작은 "말하는" 로봇이 스스로를 치유하는 모양을 바꾸는 무리를 형성합니다.

펜실베이니아 주립대 연구진이 주도한 새로운 연구는 음파가 초소형 로봇을 제어하는 수단으로 어떻게 기능할 수 있는지 처음으로 보여줍니다. 사진 제공: 이고르 아론슨 / 펜실베이니아 주립대

박쥐, 고래, 곤충과 같은 동물들은 오랫동안 의사소통과 항해에 음향 신호를 사용해 왔습니다. 이제 국제 과학자팀은 자연의 원리를 따라 음파를 이용하여 지능적인 행동을 보이는 거대한 무리를 형성하는 초소형 로봇을 모델링했습니다. 펜실베이니아 주립대학교 생의공학, 화학, 수학과의 허크 석좌교수이자 연구팀장인 이고르 아론슨에 따르면, 이 로봇 그룹은 언젠가 재난 지역 탐사, 오염 정화, 체내 치료와 같은 복잡한 작업을 수행할 수 있을 것입니다.

"벌이나 작은 벌떼를 상상해 보세요." 아론슨이 말했다. "벌들이 움직이면서 소리가 나고, 그 소리가 벌들을 하나로 묶어주죠. 많은 벌들이 마치 하나처럼 행동하는 거죠."

연구진은 8월 12일 Physical Review X 저널에 연구 결과를 발표했습니다.

소리를 방송하는 소형 마이크로머신 무리는 자가 조직화되어 좁은 공간을 탐색하고 변형된 경우에도 스스로 재구성할 수 있습니다. 아론슨은 이 무리의 집단 지능, 즉 새로운 지능이 언젠가 오염된 환경에서 오염을 정화하는 것과 같은 작업을 수행하는 데 활용될 수 있다고 설명했습니다.

로봇 군집은 환경 너머로, 예를 들어 체내에서 작동하여 문제 부위에 직접 약물을 전달할 수 있습니다. 로봇 군집의 집단 감지 능력은 주변 환경의 변화를 감지하는 데에도 도움이 되며, "자가 치유" 능력은 분리된 후에도 집단 단위로 기능을 유지할 수 있음을 의미하며, 이는 특히 위협 감지 및 센서 애플리케이션에 유용할 수 있다고 아론슨은 말했습니다.

"이것은 더 스마트하고, 더 회복력이 뛰어나며, 궁극적으로 더 유용한 마이크로 로봇을 개발하는 데 있어 중요한 도약을 의미합니다. 이 로봇은 최소한의 복잡성으로, 세계에서 가장 어려운 문제들을 해결할 수 있습니다."라고 그는 말했습니다. "이 연구를 통해 얻은 통찰력은 까다로운 환경에서 복잡한 작업을 수행하고 외부 신호에 반응할 수 있는 차세대 마이크로 로봇을 설계하는 데 매우 중요합니다."

연구를 위해 연구팀은 음향 방출기와 탐지기를 갖춘 소형 로봇들의 움직임을 추적하는 컴퓨터 모델을 개발했습니다. 그 결과, 음향 통신을 통해 개별 로봇 에이전트들이 물고기 떼나 새 떼처럼 환경에 맞춰 모양과 행동을 조절하며 원활하게 협력할 수 있다는 것을 발견했습니다.

논문에 나오는 로봇은 제조된 물리적 장치가 아니라 이론적(또는 에이전트 기반) 모델 내의 계산 에이전트였지만, 시뮬레이션에서는 동일한 설계를 사용한 모든 실험 연구에서 나타날 수 있는 집단 지능의 출현을 관찰했다고 아론슨은 말했다.

"이렇게 단순한 로봇에서 이렇게 높은 수준의 응집력과 지능을 보여줄 줄은 전혀 예상하지 못했습니다."라고 아론슨은 말했다. "이 로봇들은 아주 단순한 전자 회로입니다. 각 로봇은 특정 방향으로 움직일 수 있고, 모터, 작은 마이크, 스피커, 그리고 발진기를 가지고 있습니다. 그게 전부지만, 그럼에도 불구하고 집단 지능을 발휘할 수 있습니다. 로봇은 자신의 발진기를 무리의 음향장 주파수에 동기화하고 가장 강한 신호를 향해 이동합니다."

이번 발견은 활성 물질이라는 신생 분야에 새로운 이정표를 세웠습니다. 활성 물질은 박테리아나 살아있는 세포 무리부터 마이크로로봇에 이르기까지, 자체 추진되는 미세 생물학적 및 합성 물질들의 집단 행동을 연구하는 분야입니다. 아론슨은 이번 발견이 음파가 미세 로봇을 제어하는 수단으로 작용할 수 있음을 처음으로 보여준다고 설명했습니다. 지금까지 활성 물질 입자는 주로 화학적 신호를 통해 제어되어 왔습니다.

"음파는 화학적 신호보다 소통에 훨씬 효과적입니다."라고 아론슨은 말했다. "음파는 에너지 손실 없이 더 빠르고 더 멀리 전파되며, 설계도 훨씬 단순합니다. 로봇들은 서로를 효과적으로 '듣고' '찾아내며' 집단적 자기 조직화를 이룹니다. 각 요소는 매우 단순합니다. 집단 지능과 기능은 최소한의 구성 요소와 간단한 음향 통신에서 비롯됩니다."

이 논문의 다른 저자는 뮌헨 루트비히 막시밀리안 대학교의 알렉산더 치프케, 이반 마리셰프, 에르빈 프라이입니다. 존 템플턴 재단의 연구 자금 지원으로 진행되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/08/250812234535.htm