'악어뼈가 걷는다' 고생대 악어 '오로베이츠' 화석, 로봇 기술로 다시 움직여

독일 훔볼트대를 비롯한 국제 공동 연구진이 고생대 페름기에 살았던 오로베이츠 팝스티의 움직임을 로봇으로 구현하는 데 성공했다. 척추동물의 진화에 대한 중요한 단서가 될 것으로 기대된다. [AP=연합뉴스]

2억9000만년 전 고대 악어의 화석이 다시 움직이기 시작했다. 독일 훔볼트대 생물학연구소와 스위스 로잔연방공과대 바이오로보틱스 연구소, 함부르크미술대 디자인정보학부 등 공동 연구팀이 네발 척추동물 ‘오로베이츠 팝스티(Orobates Pabsti)’의 걸음걸이를 복원한 것이다. 연구진은 ‘역공학(Reverse-engineering)’에 생물학과 로봇공학 기술을 결합해 화석에서 실제 동작을 구현해냈다. 역공학은 이미 만들어진 시스템을 역으로 추적해 처음의 설계기법 등 자료를 얻어내는 소프트웨어 공학이다. 이번 성과는 17일(현지시각) 국제학술지 ‘네이처’에 게재됐다.

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포유류ㆍ파충류 공통조상의 ‘사촌’ 오로베이츠...발자국 화석, 역공학으로 다시 태어나

2004년 독일 중부 지방에서 발견된 오로베이츠 팝스티의 화석. 머리부터 꼬리까지 화석의 보존 상태가 완벽해 로봇으로 움직임을 구현하는 데 큰 도움이 됐다. [사진 Youtube 캡쳐]

오로베이츠 팝스티는 파충류와 포유류·조류를 비롯한 ‘양막류’ 중에서도 가장 초기에 나타난 생물 중 하나로 고생대 페름기에 살았던 것으로 알려졌다. 태아를 감싸는 양막이 있고 육상생활을 하며 네발로 걷는 것이 특징이다. 연구를 주도한 존 A. 니야카투라 훔볼트대 교수는 “오로베이츠는 오늘날 포유류와 파충류의 마지막 공통조상의 가까운 사촌”이라며 “멸종한 척추동물의 보행을 복원하는 것은 그 진화 과정을 연구하는 데 중요한 자료가 된다”고 밝혔다. 연구진은 그러나 보존된 화석이 부족하고, 화석의 형태만으로 그 기능을 직접 구현할 수 없어 그간 이 분야 연구가 제한됐다고 설명했다.

이 같은 문제는 2004년 독일 중부에서 완벽히 보존된 형태의 오로베이츠 팝스티의 화석이 발견되고, 움직임을 시뮬레이션할 역공학과 이를 실제로 구현할 로봇공학 등이 발달하며 해결됐다. 특히 2007년에는 같은 지역에서 발견된 발자국 화석이 오로베이츠 팝스티의 것으로 판명되며 그 걸음걸이를 보다 구체화할 수 있게 됐다.

오로베이츠 팝스티 화석에서 움직임 데이터를 추출하고 구현하는 것은 세 가지 단계로 진행됐다. 화석 CT촬영을 통해 3D로 몸체를 만들고, 발자국 화석과 오로베이츠와 유사한 현생 동물의 움직임 데이터를 결합해 로봇으로 구현했다. [그래픽제공=Nature]

화석을 움직이게 하는 작업은 총 3단계로 진행됐다. 먼저 연구팀은 X선을 이용하는 컴퓨터단층촬영(CT) 방식으로 화석을 3차원으로 재구성해 오로베이츠의 보폭 등 운동학적 모델을 만들었다. 또 실제 발자국 화석과 악어·이구아나·도롱뇽 등 오로베이츠와 가까운 생물 네 종류의 움직임 정보를 결합해, 이를 ‘오로봇(OroBOT)’이라는 실제 로봇으로 구현했다. 그 결과 오로베이츠는 기존 예상보다 안정적이고 효율적인 걸음걸이를 갖고 있었던 것으로 나타났다. 연구진은 “오로베이츠가 좌우 흔들림이 거의 없이 기어 다녔던 것은 에너지를 절약하는 데 도움이 됐을 것”이라며 “초기 양막류는 그 모습을 드러낸 직후부터 생각 보다 빠른 기간 내에 많은 동작을 할 수 있게 된 것으로 보인다”고 밝혔다.

허정원 기자 heo.jeongwon@joongang.co.kr

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