[사이테크+] "물 밖 물고기처럼 걷는 로봇 개발…어류 육상 진출 이해 단서"

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美 연구팀 "어류 육상 보행, 특수한 다리 없이도 가능…공통 기계 원리 확인"

(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 물고기가 물 밖에서 걷는 움직임을 모사한 생체 모방 로봇이 개발됐다.

연구팀은 이 로봇을 이용해 일부 어류가 육지에서 이동하는 공통 원리를 규명했으며, 이는 수억 년 전 최초의 육상 척추동물이 어떻게 육지에 진출했는지 이해하는 단서가 될 수 있다고 말했다.

영국 케임브리지대 마이클 이시다 박사팀은 8일 과학 저널 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)에서 회색 비키르(Polypterus senegalus) 등 여러 걷는 물고기의 움직임을 분석해 컴퓨터 모델과 로봇을 만들고, 이들이 공유하는 육상 보행의 기계적 원리를 확인했다고 밝혔다.

연구팀은 "이 연구는 특수하게 발달한 다리가 없어도 몸통 굽힘 운동과 지면 접촉의 단순한 조합만으로 효과적인 육상 이동이 가능하다는 것을 보여준다"며 "이 연구에서 확인된 공통 기계 원리는 최초 육상 척추동물이 육지에서 어떻게 이동했는지 밝히는 데 중요한 단서가 될 수 있다"고 말했다.

현재 살아 있는 어류 가운데 비키르류와 메기류, 폐어류 등 일부 종은 육지에서 이동할 수 있는 능력을 갖추고 있다. 이전 연구에서는 이들 어류가 지느러미와 몸체 형태는 서로 다르지만 꼬리의 좌우 굽힘 운동으로 몸을 앞으로 밀고 앞지느러미를 지지대로 사용하는 유사한 이동 방식을 보이는 것으로 나타났다.

연구팀은 생체모방 로봇은 어류 보행의 역학적 원리를 연구할 수 있는 강력한 틀을 제공하고 생물의 기능에 관한 새로운 생체역학적 가설을 만드는 데도 도움이 된다며 동물 모방 로봇은 실제 생물을 대신하는 실험 모델도 될 수 있다고 말했다.

이들은 먼저 회색 비키르와 다른 보행 어류들의 움직임을 바탕으로 물고기의 물결치는 몸놀림을 재현하기 위해 몸통을 세 개의 단단한 부분으로 나누고 이들이 관절처럼 서로 회전하며 움직이는 모델을 구축했다.

몸의 앞부분이 좌우 번갈아 지면과 접촉하는 특성을 반영해 앞지느러미 또는 머리가 일시적인 지지점 역할을 하도록 설계했다.

시뮬레이션 결과 몸의 앞부분을 지지점으로 삼고 꼬리의 좌우 운동으로 몸을 앞으로 밀어 이동하는 방식이 효과적인 전진 운동을 만들어내는 것으로 확인됐다.

연구팀은 서로 진화 계통적으로 멀고 형태도 크게 다른 보행 어류들이 기본적으로 동일한 기계적 원리를 사용하는 것으로 나타났다며, 이런 공통된 움직임을 '물결치는 삼각대 보행'(undulating tripod gait)이라고 명명했다.

이들은 이어 컴퓨터 모델 결과를 검증하기 위해 실제 로봇을 제작했다.

실험 결과(https://youtu.be/_1lobdcogWc?si=qY2J3_92Q56h1gFg) 로봇 역시 몸통의 물결 운동과 앞부분의 지면 접촉이라는 단순한 협응만으로 안정적으로 앞으로 이동할 수 있는 것으로 나타났다.

이 보행 방식은 다양한 몸체 형태에서도 유지돼 특정 종에만 국한된 전략이 아니라 여러 어류에서 공통으로 활용될 수 있는 이동 원리임이 확인됐다.

연구팀은 가장 빠르고 효율적인 이동 성능은 회색 비키르에서 실제 관찰되는 조건과 매우 유사한 상황에서 나타났다고 설명했다.

이어 "형태가 다른 여러 어류가 유사한 보행 방식을 가진 것은 공통 조상으로부터 물려받은 특성이라기보다 비슷한 기계적 제약에 적응하면서 유사한 보행 방식을 진화시킨 수렴진화(convergent evolution)의 결과일 수 있다"고 말했다.

◆ 출처 : Nature Communications, Michael Ishida et al., 'The undulating tripod gait as a model of the locomotion of walking fish', https://www.nature.com/articles/s41467-026-73111-2

scitech@yna.co.kr

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