스위스 EPFL, 물고기 먹이로 생분해성 수상 로봇 개발

스위스 EPFL 연구팀이 물고기 먹이를 이용해 친환경 수상 로봇을 개발했다. 이 로봇은 생분해성 재료로 만들어져 나중에 다시 물고기 먹이가 될 수 있다.

보트 형태의 수상 로봇은 일부 수생 곤충이 물 위를 이동할 때 활용하는 `마랑고니 효과(Marangoni effect)`를 이용한다. 마랑고니 효과는 액체의 한 부분이 다른 부분보다 표면 장력이 더 크거나 작을 때, 그 차이를 메우기 위해 액체가 표면 장력이 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 흐르며 움직임이 생기는 현상을 의미한다. 일부 수생 곤충은 물 위에 특정 물질을 분비해 그 물질이 퍼지면서 표면 장력을 줄이고, 마랑고니 효과를 이용해 앞으로 나아간다. 이 원리를 이용하면 추진 장치나 모터 없이도 물 위에서 로봇을 효율적으로 움직일 수있다.

EPFL이 개발한 친환경 수상 로봇은 작은 분리형 챔버 안에서 화학 반응이 일어나면서 이산화탄소 가스를 생성하고, 이 가스가 연료 채널로 들어가 연료를 밀어낸다. 이때 배출된 연료가 수면 장력을 급격히 감소시키면서 로봇을 앞으로 밀어준다.

이같은 설계 덕분에 로봇은 몇 분 동안 수면 위를 자유롭게 움직일 수 있으며, 사용하는 재료는 모두 무독성이면서 생분해가 가능하다. 실제로 화학 반응에 쓰인 성분인 구연산과 중탄산나트륨은 흔히 학교 과학 수업에서 ‘화산 실험’에 사용하는 재료다. 연료로 사용된 프로필렌 글리콜은 스킨케어 제품에서 흔히 볼 수 있는 성분이다.

EPFL 박사과정 학생 슈항 장(Shuhang Zhang)은 “소형 수상 로봇의 개발이 빠르게 진전되고 있지만, 기존 로봇은 플라스틱, 배터리, 전자 부품에 의존하기 때문에 민감한 생태계에 대량 배치하기 어렵다. 이번 연구는 이런 재료를 생분해 가능하고 식용 가능한 구성 요소로 대체할 수 있음을 보여준다”고 말했다. 연구팀은 이번 연구 성과를 전문 학술지인 `네이처 커뮤니케이션즈`에 발표했다.(논문 제목:Edible aquatic robots with Marangoni propulsion)

이 로봇은 수중 생물에 해가 없을 뿐 아니라 오히려 이로울 수 있도록 설계됐다. 길이 약 5cm의 로봇 외부 구조는 강성과 내구성을 확보하기 위해 단백질 함량이 30% 더 높고 지방은 8% 더 적은 어류 사료로 만들어졌다. 로봇의 수명이 다한 뒤에는 수중 동물의 먹이로도 활용될 수 있다.

연구팀은 이 로봇들이 대량으로 배치되어 수질 데이터를 수집하는 데 활용될 수 있다고 보고 있다. 각각의 로봇에는 생분해성 센서가 장착되어 pH, 온도, 오염 물질, 미생물 존재 여부 등 환경 정보를 측정하며, 수집된 데이터는 수거 후 또는 원격으로 판독할 수 있다.

정교한 방향 조정 없이도 로봇의 연료 채널을 비대칭 구조로 설계해 ‘좌회전형’, ‘우회전형’ 모델을 만들어냈다. 이 정도의 단순 제어만으로도 수면 위에 무작위로 퍼지도록 할 수 있다. 곤충의 움직임을 닮은 이러한 랜덤 이동은 물고기에게 영양소나 약물을 전달하는 데 유리하다.

EPFL 지능형 시스템 연구실은 이전에도 식용 소프트 액추에이터, 식용 회로, 작물 생장 모니터링용 식용 잉크 등 여러 식용 장치를 개발한 바 있다. 연구 책임자인 다리오 플로레아노(Dario Floreano)는 2021년 EU의 350만 유로 지원을 받아 식용 로봇 개발을 위한 ‘로보푸드(RoboFood) 컨소시엄’을 출범시키기도 했다.

플로레아노는 “전자 폐기물을 생분해성 물질로 대체하려는 연구는 활발히 진행 중이지만, 영양 기능까지 갖춘 식용 소재에 대한 연구는 거의 이뤄지지 않았다. 이에 관한 연구는 인간과 동물 건강을 위한 새로운 가능성을 열어줄 수 있다”고 강조했다.

스위스 EPFL, 물고기 먹이로 생분해성 수상 로봇 개발, 로봇신문, 2025년 5월 12일 입력, 

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