카멜레온처럼 변색되는 로봇 개발

잠복근무하는 군인들의 최대 난제는 장소를 이동할 때의 문제다. 이동시 더 이상 은폐를 하기 힘들어진다. 하지만 중국과 미국의 과학자들이 이 방법을 해결해 줄 획기적 기술을 개발했다. 이기술은 카멜레온처럼 주변 색 변화에 따라 로봇카멜레온의 표면을 변색시켜 준다.

ACS나노 온라인은 8일(현지시간) 중국 우한대, 광저우 쑨이쏀대(中山大),미국조지아공대 과학자들이 공돌개발한 ‘능동적 변장(active camouflage)’ 기술로 불리는 연구 성과를 공개했다.

연구진은 이 컨셉을 로봇카멜레온에 적용한 결과 주변 벽 색깔 변화에 따라 기계의 몸색깔도 바뀌는 것을 실증했다.

기계카멜레온이 3원색 바탕 벽을 지나갈 때 몸표면 색깔을 변화시키는 모습. 사진=ACS나노
기계카멜레온이 3원색 바탕 벽을 지나갈 때 몸표면 색깔을 변화시키는 모습. 사진=ACS나노
붉은 색에서 녹색 바탕 벽을 지나가자 몸색깔이 녹색으로 바뀌고 있다. 사진=유튜브
붉은 색에서 녹색 바탕 벽을 지나가자 몸색깔이 녹색으로 바뀌고 있다. 사진=유튜브
녹색칠한 벽을 지나가면서 피부가 완전히 녹색으로 변화했다. 사진=유튜브
녹색칠한 벽을 지나가면서 피부가 완전히 녹색으로 변화했다. 사진=유튜브
미국과 중국과학자들이 주변환경에 따라 변화하는 기계 카멜레온을 실험하고 있는 모습. 녹색에서 파란색으로 바뀌는 순간. 사진=유튜브
미국과 중국과학자들이 주변환경에 따라 변화하는 기계 카멜레온을 실험하고 있는 모습. 녹색에서 파란색으로 바뀌는 순간. 사진=유튜브

연구팀은 이 기계카멜레온이 살아있는 카멜레온의 생체모방 능력을 본 떠 설계된 로봇이라고 설명했다.

이 변색 기술은 전기를 이용한 광범위한 반사대역(broad reflection bands) 활성화 방법을 사용했다. 이는 많은 색깔을 만들어내며 심지어 컬러동영상까지 디스플레이할 수 있다.

기계카멜레온의 눈에 달린 센서로 주변 환경변화를 감지,분석한 후 전기자극으로 금속 내부의 전자들이 진동하는 플라즈몬을 변조시켜 색깔을 변화시키게 된다.사진=ACS나노
기계카멜레온의 눈에 달린 센서로 주변 환경변화를 감지,분석한 후 전기자극으로 금속 내부의 전자들이 진동하는 플라즈몬을 변조시켜 색깔을 변화시키게 된다.사진=ACS나노

연구진은 이 기술 컨셉을 개발하기 위해 생체모방 방식의 나노점 어레이(nano dot array)와 전기화학 바이어스를 사용했다. 이는 금속 내부의 전자들이 동시에 진동하는 물질인 플라즈몬을 변조시켜 색깔을 조절하고 구조를 변화하게 만든다.

저자들은 “이 기계 카멜레온의 몸 전체는 물고기 비늘같은 컬러 패치로 덮여있어 플라즈몬 셀에 반응하도록 설계됐다”고 말했다.

로봇카멜레온은 작은 컬러센서를 장착해 주변 컬러패턴을 인식한다. 시각카메라로 얻어진 정보는 자동 분석돼 몸에 있는 개별색깔 패치로 전달된다. 이어 자연스럽게 기계카멜레온의 몸체 컬러를 주변환경에 맞춰 바꿀 수 있게 해 준다.

이 기술을 시연하는 동영상을 보면 붉은색, 녹색,파란색이 칠해진 벽을 지나가는 기계 카멜레온의 몸체 색깔이 변화하는 것을 볼 수 있다.

동영상(맨 아래)을 보면 사각형 컬러로 만들어진 비늘을 가진 이 카멜레온은 굴러가는 굴대 플랫폼 위에 앉아있다. 기계 카멜레온이 다른 컬러 지역으로 들어가면서 색깔도 변화했다.

연구팀의 카멜레온은 이들 3원색 변화에 따른 변색만 할 수 있는 수준으로 개발돼 있다. 하지만 논문에 `연구가 더 진전되면 더 복잡한 배경에서도 변색이 가능해질 것`이라고 쓰고 있다.

전기자극을 받자 금색이었던 면이 파란색으로 변화했다. 사진=유튜브
전기자극을 받자 금색이었던 면이 파란색으로 변화했다. 사진=유튜브

저자들은 “비록 기존 기계카멜레온이 3원색 배경에서만 변색할 수 있지만 우리기술은 복잡한 환경에서도 상호작용할 수 있으며, 능동적인 변장을 위한 새로운 접근방식을 제공한다”고 쓰고 있다. 저자들은 이 기술이 때때로 복잡한 부품을 요구하며 반사기능이 떨어질 수 있다고 설명했다.

이 기계 카멜레온은 주변환경의 컬러패턴을 포착, 컬러변화 과정을 개별셀에 전달하는 통합된 기계비전(시각)을 사용한다. 이런 방식을 활용해 주변환경과 완전히 동화하게 된다.

연구가 보다 더 진전되면 이같은 기술이 기존의 변장방식으로는 제공할 수 없는 보이지 않는 은폐기술에 적용될 것으로 보인다.
아래 동영상에서 피부가 변화하는 로봇카멜레온의 모습을 볼 수 있다.


이재구 전자신문인터넷 국제과학전문기자 jklee@etnews.com