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  • [사이언스] 곤충 겹눈구조·초파리 비행 모방한 차세대 디지털 기기들
  • 장진희 기자
  • 2018-11-27 14:22:59
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초파리 로봇, 방향 전환 문제없죠!

곤충을 모방한 차세대 디지털 기기들이 속속 등장해 눈길을 끈다.

최근 한국과학기술원(KAIST·카이스트)의 정기훈 교수팀은 독특한 눈 구조를 가진 곤충인 ‘제노스 페키(Xenos peckii)’를 모방한 초박형(매우 얇음) 디지털 카메라를 개발하는 데 성공했다. 관련 연구 논문은 국제학술지 ‘빛: 과학과 응용’에 실렸다. 이 곤충의 겹눈구조를 본떠 만든 카메라는 감시 및 정찰(적의 정세·지형을 살핌) 장비, 의료용 영상기기, 모바일 등 다양한 소형기기에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

이밖에 곤충의 특성에서 아이디어를 얻어 만들어진 디지털 기기로는 어떤 것들이 있는지 알아보고, 이들의 작동 원리도 살펴보자.


제노스 페키를 확대한 모습(왼쪽)과 이 곤충의 겹눈구조. 카이스트 제공

곤충의 겹눈 모방한 카메라

최근 초박형 디지털 카메라의 수요가 늘고 있지만, 기존 카메라 렌즈는 광학적 수차(상이 흐려지거나 비뚤어지는 현상)를 줄이기 위해 여러 개의 렌즈를 붙여 만들어 부피가 매우 크다. 이런 단점을 해결하기 위해 단순히 크기를 줄인 카메라 렌즈도 있지만, 이 경우 성능이 떨어진다는 문제가 발생한다.

이런 한계를 극복하기 위해 정 교수팀은 제노스 페키의 시각구조를 응용한 새로운 렌즈를 개발했다. 이들은 겹눈구조를 가진 제노스 페키가 다른 곤충과는 달리 각 오마티디아(겹눈을 형성하는 낱눈)에서 개별적인 영상(비춰진 물체의 형체)을 얻을 수 있다는 데에 주목했다. 일반적인 곤충의 겹눈구조는 수백, 수천 개의 오마티디아에서 한 개의 영상을 얻도록 되어 있다. 또 제노스 페키의 눈에는 각 오마티디아 사이에 빛을 흡수할 수 있는 독특한 구조가 형성돼 영상 간 간섭을 막는다.


이런 원리를 바탕으로 교수팀은 제노스 페키의 겹눈구조를 모방해 수십 개의 아주 작은 렌즈들을 렌즈 판에 붙여 하나의 디지털 카메라로 만들었다. 각각의 렌즈에서 관측된 영상들을 영상처리를 통해 하나의 영상으로 복원하자 높은 분해능을 확보할 수 있게 됐다. 분해능이 높을수록 선명한 사진을 얻을 수 있는 것. 이에 연구팀은 2㎜보다 작은 크기의 카메라를 제작할 수 있었다.


델플라이 님블. 델프트공대 홈페이지

날쌘돌이 파리 따라한 비행로봇

초파리의 비행을 완벽하게 재현한 비행로봇도 개발됐다. 이 로봇은 직선으로 날다가 갑자기 방향을 바꾸는 어려운 ‘뱅크턴(banked turn)’도 가뿐히 해낸다.

네덜란드 델프트공대의 마테 카라세크 박사팀은 초파리 같은 곤충의 민첩한 비행을 그대로 재현할 수 있는 비행로봇 ‘델플라이 님블(DelFly Nimble)’을 개발하고 세계적인 과학저널 ‘사이언스’에 지난 9월 발표했다.

곤충은 먹이를 사냥하거나 천적으로부터 달아날 때 매우 빠르게 방향을 바꾸고, 공중에서 제자리 비행을 하는 등 지구상에서 가장 날쌘 비행능력을 자랑하는 동물로 꼽힌다. 과학자들은 곤충의 이런 비행능력을 모방하려고 오랜 시간 노력해왔다.

마침내 카라세크 박사팀이 얇은 비닐로 된 날개 한 쌍을 가진 비행로봇 델플라이 님블을 만드는 데 성공한 것. 날개를 완전히 편 상태의 길이는 33㎝이며 초파리보다 55배 크다. 무게는 29g정도다. 초당 17번의 날갯짓으로 시속 25㎞로 5분간 비행한다.

이 비행로봇의 능력은 앞으로 드론(무인기) 기술 발전에도 응용될 수 있을 것으로 보인다.


▶어린이동아 장진희 기자 cjh0629@donga.com

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