뱀이 모래언덕 어떻게 기어오르나 보니 Snake Robots Crack Mystery of How Reptiles Climb Dunes
美 연구진,
뱀이 경사면 오르는 원리 적용한 로봇 실험 성공
건물붕괴현장 등 열악 환경에서 사용가능한 로봇 만들 수 있어
뱀이 모래언덕을 오르는 원리가 밝혀졌다. - Rob Felt 제공
생물학자와 물리학자, 로봇공학자로 이뤄진 미국 공동 연구팀이 뱀이 모래언덕을 오르는 원리를 밝히고 로봇에 적용하는 데 성공했다. 이런 로봇을 만들려면 뱀처럼 몸을 흔들면서 모래언덕을 오르내리는 능력이 필수다. 하지만 아직까지 뱀이 어떻게 모래언덕을 오르는지에 대해서는 밝혀지지 않았다. 또 몸을 좌우뿐만 아니라 위아래로 흔들면서 움직인다는 사실도 확인했다. 상하좌우로 움직이면서 모래언덕을 오르는 방향으로 몸을 찍어 누르는 과정을 반복했다. 머리를 위아래로 움직이는 동안 몸통을 지면에 더 강하게 밀착시키는 효과도 있었다. 이번 연구 결과는 ‘사이언스’ 10일자에 발표됐다.
동아사이언스 최영준 기자 jxabbey@donga.com
조지아공대 물리학과와 카네기멜론대 로봇공학과, 그리고 애틀란타 동물원 공동연구팀은 모래에 빠지지 않고 자유자재로 움직이는 로봇을 만들기 위해 사막에 사는 뱀이 모래언덕을 오르는 모습에 주목했다.
연구진은 애틀란타 동물원에서 키우고 있는 뱀과 카네기멜론대가 개발한 뱀 로봇을 이용해 동시에 실험을 진행했다. 뱀 로봇은 평지에서만 움직일 수 있는 로봇이었다.
먼저 경사각을 자유롭게 조정할 수 있는 인공 모래 경사면을 만들고 그 위에 뱀을 올려놓은 뒤 뱀이 움직이는 모습을 고속 카메라로 촬영했다. 이어서 뱀 로봇을 경사면 위에 올려놓고 동일한 실험을 했다. 물론 뱀 로봇은 모래언덕을 오르지 못했다.
연구진은 고속 카메라로 촬영한 뱀과 로봇의 움직임을 비교하면서 둘의 차이점을 면밀하게 분석했다. 그 결과 뱀이 모래언덕을 오를 때 몸이 오돌토돌한 모래 지면에 닿는 표면적을 최대화하는 방식으로 이동한다는 사실을 알아냈다.
연구진은 이를 토대로 뱀 로봇의 이동 프로그램을 수정했다. 로봇이 수평과 수직 방향으로 움직이는 비율을 수정해서 바닥에 닿는 표면적을 최대화하자 뱀 로봇도 모래언덕을 올라가는 데 성공했다.
조 멘델슨 애틀란타 동물원 연구소장은 “이번 연구 결과를 활용하면 외계 행성과 건물 붕괴 현장, 고고학 탐사 현장처럼 열악한 환경에서 자유롭게 움직이는 로봇을 만들 수 있을 것”이라고 말했다.
Snake Robots Crack Mystery of How Reptiles Climb Dunes
http://www.theregister.co.uk/2014/10/10/robot_trouser_snake_has_no_problem_with_slippery_mounds/
Posted by Carrie Arnold in Weird & Wild on October 9, 2014
Climbing a sand dune is no easy task, even for the most nimble of humans—yet some snakes can climb them with ease. Now, a new study of sidewinders and robotic versions of the snakes has discovered the secret to this amazing ability in the reptile‘s slither.
The finding may pave the way for better robots that can navigate rubble during urban search-and-rescue operations as well as explore archaeological sites and other hard-to-reach places, scientists say.
The new research focused on the desert-dwelling sidewinder rattlesnake (Crotalus cerastes), which navigates the sandy terrain of the southwestern United States and northwestern Mexico. Instead of using its body’s undulations to move forward—in the direction that it’s facing—a serpentine move called sidewinding allows the rattlesnake to move sideways. (Also see “Mystery Solved: How Snakes Climb Trees.”)
“It’s this most gorgeous, amazing movement, to see them glide across the sand in this beautiful dance,” said study senior author Daniel Goldman, a biophysicist at Georgia Tech in Atlanta. “And they [don't] slip at all.”
Scientists wanted to know if these sidewinding moves were the secret to the snake’s success in climbing.
Using high-speed videos of live snakes and customized robotic reptiles, the team found that sidewinding combines up-and-down and back-and-forth undulations that put more of the snake’s body in contact with the sand and prevent slipping.
“It’s pretty cool how the snake could figure out how to climb so well, even better than we can,” said Goldman, whose study is published October 9 in the journal Science.
Snakes on a Hill
Goldman’s Ph.D. research had focused on granular surfaces such as sand and on how these surfaces behave under pressure from, say, a human foot or a snake’s slithering body. (Also see “Year of the Snake: The Serpent Behind the Horoscope.”)
A pile of sand just sitting on the ground is most definitely a solid. But step on it or press on it, and the sand begins to behave almost like a liquid, flowing and giving way. (Anyone who’s taken a walk on a beach or tried to climb a sand dune knows this phenomenon well.)
Watch a video of the snake experiments.
To see how sand responds to a snake’s body, Goldman and colleagues set up a test track for sidewinder rattlesnakes at Zoo Atlanta in Georgia. As each snake climbed steeper sand hills, it constantly changed its body movements to either keep more of its body lifted or more of it in contact with the ground. This decreased the pressure on the sand and consequently decreased slippage.
This feat, however, isn’t universal. Experiments with 13 other species of related pit viper, which don’t live in desert environments, revealed that only the sidewinder rattler could climb without slipping. (See “Amazing Video: Inside the World’s Largest Gathering of Snakes.”)
Snakebots
To test how different combinations of undulations on different hills affected climbing ability, Goldman also asked Howard Choset, at Carnegie Mellon University to use a snakelike robot he’d previously developed.
Initially, the robot couldn’t climb sand hills. But by programming in information from the sidewinder rattlers, the team created a new snakelike robot that could traverse nearly any hill. (See “Engineer Sees Big Possibilities in Micro-robots, Including Programmable Bees.“)
“This is one of the coolest studies I’ve seen in a really long time,” said Jake Socha, a biomechanical scientist at Virginia Tech in Blacksburg, who wasn’t involved in the research.
“It could be really important in helping develop snakelike robots that can navigate pipes or sewers very effectively.”
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