. 또한 “야생동물 무리의 집단행동을 조절함으로써 원유 유출, 화학물질 방류, 댐 건설 등 인간이 만들어낸 갖가지 위험을 피해 살아남게 도와줄 수 있을 것”으로 기대했다.