사람이 했던 위험하고 힘든 일들을 이제 로봇이 맡아서 대신하는 세상이 열리고 있듯이, 점차 지구상에서 사라져 가는 꿀벌의 자리도 로봇이 대신할 수 있을까?
공상과학 영화에서나 볼 수 있는 모습이라 생각하겠지만, 멀지 않은 미래에 로봇벌이 꽃들 사이를 날아 다니며 꽃가루를 옮기거나, 채취한 꿀을 벌집에 저장하여 인간들에게 제공하는 장면을 실제로 목격할 수 있는 날이 올지도 모른다.
사이언스데일리는 보도를 통해 로보비(RoboBee)라는 명칭이 붙은 이 로봇벌 프로젝트를 통해 벌이라는 곤충의 독특한 집단 행동과 지능에 대해 더욱 깊은 이해와 지식을 확보할 수 있었고, 소형 비행기기의 개발과 관련해서는 한 단계 진일보하는 계기가 될 것으로 예상했다.


로봇벌의 개발은 미세공학 기술의 승리



로보비는 이전에 공개되었던 생체모방 곤충 로봇들과는 달리 각각의 날개에 개별적인 압전 소자(piezoelectric effect element)가 달려 있는 것이 특징이다. 전통적인 모터를 사용하여 작동시키기에는 이 로봇벌의 크기가 너무 작아 압전소자가 적용되었다.
압전소자는 전기가 가해지면 기계적 변형이 발생하고 반대로 압력이 가해지면 전압이 발생되는 소자로 최근 여러 산업 분야에 응용되고 있다. 연구진은 이를 활용하여 초당 120회 까지 날갯짓이 가능한 인공근육을 만들수 있었다. 
로보비는 팽창과 수축을 하는 세라믹 조각인 피에조 구동기(piezo actuator)를 이용하여 날개를 펄럭일 수 있다. 탄소섬유(carbon fiber)로 구성된 몸체 프레임에 내재된 플라스틱의 얕은 경첩은 관절로 작동하며, 정교하게 균형을 이룬 제어 시스템은 펄럭이는 날개를 가진 로봇 곤충에 회전 운동을 지시하는 역할을 제공한다.
이런 과정을 거쳐 제작된 인공날개들은 공중에서 머무르는 동작인 호버링(hovering) 동작과 방향을 바꾸거나 착지할 수 있는 동작 등 실제 벌이 날아다닐 때의 동작을 거의 그대로 수행할 수 있다. 로보비 시연회에 참석한 전문가들은 고속으로 날개를 움직이며 자유자재로 날아다니는 로봇벌의 모습에 감탄을 금치 못한 것으로 알려졌다.
업계에서는 무게가 80mg이고 날개를 펼쳐도 3cm가 채 안되는 수준의 로봇벌을 비행할 수 있도록 만든 연구결과에 대해 미세공학 기술의 승리라고 찬사를 보내고 있다. 이에 대해 로보비 프로젝트의 공동 책임자인 로버트 우드(Robert Wood) 교수는 “지난 10여년 간 피땀흘려 수행했던 연구의 결과물”이라고 소회를 밝혔다.
그러면서 우드 교수는 “로보비가 사람들을 깜짝 놀라게 할 정도로 멋진 시연을 보일 수 있었던 데에는 제조와 재료, 그리고 설계 분야에서 나타난 결과들이 융합하면서 최근에 획기적인 진전이 이루어졌기 때문”이라고 덧붙였다.


초미세 인쇄회로 기술이 적용된 로보비 제조



로보비의 또다른 특징으로는 팝업북(pop-up book) 같은 방식으로 로봇을 인쇄해서 조립할 수 있다라는 점이다. 팝업북 방식이란 레이저로 절단된 다양한 재료 시트가 샌드위치처럼 적층되어 있는 구조를 표현한 것으로, 마치 아이들이 보는 팝업북처럼 접혀지면서도 평평한 판을 이루고 있는 모양에서 인용했다.
이런 제조기술을 초미세 인쇄회로(PCM, Printed Circuit MEMS)라고 부르는데, mm단위의 미세 부품들로 구성된 소형 로봇을 대량 생산하거나 새로운 개념의 첨단 의료장비를 개발하는 데에 매우 유용한 방법으로 각광을 받고 있다.
현재, 로보비는 움직이는데 필요한 전력을 외부에서 공급받고 있다. 아직은 로봇 곤충같은 작은 몸체에 설치될 정도로 충분히 작은 에너지 저장장치가 존재하지 않기 때문에 얇은 전원 케이블에 연결되어 있다. 전문가들은 로보비의 성능이 보다 향상되려면 높은 에너지 밀도를 가진 연료전지 개발이 선행되어야 한다고 입을 모은다.
제어 시스템도 아직까지는 전력처럼 별도의 컴퓨터에 유선으로 연결되어 있는 상태지만, 조만간 이 부분도 초파리의 뇌를 모방한 제어 시스템으로 해결될 전망이다. 하버드대의 데이비드 브룩스(David Brooks) 교수가 이끄는 연구팀이 로봇 곤충의 프레임에 설치될 수 있는 효율적 크기의 연산용 뇌를 개발하고 있는데 이를 로보비에 적용할 예정이기 때문이다
한편, 로보비 프로젝트에 관여하고 있는 과학자들은 로보비를 실제 꿀벌처럼 자율적으로 날면서 벌집까지도 조성하는 로봇 꿀벌을 만든다는 원대한 계획을 세우고 있는데, 그 계획 실현의 첫 번째 단계로 수분(pollination) 현상을 선택한 것으로 알려졌다.
수분 현상에 관여하는 벌들은 다양한 센서들을 통해 독특한 의사소통 체계를 누리고 있고, 효율적인 호버링 비행 시스템을 활용하여 복잡한 자연 시스템과 상호작용을 하기 때문에, 로보비의 매개체 역할 가능성을 타진하기 위해 선택한 것이다. .
이 외에도 과학자들은 로봇벌이 구조대원들의 탐색 및 구조를 도우면서 위험한 환경을 탐사하는 용도로 사용할 수 있고, 신뢰성 높은 환경 모니터링이나 교통 모니터링의 전달자 역할과 모바일 센서 네트워크로서의 기능들을 수행할 것으로 기대하고 있다.