Geckos의 충돌 착륙 능력은 로봇 공학에 사용될 수 있습니다.

캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스와 독일 슈투트가르트에 있는 막스 플랑크 지능형 시스템 연구소의 연구원들은 도마뱀붙이가 꼬리를 사용하여 공중에서 기동하는 방법을 시연했습니다. 이 능력을 사용하면 그립을 잃은 후 떨어질 때 스스로 교정할 수 있으며 연못 표면을 가로질러 추진하는 데 도움이 될 수도 있습니다.

연구 결과는 이번 주에 출판될 것입니다. 자연 일지 생물학 커뮤니케이션.

이러한 기술은 로봇 공학에서 매우 유용하며 이미 도마뱀 같은 로봇에 구현되고 있습니다.

게코에 대한 놀라운 발견

Robert Full은 UC Berkeley 통합 생물학 교수이며 Adria Jusufi는 Max Planck Research School for Intelligent Systems의 교수진이자 전 UC Berkeley 박사 과정 학생입니다. 이 두 사람은 도마뱀붙이류도 머리를 나무에 박을 때 회복을 돕기 위해 꼬리를 사용한다는 중요하고 놀라운 새로운 발견을 했습니다. 

헤드 퍼스트 충돌은 도마뱀붙이 사이에서 상당히 흔한 일이며 Jusufi는 이를 고속 비디오 카메라로 기록했습니다.

“열대우림 캐노피의 높은 곳에서 도마뱀 붙이를 관찰하는 것은 눈을 뜨게 했습니다. 이륙하기 전에 머리를 위아래, 좌우로 움직여 이동 거리를 추정하는 것처럼 뛰어내리기 전에 착륙 목표물을 확인했습니다.”라고 Jusufi는 말했습니다.

비디오는 도마뱀붙이(이 경우 일반적인 아시아 납작꼬리 집도마뱀붙이)가 나무와 정면으로 충돌할 때 발톱과 패딩 처리된 발가락으로 몸통을 잡는 것을 보여줍니다. 이것은 머리와 어깨가 반동하는 데 도움이 되며 도마뱀붙이는 꼬리를 몸통에 대고 눌러 뒤로 넘어지는 것을 방지합니다.

Jusufi는 "멈추는 것과는 거리가 멀고, 이 도마뱀 중 일부는 여전히 충돌 시 가속하고 있습니다."라고 말했습니다. “그들은 머리부터 충돌하고, 수직에서 극단적인 각도로 머리를 뒤로 젖히고 발뒤꿈치 위로 던집니다. 나무에서 멀리 튀어나온 책꽂이처럼 보입니다. 충격 에너지를 발산하면서 뒷다리와 꼬리로만 고정됩니다. 추락 방지 반사가 너무 빨리 일어나기 때문에 슬로우 모션 비디오만이 기본 메커니즘을 밝힐 수 있습니다.”

과학자들에 따르면 도마뱀과 같은 다른 작고 가벼운 도약 동물도 이러한 기술을 사용할 수 있습니다.

"그들은 더 길고 평형을 유지하는 활공을 할 수도 있고, 착지 방식도 다를 수 있습니다. 하지만 예를 들어 탈출하려고 할 때 이런 행동을 선택하는 것은 부분적으로 크기가 중요하기 때문입니다."라고 풀은 말했습니다. "그렇게 작으면 큰 문제에 대한 해결책이 아닌 선택지가 있습니다. 그래서 이것은 몸집이 큰 사람에게는 없는 일종의 신체 매개 해결책입니다."

도마뱀붙이 꼬리와 유사한 구조는 드론과 같은 비행 로봇을 안정시켜 수직 표면에 착륙하는 데 도움이 될 수 있습니다.

연구원들은 소프트 로봇에서 이 동작을 문서화하고 수학적으로 모델링하고 재현한 최초의 사람들입니다. 

"외적응은 원래 어떤 목적으로 진화했든 여러 행동에 이용된 구조입니다. 여기 예상치 못한 예가 있습니다."라고 풀은 말했다. "강건함이라는 놀라운 능력이 어떻게 이러한 외적응을 가능하게 하는지 알 수 있습니다."

Jusufi는 "최근까지 꼬리는 다리나 날개만큼 많은 관심을 받지 못했지만 사람들은 이제 이 동물을 다리가 다섯 개인 것으로 생각해야 한다는 것을 깨닫고 있습니다."라고 Jusufi는 말했습니다.

Full에 따르면 로봇 엔지니어는 점점 더 많은 기능을 로봇에 추가하고 있으며 모든 기능에 대해 새로운 부품을 도입할 수 있다는 것을 배우고 있습니다. 

"로봇과 물리적 시스템이 진화함에 따라 엔지니어들은 모두 더 많은 것을 하고 싶어 합니다. 그런데 어떤 일이 벌어지나요? 어느 시점이 되면 로봇을 모든 것에 최적화할 수 없게 됩니다."라고 그는 말했습니다. "다른 행동을 위해서는 다른 행동에 사물을 활용해야 합니다."

로봇 만들기

연구원들은 부드러운 구조용으로 특별히 설계된 최첨단 2D 프린터인 Carbon M3로 부품을 만든 후 꼬리 로봇을 제작했습니다. 발에는 벨크로가 장착되어 있어 닿으면 달라붙고 꼬리에는 앞다리가 표면에 부딪혀 미끄러질 때 아래로 누르는 메커니즘이 있습니다.

꼬리가 달린 로봇은 경착륙을 할 때 비슷한 성공을 거두었습니다. 자연에서 꼬리가 달린 도마뱀붙이는 87%의 확률로 떨어지지 않고 수직 표면에 성공적으로 착지합니다. 꼬리가 없는 로봇은 시험에서 15%의 시간 동안 성공적으로 착지할 수 있는 능력을 입증했지만 새로운 꼬리 로봇은 시험에서 55%의 시간을 착륙할 수 있었습니다.

연구원들은 또한 꼬리가 머리와 몸통 길이의 절반인 로봇이 주둥이-배기 길이인 더 긴 로봇만큼 성공적이라는 것을 발견했습니다. 그들은 또한 짧은 꼬리 로봇이 나무에 붙어 있는 데 두 배의 발 힘이 필요하다는 것을 발견했습니다.

팀은 계속해서 도마뱀붙이를 연구하고 로봇, 특히 수직 표면의 소프트 로봇에 적용할 새로운 원칙을 찾을 것입니다.

"진화는 최적성과 완벽함이 아니라 충분함에 관한 것입니다. '딱 좋은' 해결책은 다양한 역량을 제공하여 어려운 환경에서도 훨씬 더 강력하게 작동할 수 있도록 합니다."라고 풀은 말했습니다. "진화는 자신이 무엇을 만들어낼지 결코 알지 못하는, 자신이 가진 모든 것을 활용하여 실행 가능한 무언가를 만들어내는 땜장이와 같습니다."

“비행에 대한 명백한 형태학적 적응이 없는 작은 수목류 동물이 공중 기동에 대한 놀라운 능력을 나타내는 것으로 점점 더 많이 발견되고 있습니다. 부드러운 로봇 물리적 모델은 착륙에 대한 기계적으로 중재된 솔루션의 제어를 해독하는 데 도움이 될 수 있습니다.”라고 Jusufi는 말했습니다.