거의 4억 5천만년 전에 존재했던 해양 유기체인 흉막염의 부드러운 로봇 복제품. (제공: 카네기 멜론)

이 유기체는 근육 줄기를 사용하여 움직일 수 있는 최초의 극피동물 중 하나로 여겨진다.

인간은 대략 300,000년 동안 지구를 걸어왔다. 이는 지구 역사의 거대한 계획에서 상대적으로 최근인 헤아릴 수 없는 기간이다. 사실, 우리가 지구에서 보낸 시간은 지구 역사의 0.007%에 불과하다. 그러므로 진화에 대한 우리의 이해에 영향을 미치고 오늘날의 기계 시스템에 영감을 주는 현대의 동물계는 역사를 통해 존재했던 모든 생물의 일부에 불과하다.

동물 디자인과 움직임에 대한 관점을 넓히기 위해 연구자들은 멸종된 유기체를 사용하여 진화를 주도한 생체 역학적 요인을 이해하기 위해 유연한 전자 장치와 부드러운 재료를 갖춘 로봇공학인 소프트보틱스(Softbotics)를 사용하는 것을 목표로 하는 새로운 연구 분야인 고생물학을 도입하고 있다.

흉막염의 화석. (제공: 카네기 멜론)

"우리의 목표는 소프트보틱스(Softbotics)를 사용하여 생물학적 시스템에 생명을 불어넣는 것이다. 즉, 작동 방식을 이해하기 위해 이를 모방할 수 있다는 의미이다."고 카네기 멜론 대학교의 기계 공학 교수인 필 르덕(Phil LeDuc)은 말한다.

르덕과 기계공학 교수이자 국립과학원(National Academy of Sciences)의 간행물에 게재된 연구의 주저자인 카르멜 마지디(Carmel Majidi)는 컴퓨터 시뮬레이션과 소프트 로봇을 사용하여 거의 4억 5천만 년 전에 존재했던 해양 유기체인 흉막염에 새로운 생명을 불어넣었다.

현대 불가사리와 성게를 포함하는 극피동물강에 속하는 흉막낭낭은 근육 줄기를 사용하여 움직일 수 있는 최초의 극피동물 중 하나이다. 현재의 유사체가 없음에도 불구하고 흉막낭염은 극피동물 진화에서 중추적인 역할을 하기 때문에 고생물학자들에게 관심을 가져왔다.

“소프트보틱스(Softbotics)는 유연한 로봇 팔다리와 부속물을 만들기 위해 부드러운 소재를 사용하여 과학에 정보를 제공하는 또 다른 접근 방식이다. 생물학과 자연의 많은 기본 원리는 동물이 어떻게 진화했는지에 대한 진화 연대표를 되돌아볼 때만 완전히 설명될 수 있다. 우리는 운동이 어떻게 변했는지 연구하기 위해 로봇 유사체를 만들고 있다.”고 마지디는 말한다.

팀은 화석 증거를 사용하여 디자인을 안내하고 3D프린팅 요소와 폴리머의 조합을 사용하여 움직이는 부속물의 유연한 기둥 구조를 모방하여 로봇을 만들었다.

그들은 흉막염이 동물을 앞으로 밀어내는 줄기의 도움으로 해저 위로 이동할 수 있음을 입증했으며 넓게 쓸어내는 움직임이 가장 효과적인 움직임일 것이라고 판단했다. 줄기의 길이를 늘리면 더 많은 에너지를 소비하지 않고도 동물의 속도가 크게 증가하는 것으로 나타났다.

"생물 영감을 받은 로봇 공학 커뮤니티의 연구자들은 유기체에서 채택할 가치가 있는 중요한 특징을 선택해야 한다."라고 박사 과정 후보이자 해당 연구의 공동 저자인 리처드 데사트닉(Richard Desatnik)은 말한다.

“기본적으로 우리는 로봇을 움직이게 하려면 좋은 이동 전략을 결정해야 한다. 예를 들어, 불가사리 로봇은 이동을 위해 정말로 5개의 팔다리를 사용해야 할까, 아니면 더 나은 전략을 찾을 수 있을까?” 졸업생이자 공동 제1저자인 잭 패터슨(Zach Patterson)은 말한다.

흉막낭염에 대해 남아 있는 가장 큰 질문 중 하나는 그들이 살았던 표면의 유형이 모래나 진흙 등 움직이는 방식에 어떤 영향을 미쳤는가이다.

이제 팀은 “소프트보틱스(Softbotics)를 사용하여 멸종된 유기체를 설계할 수 있음을 입증했으므로 기존 로봇 하드웨어를 사용하여 동일한 방식으로 연구할 수 없는 바다에서 육지로 이동할 수 있는 최초의 유기체와 같은 다른 동물을 탐구하기를 희망한다.

르덕은 "거의 5억년 전에 존재했던 무언가에 새로운 생명을 불어넣는 것은 그 자체로 흥미로운 일이지만, 이 획기적인 발전에 대해 우리를 정말로 흥분시키는 것은 우리가 그로부터 얼마나 많은 것을 배울 수 있는지이다"라고 말한다. “우리는 단지 땅속의 화석을 보는 것이 아니라 놀라운 고생물학자들과 협력하여 생명을 더 잘 이해하려고 노력하고 있다.”

추가 공동저자는 고생물학 연구소, 폴란드 과학 아카데미, 스페인 지질 및 광업 연구소 출신이다.

출처: 카네기멜론대학교