2013년 8월 29일 목요일

로봇이야 도마뱀이야? 게코의 비밀을 파헤쳐 보자!

게코(Gecko) 도마뱀을 아시나요? 요즘 플로우에 몸을 싣고 디스전이 한창인 개코가 말고요~ (...썰렁한가요... control 비트 다운받... 아니;; 다시 정신을 차리고-_-!) 게코도마뱀은 동물계 척삭동물문 파충류 뱀목 도마뱀붙이과의 동물로서(;;), 아래 그림을 보시면 아래쪽이 실제 도마뱀이고 위쪽이 이를 모방하여 만든 도마뱀로봇 입니다.

Stickybot (Mark Cutkosky, Stanford Univ.) and Tokay Gecko (Poly-PEDAL Lab, U.C. Berkeley)
출처: http://ib.berkeley.edu/alumni/postcard_5.php 
참 많이 닮았죠? 그런데 모습만 닮은게 아니랍니다. 이 게코 도마뱀은 정말 매끄러운 벽면기어올라갈 수 있습니다. 거짓말이라고요? 못 믿는다고요?? 좀 믿음을 가져봐요ㅋ 흠... 좋아요, 우리 내기할까요? (쫄리면 ㄷㅈ시던가...라는 타짜님의 말씀이...;;;) 우선 동영상을 통해 우리의 게코도마뱀이 벽을 어떻게 올라가는지 한번 보시죠~


Tokay gecko climbing, alexmortillaro
출처 : http://youtu.be/1m4-eucOPPQ

위 동영상은 ID: alexmortillaro 분께서 직접 키우시는 도마뱀을 찍은 동영상입니다.  (이러니 무슨 라디오 DJ 같네요;) 한걸음 한걸음 벽을 기어올라가는 모습이 정말 신기하지 않나요? 우린 낑낑대며 없는 악력, 팔근육, 등근육을 끌어모아도 쉽지않은 암벽등반을 게코도마뱀은 저렇게 쉽게 한다니까요?!! 그러면 도대체 도마뱀은 어떤 원리로 저렇게 수직으로 된 벽을 쉽게 올라갈 수 있을까요? 

그 비밀은 바로 게코 도마뱀의 발바닥에 있습니다. 게코 도마뱀의 발바닥은 단순한 발바닥이 아닌 세밀한 미세형상들이 계층적(hierarchical)으로 형성되어 있는데요, 뭔말인고하니, 발바닥을 자세히보시면 주름과 같은 패턴이 있고, 그것을 또 자세히 보시면 그 안에 빼곡히 들어찬 수많은 들이, 그리고 이 털의 끝부분에는 다시 천여 개의 다른 가닥으로 나누어지는 미세형상들을 가지고 있다는 것이죠.(1) 즉, 단순히 "발"이 벽에 붙는 것이 아니라, 이 작디작은 수많은 "가닥"들이 벽에 붙어서 도마뱀의 무게를 지탱해주는 것입니다.

Gecko adhesion
Kellar Autumn 교수님의 게코 도마뱀 발바닥 연구 사진
   A. 타이어에 있는 패턴과 비슷한 박막층으로 형성된 게코도마뱀의 발바닥
   B. 수백만의 얇은 털들로 이루어진 발가락 (머리카락 지름의 두배정도 길이)
   C. 천여 개의 작은 tip으로 나뉜 털의 끝부분
   D. 이 작은 tip은 2000억분의 1 미터 정도의 크기이다.
(출처: http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-19875247)
좀 더 과학적으로 들어가볼까요?  반 데르 발스(Van der Waals)의 힘 기억나시나요? (반페르시, 반데사르 만 기억나신다고요..?;;) 반 데르 발스 힘은 두 분자 사이에서 작용하는 작은 인력(끌어당기는 힘)을 말하는데요, 게코 도마뱀의 수많은 미세구조들은 벽의 분자들과 반 데르 발스 힘을 발생시키며 서로 붙어있을 수 있을 수 있는 것입니다! 티끌모아 태산, 십시일반, 백지장도 맞들면 낫다, 원뻔치 쓰리강냉이(..이건 아닌가...?), 암튼 작은 힘들이 모여 몸을 지탱하는 큰 힘을 만든다는 것입니다!

이 게코도마뱀의 원리를 이용하여 만든 로봇이 바로 StickyBot 입니다. 이 로봇은 현재 MIT 교수님이신 김상배 교수님(멋재~~잉~)께서 스탠포드대학 박사 시절 연구하여 만든 로봇인데요, 백문이 불여일견! 먼저 한번 보고 이야기 할까요?

StickyBot, Stanford Univ.

이 도마뱀 로봇은 국내에도 보도가 될 정도로 큰 화제를 모은 로봇으로 TIME지에서는 이 로봇을 2006년 최고의 발명 중 하나로 선정되기도 하였습니다. (link: SBS뉴스, TIME)

로봇의 원리는 위에서 설명한 바와 같습니다. 수직으로 힘을 받을 수 있도록 로봇의 발바닥 부분에는 영화의 특수 분장에 주로 사용하는 실리콘 접착패드를 제작하여 부착하였고요, 동영상에서 보시듯이 방향에 따라 접착 정도가 다르도록 설계되어있어 로봇의 무게를 지탱하는 방향으로는 큰 힘을 발휘하지만 반대 방향으로는 쉽게 떼어낼 수 있도록 하였습니다.
Stickybot의 발바닥 디자인
(출처: http://www-cdr.stanford.edu/~sangbae/Stickybot.htm)
이렇게 방향성이 있는 접착패드를 다른 곳에 사용한다면 또 어떻게 사용할 수 있을까요? 벽걸이처럼 벽에다 붙여놓고 옷들을 걸어놓거나 또는 이러한 원리가 적용된 장갑을 낀다면 사람도 스파이더맨처럼 벽을 기어다닐 수 있지 않을까요? 또한 이 로봇에서는 일반적인 로봇과 달리 소프트한 재질을 많이 사용하였는데요, 앞으로 차가운 금속의 로봇이 아닌 애완 강아지 같은 친근한 로봇도 나오지 않을까요? 알고나면 더더욱 신비한 생체모사로봇의 세계, 다음에 더욱 재미있는 내용으로 또 만나요!! :D


(1) 확대하면 확대할수록 새롭게 보이는 세상! 이것은 마치 우주의 모습과도 비슷한데요, 멀리서보면 하나처럼 보이는 태양계도 자세히 들여다보면 지구와 같은 여러 행성들이 있고, 그것을 또 확대해보면 대륙들이 있고, 그것을 또 확대해보면 대한민국과 같은 나라들이 있자나요~ 게코의 발바닥이 이렇다는거죠. (게코의 발바닥이 곧 우주와 같네요ㅎㅎㅎ 이래서 손금 안에 삼라만상이 있다는건가...?;;;)

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