2021년 8월 과학기술인상, 건국대 박훈철 교수 선정 - 장애물과 충돌해도 추락하지 않는 풍뎅이 모방 날갯짓 비행로봇 개발 - |
□ 과학기술정보통신부(장관 임혜숙, 이하 ‘과기정통부’)와 한국연구재단(이사장 노정혜, 이하 ‘연구재단’)은 이달의 과학기술인상 8월 수상자로 건국대학교 스마트운행체공학과 박훈철 교수를 선정했다고 밝혔다.
ㅇ ‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정하여 과기정통부 장관상과 상금 1천만 원을 수여하는 시상이다.
□ 과기정통부와 연구재단은 박훈철 교수가 장애물과 충돌해도 추락하지 않는 장수풍뎅이의 날개와 비행 원리를 규명하고, 이를 모방한 날갯짓 비행로봇을 개발해 우주 저밀도대기에서 비행 가능한 미래 항공우주기술의 기반을 마련한 공로를 높이 평가했다고 밝혔다.
□ 최근 상업적인 우주여행 도전이 잇따라 성공하면서 우주탐사의 지평이 넓어지는 새로운 우주 시대를 맞아 장애물과 충돌해도 추락하지 않고 정찰과 탐사 임무를 수행할 수 있는 곤충 모방 날갯짓의 로봇을 개발한 박훈철 교수의 8월 수상이 뜻깊다.
ㅇ 낮은 대기 밀도에서 비행이 가능한 곤충 모방 로봇을 개발하려는 시도가 많았지만, 새와 달리 꼬리날개가 없는 곤충의 비행방법은 기술적 구현이 어려워 장시간 비행에 성공한 사례가 드물었다. 특히 뒷날개 중간을 접었다 펼쳐서 비행하는 풍뎅이는 충돌에도 안정적인 비행이 가능하지만, 뒷날개가 완전히 펼쳐지는 과정이 명확하게 규명되지 않았다.
□ 박훈철 교수는 초고속 카메라 촬영으로 장수풍뎅이의 뒷날개가 처음 날갯짓으로 발생하는 공기력과 관성력으로 완전히 펼쳐지는 사실을 밝혔다. 또한, 비행 중에 장애물 충돌로 뒷날개가 접히더라도 중앙부의 충돌 에너지 흡수로 짧은 시간 안에 다시 펼쳐져서 안정된 비행을 계속할 수 있음을 입증하였다.
ㅇ 박 교수팀은 이 원리를 적용하여 날개에 충돌 에너지 흡수 장치를 부착한 곤충 모방 날갯짓 비행로봇 ‘KU비틀’을 개발해, 날개가 장애물과 충돌할 경우 날개가 접히면서 충격을 완화하고, 다시 펼쳐져서 비행하는 방식을 입증하였다. 연구결과는 2020년 12월 국제학술지 사이언스(Science) 온라인판에 게재됐다.
박훈철 교수는 “이번 연구는 장수풍뎅이 날개의 충돌 에너지 흡수 원리를 규명하고, 이를 독자적 기술로 구현한 데 의의가 있다”며 “저밀도 대기 비행이 가능하고 좀 더 비행효율이 높은 곤충 모방 비행로봇에 대한 연구를 계속할 계획이다”라고 밝혔다.
참고1 |
| '21년 8월 수상자(박훈철 교수) 주요 연구성과 설명 |
<비행하는 풍뎅이와 날갯짓 비행로봇의 충돌 회복 메카니즘 >
장수풍뎅이 뒷날개의 충돌 에너지 흡수 구조(좌)와 날개 바깥쪽이 장애물과 충돌한 경우의 장수풍뎅이 비행(우) ㅇ 장수풍뎅이 뒷날개의 충돌 에너지 저장 메카니즘 규명 장수풍뎅이는 날갯짓 비행 직전에 앞날개만 완전히 펼치고 뒷날개는 날개 바깥쪽만 펼친 채로 날갯짓을 시작하는데, 이 초기 날갯짓으로 발생하는 공기력과 관성력이 뒷날개를 완전히 펼치는데 기여한다는 것을 처음으로 관찰하여 보고하였다. 또한, 완전히 펼쳐진 뒷날개는 중앙부의 충돌 에너지 흡수 메카니즘으로 인하여, 날갯짓 비행 중에 날개 바깥쪽이 장애물과 충돌하여 뒷날개가 접히더라도 짧은 시간 안에 다시 펼쳐져서 안정된 비행을 계속할 수 있음을 입증하였다. |
 
충돌 에너지 흡수 장치를 부착한 날개를 가진 곤충모방 날갯짓 비행로봇, KU비틀(좌)의 장애물 충돌 전후 비행(우) ㅇ 날개에 충돌 에너지 흡수 장치를 부착한 곤충모방 날갯짓 비행로봇, KU비틀 장수풍뎅이 뒷날개를 모방하여, 날개의 앞부분에 충돌 에너지를 탄성 에너지로 저장할 수 있도록 초탄성 형상기억합금 선재(wire)와 경첩 구조로 구성된 충돌 에너지 흡수 장치를 가진 날개를 개발하였다. 이 날개는 날개의 바깥쪽이 날개 평면 및 수직 방향으로 접힐 수 있어서, 장애물과 충돌하면 초탄성 형상기억합금 선재가 경첩 구조를 중심으로 접히면서 충돌 에너지를 탄성 에너지로 저장한다. 이 날개를 곤충과 같이 꼬리날개가 없는 곤충모방 날갯짓 비행로봇(KU비틀)에 장착하고, KU비틀의 날개 바깥쪽이 장애물과 충돌하여도 안정된 비행이 가능함을 시연하였다. 이로써 곤충모방 비행로봇의 날개가 비행 중에 장애물과 충돌하여도, 추락하지 않고 주어진 임무를 수행할 가능성이 높아질 것으로 예상된다. |
