영감을 주는 로봇 디자인:Sea Star Locomotion에서 얻은 교훈

모션 디자인 내부자

불가사리의 움직임에는 수백 개의 작은 관발의 움직임이 포함됩니다. (이미지:Gerald Corsi/iStock)

불가사리는 중앙 뇌가 없음에도 불구하고 복잡한 환경을 탐색하기 위해 수백 개의 작은 관발을 조정하여 움직이는 생물입니다. 즉, 각 발에는 제 생각이 있는 것 같습니다.

USC Viterbi 항공우주 및 기계공학부 산하 Kanso Bioinspired Motion Lab에서는 불가사리가 흥미로운 현상을 보여줍니다. Kanso Lab은 생명체의 흐름 물리학을 해독하는 전문 분야로, 이러한 통찰력을 적용하여 로봇 공학의 발전을 알리는 경우가 많습니다.

Proceedings of the National Academy of Sciences(PNAS)에 게재된 연구실의 최근 논문 , "관족의 역학은 불가사리 운동의 적응을 유도합니다"(2026년 1월 13일)에서는 불가사리의 움직임이 개별 관족의 국소 피드백에 의해 지시되며 각각의 관족은 다양한 정도의 기계적 변형에 반응하여 표면에 대한 접착력을 동적으로 조정한다는 사실을 보여줍니다.

Kanso 연구소 소장이자 항공우주 및 기계 공학, 물리학, 천문학 교수인 Eva Kanso는 "우리는 UC Irvine의 McHenry Lab에서 불가사리 연구를 시작했고 나중에 벨기에 Mons 대학교의 생물학자들과 협력 관계를 맺었습니다."라고 말했습니다. "SYMBIOSE 연구소의 Sylvain Gabriele 부교수와 대학원생 Amandine Deridoux와 함께 우리는 불가사리를 위한 특별한 3D 프린팅 "배낭"을 디자인했습니다. 배낭을 싣고 내리면서 각 튜브 발이 추가된 무게에 어떻게 반응하는지 관찰하고 측정할 수 있었습니다."

연구원들은 각 발이 변화하는 하중에 독립적으로 반응한다는 것을 발견했습니다. "처음부터 우리는 불가사리가 계층적이고 분산된 제어 전략에 의존한다는 가설을 세웠습니다. 각 튜브 풋은 중앙 컨트롤러의 지시를 받는 대신 로컬 기계적 신호를 기반으로 표면에 부착하고 분리할 시기를 로컬에서 결정합니다."라고 Kanso는 말했습니다.

실험을 통해 팀은 이러한 로컬 반응을 테스트하고 정량화할 수 있었습니다. "우리는 신체 역학을 통해 결합된 간단한 로컬 제어 규칙이 동물 전체의 조화로운 운동을 일으킬 수 있음을 보여주는 수학적 모델을 개발했습니다."

로컬 피드백을 기반으로 한 적응형 움직임에 대한 이 모델은 소프트 및 다중 접촉 로봇 설계와 매우 관련이 있습니다. 육지, 수중, 심지어 다른 행성에서의 잠재적인 응용 분야에는 고르지 않고 수직이며 거꾸로 된 지형을 탐색하는 로봇을 위한 분산형 이동 시스템이 포함됩니다. 이러한 환경은 중앙 '임무 통제' 또는 인간 의사 결정자의 일관된 통신을 방해합니다.

Kanso는 "우리는 불가사리를 거꾸로 뒤집는 실험도 수행했습니다. 관발의 형태로 인해 불가사리가 계속 움직일 수 있게 되었습니다"라고 말했습니다. "물구나무서기를 하고 있다고 상상해 보세요. 신경계는 중력에 반대되는 위치에 있다는 것을 즉시 알려줄 것입니다. 그러나 불가사리는 그러한 집단적 인식이 없습니다."

대신 불가사리는 중력의 힘을 다르게 경험하는 각 관발에 대한 국지적 지식을 갖추고 있습니다. 조화로운 움직임은 발이 기계적으로 신체에 연결되어 있다는 사실에 기인합니다. 한 발이 밀면 그 움직임이 다른 발에 영향을 미칩니다. 결과적으로 로컬 장애가 반드시 전체 시스템을 중단시키는 것은 아니므로 향상된 견고성과 복원력이 가능합니다.

이는 뒤집히거나, 잃거나, 부하를 받기 쉬우며, 중앙 통신 소스와 연결이 끊길 수 있는 극한 환경을 탐색하는 자율 로봇에 중요한 이점입니다. 빠르게 움직이는 동물(곤충부터 체조 선수까지)은 "중앙 패턴 생성기"(리듬적인 운동 패턴을 생성하는 뇌간에 위치한 특수 신경 회로)에 의존하는 반면, 느리게 움직이는 불가사리는 환경 변화에 동적으로 적응할 준비가 되어 있습니다.

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