곤충 페로몬 통신 응용한 ‘군집로봇’ 시스템 개발

새로운 기술을 개발하는 연구자들에게 있어 자연은 매우 귀한 통찰을 주고 있다. 지난 수십 년 동안 기술 발전은 자연모방과 생체모방을 통해 보다 정교한 시스템을 만들었다.

최근 맨체스터대학(University of Manchester) 연구팀은 곤충들이 페로몬을 사용해 통신하는 방법에서 영감을 얻어 군집로봇 시스템을 개발했다. 페로몬은 동물과 인간이 몸 밖으로 분비하는 화학 물질로 다른 동물의 특정한 행동을 유도할 수 있다.

예를 들어, 페로몬 분비로 짝짓기를 촉진하거나, 위험한 상황을 경고하고, 자기 영역 표시, 음식 존재 등을 알릴 수 있다.

연구 결과(Bio-inspired artificial pheromone system for swarm robotics applications)는 최근 영국 유명 사회과학 학술지인 ‘세이지 저널(Adaptive Behavio: SAGE journals)’에 실렸다.

논문에 따르면 연구팀은 로봇 떼들 간에 보다 효과적인 통신을 위해 개미와 같은 사회적 곤충들이 페로몬을 사용하는 방법과 행동을 응용해 로봇 떼 시스템을 개발했다, 현재 이 시스템은 실제 환경에서 실험을 진행하고 있다.

과거 선행 연구들은 동물들이 자연 방출하는 화학물질 대체물로 알코올이나 RFID 태그, 빛을 사용하는 등 다양한 기술로 인공 페로몬 시스템 개발을 시도했다. 지금까지 개발된 가장 유망한 시스템 중 하나는 빛을 사용해 인간과 동물 페로몬 방출을 모방한 ‘역률(COSΦ) 시스템이다.

연구팀은 COSΦ에 기반해 시스템을 설계했다. 이는 페로몬이 자연 속에서 어떻게 공간과 시간에 따라 물질이 퍼지는지를 설명하는 모델이다.

페로몬 시스템의 현실적인 모델을 갖기 위해서는 증발과 확산 등 실제 페로몬의 모든 파라미터(parameter)를 모델링하고 바람 영향 등 환경 영향을 고려했다. 이는 곤충들 간 페로몬 통신을 모방할 수 있는 가장 현실적인 모델이다.

또 연구팀은 소형 이동 로봇 떼가 돌아다니며 서로 다른 환경에 적응하는 실험을 통해 인공 페로몬 시스템을 평가했다. 그 결과 매우 효과적인 통신이 가능했다. 로봇 떼들 사이에서 원하는 집단행동을 촉발시켰다.

곤충 페로몬에서 영감을 받은 이 시스템은 로봇공학 분야에서 많은 응용이 가능하다. 예를 들어 미래에는 지리적으로 멀리 떨어진 지역과 복잡한 환경 또는 악천후 상황에서 탐사 임무를 수행하는 개별 로봇 떼들 간 통신에 사용할 수 있다.

연구팀은 현재 로봇 군집 내에서 작은 데이터 패킷을 전송하기 위해 빛이나 소리를 사용하는 등 실제 시나리오에서 사용할 수 있는 대체 통신 시스템을 연구하고 있다. 또한 페로몬 추가 레이어(계층, 예: 다른 색상과 대역폭)로 시스템 확장도 연구하고 있다. 특히 시간이 지남에 따라 개체들이 페로몬과 상호작용을 향상시키는 진화 군집 시스템도 연구하고 있다.

김민중 기자 science@