과학자들이 물고기가 육지에서 걷기 시작한 과정을 이해하는 데 도움이 되는 '고대 로봇'

물에서 땅으로의 전환은 지구 생명의 역사에서 가장 중요한 사건 중 하나입니다. 이제 로봇공학자, 고생물학자, 생물학자로 구성된 팀이 로봇을 사용하여 약 3억 9천만 년 전에 현대 육상 동물의 조상이 수영에서 걷기로 전환한 과정을 연구하고 있습니다.

케임브리지 대학이 이끄는 연구팀은 저널 '사이언스 로보틱스'에 기고한 글에서 '고대 물고기에서 영감을 받은 로봇 공학'이 어떻게 고대 물고기의 가슴 지느러미와 배지느러미가 땅에서 무게를 지탱하도록 진화했는지를 연구하는 데 귀중한 실험적 접근법을 제공할 수 있는지에 대해 설명했습니다.

"화석 증거가 제한적이기 때문에 고대 생명체가 어떻게 육지로 전이했는지에 대한 그림이 불완전합니다." 케임브리지 공학과의 마이클 이시다 박사의 말이다. "고생물학자들은 엉덩이와 골반 관절의 구조에 대한 단서를 찾기 위해 고대 화석을 조사하지만, 화석만으로는 배울 수 있는 것에 한계가 있습니다. 로봇이 개입하여 연구의 틈을 메우는 데 도움을 줄 수 있는데, 특히 척추동물의 이동 방식에 큰 변화가 생긴 경우 더욱 그렇습니다."

이시다는 논문의 수석 저자인 후미야 이이다 교수가 이끄는 케임브리지의 바이오-인스파이어드 로봇 연구실의 일원입니다. 이 팀은 다양한 응용 프로그램을 위한 에너지 효율적인 로봇을 개발하고 있으며, 동물과 인간이 움직이는 효율적인 방식에서 영감을 얻었습니다.

Human Frontier Science Program의 자금 지원을 받아 이 팀은 현대의 '걷는 물고기'인 머드스키퍼와 멸종된 물고기 화석에서 영감을 얻어 부분적으로 고대에서 영감을 받은 로봇을 개발하고 있습니다. 이시다는 "연구실에서는 살아있는 물고기를 다르게 걷게 할 수 없고, 화석을 움직이게 할 수도 없습니다. 그래서 로봇을 사용하여 그들의 해부학과 행동을 시뮬레이션하고 있습니다."라고 말했습니다.

이 팀은 근육과 인대를 모방한 기계적 관절을 갖춘 고대 물고기 골격의 로봇 유사체를 만들고 있습니다. 완성되면 이 팀은 이 로봇에 대한 실험을 수행하여 이 고대 생물이 어떻게 움직였을지 확인할 것입니다.

이시다는 "우리는 다양한 걷기 패턴이 얼마나 많은 에너지를 필요로 했는지, 어떤 움직임이 가장 효율적이었는지와 같은 것을 알고 싶습니다."라고 말했습니다. "이 데이터는 이러한 초기 동물이 어떻게 진화했는지에 대한 기존 이론을 확인하거나 반박하는 데 도움이 될 수 있습니다."

이 분야에서 가장 큰 과제 중 하나는 포괄적인 화석 기록이 부족하다는 것입니다. 지구 역사에서 이 시기의 많은 고대 종은 부분적인 골격으로만 알려져 있어 전체 운동 범위를 재구성하는 것이 어렵습니다.

"어떤 경우에는 특정 뼈가 어떻게 연결되거나 기능하는지 추측할 뿐입니다." 이시다가 말했다. "그래서 로봇이 매우 유용한 것입니다. 로봇은 우리가 이러한 추측을 확인하고 이를 뒷받침하거나 반박할 새로운 증거를 제공합니다."

로봇은 일반적으로 살아있는 동물의 움직임을 연구하는 데 사용되지만, 멸종된 종을 연구하는 데 사용하는 연구 그룹은 거의 없습니다. 이시다는 "이런 종류의 작업을 하는 그룹은 몇 개뿐입니다."라고 말했습니다. "하지만 우리는 그것이 자연스럽게 맞는다고 생각합니다. 로봇은 화석이나 현대 종만으로는 얻을 수 없는 고대 동물에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다."

이 팀은 그들의 작업이 다른 연구자들이 오래 전에 멸종된 동물의 생체 역학을 연구하는 로봇 공학의 잠재력을 탐구하도록 격려하기를 바라고 있습니다. 이시다는 "우리는 화석 증거와 실제 세계 역학 사이의 고리를 닫으려고 노력하고 있습니다."라고 말했습니다. "컴퓨터 모델은 분명히 이 연구 분야에서 엄청나게 중요하지만, 로봇은 실제 세계와 상호 작용하기 때문에 이 생물들이 어떻게 움직이는지, 그리고 어쩌면 왜 그런 식으로 움직이는지에 대한 이론을 테스트하는 데 도움이 될 수 있습니다."

이 팀은 현재 고생물 로봇을 만드는 초기 단계에 있지만, 내년 안에 몇 가지 결과를 낼 수 있기를 바라고 있습니다. 연구자들은 로봇 모델이 진화 생물학에 대한 이해를 심화할 뿐만 아니라 다른 분야의 엔지니어와 연구자 간의 새로운 협업 경로를 열어줄 수 있기를 바란다고 말합니다.

이 연구는 Human Frontier Science Program의 지원을 받았습니다. Fumiya Iida는 케임브리지 코퍼스 크리스티 칼리지의 펠로우입니다. Michael Ishida는 케임브리지 곤빌 앤 카이우스 칼리지의 박사후 연구원입니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241023141806.htm