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창조설계

곤충 로봇 : 잠자리를 모방한 초소형 비행체

곤충 로봇 : 잠자리를 모방한 초소형 비행체

(Bug Bots : God Invented It First)


만약 기존의 비행기 엔진 없이 날개를 퍼덕이며, 소음 없는 비행을 하는 초경량 로봇을 만들 수 있다면?

길고 더운 여름 동안 호수들은 붐빈다. 여기저기 휙휙 날아다니는 잠자리들은 작고 하찮은 곤충이다. 비록 보잘 것 없는 모습일지라도, 잠자리들은 엔지니어들에게 그야말로 매력의 원천이다.

왜 잠자리가 그렇게 흥미로울까? 잠자리는 매우 기민하게 움직일 수 있고 매우 놀라운 비행술을 가지고 있다. 뒤로도 옆으로도 날 수 있다. 또한 잠자리는 매우 빠르다. 어떤 종은 시속 50km로 날 수 있다. 잠자리에 붙어 있는 아름다운 두 쌍의 날개는 평균 초당 30회 펄럭인다.

이러한 여러 가지 이유로 공기역학 엔지니어들은 잠자리들의 비행 능력을 모방하려고 한다. 이미 비행기뿐 아니라 헬리콥터까지 가지고 있는 우리들이 왜 또 다른 비행술을 필요로 하는 것일까? 이유는 간단하다. 날갯짓 초소형 비행체(flapping Micro Air Vehicles)는 큰 덩치의 비행체들에게는 적합하지 않은 여러 가지의 특수 분야의 업무를 더 잘 수행할 수 있는 잠재적 가능성이 있기 때문이다. 예를 들면 탐사, 구조, 교통량 조사, 정찰 등이 있다. 비록 엔지니어들이 미니어처 헬기를 만들 수도 있지만, 곤충 같은 날갯짓 비행체는 많은 이점이 있다. 미니 헬기와 비교해서 훨씬 조용하고 효과적이다. 또한, 이 초소형 무인 비행체는 곤충으로 위장할 수도 있다. 이것이 군에서 수백만 달러를 투자하는 이유이다.

얻게 될 이득이 상당하지만, 해결해야하는 기술적인 문제 역시 상당하다. 비록 벌새(hummingbirds)의 경우 곤충과 상당한 유사점이 있음에도 불구하고, 곤충의 비행은 조류의 비행보다 훨씬 더 복잡하다. 날개를 퍼덕임에 있어서, 조류들은 날개를 비틀면서 퍼덕이지 않지만 잠자리는 비틀면서 난다. 자 다음과 같은 장면을 그려 보자; 팔을 뻗어서 손을 위 아래로 흔들어 퍼덕여 보라. 그것이 새들이 나는 방식이다. 그런데 그렇게 퍼덕여 흔들면서 손을 나란하고 비스듬하게 기울여 보라. 그러면 작은 회오리바람인 소용돌이가 일어난다. 이 작은 소용돌이가 강한 상승기류를 만들어내서 잠자리가 하늘 높이 날 수 있게 한다.

엔지니어들은 그 비행술을 시뮬레이션을 통해 세밀하게 발전시켰다. 그러나 엔지니어들은 잠자리가 가진 효율성과 안정성 수준에 도달하기 위해서 아직도 애쓰고 있다.

영국에 있는 동안 나는 개인적으로 MAV 연구팀을 이끌기도 했다. 고속카메라를 통해 잠자리 날개의 움직임을 자세히 연구했다. 놀랍도록 복잡하고 정밀하게 잠자리가 디자인되었다는 것을 이해하게 된 과정은 내가 겸손해지는 것을 경험한 시간이었다.

진화론적 사고로 보면 잠자리는 ‘원시시대’의 생물이다. 그러나 그 놀라운 디자인은 세계 최고의 엔지니어들을 여전히 당황하게 만든다. 공학자들은 그 이상의 발전된 어떤 것들도 만들어내지 못한다. 그 놀라운 잠자리의 설계가 보여주는 것은 잠자리가 날 수 있도록 만드신 최초의 그 분, 즉 창조주의 지혜와 창조성이다.


 잠자리는 어떻게 나는가?

새일까? 비행기일까? 아니다. 그저 그것은 잠자리이다. 비행기와 달리 잠자리는 유연한 날개를 가지고 있다. 또, 새와 달리 두 쌍의 날개를 가지고 있다. 잠자리 날개들은 다른 순서로 퍼덕이고 비틀어진다. 그리하여, 독특하고 효율적인 움직임을 만들어낸다. 이는 공기역학자들이 모방하려고 하는 부분이다.

 

초소형 비행체

초소형 날갯짓 비행체(FMAV)의 초기 모형은 브리스톨 대학에서 Stuart Burgess에 의해 설계되고 테스트되었다. 그것은 무게 20g 남짓의 솔방울 보다 작은 땅콩만한 크기였다. 이를 만드는 데에는 확대경이나 정밀한 핀셋 같은 특수한 도구가 필요하다. 날개를 펼친 길이가 15cm, 초당 날개는 10회 정도 퍼덕일 수 있다. 휴대폰 배터리를 이용해서 날개는 5분 가량 움직일 수 있다.

*Stuart Burgess is professor of engineering design in the department of mechanical engineering at Bristol University (UK). He is author of three books: Hallmarks of Design, He Made the Stars Also and The Origin of Man, all published by Day One publications (www.dayone.co.uk).



Footnotes

1.A. T. Conn, S. C. Burgess, and C. S. Ling, 'Design of a Parallel Crank-Rocker Flapping Mechanism for Insect-Inspired Micro Air Vehicles, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C,” Journal of Mechanical Engineering Science, Vol. 221, Part C, pp. 1211–1222; A. T. Conn, C. S. Ling, and S. C. Burgess, 'Biomimetic Analysis of Insect Wing Kinematics for Flapping MAVs,” International Journal of Micro Air Vehicles, Vol. 3, Number 1, 2011.



번역 - 미디어위원회

링크 - http://www.answersingenesis.org/articles/am/v7/n1/bug-bots 

출처 - Answers, December 6, 2011

구분 - 3

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=5689

참고 : 5671|5656|5600|5596|5567|5551|5504|5430|5351|5352|5088|5438|5382|5426|5287|4764|4197|4056|4041|4637|2462|5183



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