뱀처럼 생긴 자율로봇이 다른 행성에서 생명체의 흔적을 찾는다. 지구를 제외하고 태양계에서 생명체가 있을 가능성이 큰 토성의 위성이 첫 번째 목적지다. 이 로봇은 특이한 생김새와 움직임으로 지표면뿐 아니라 지하 바다까지 들어가 지구 밖 생명체를 찾을 예정이다.
티아고 바케로(Tiago Vaquero) 미 항공우주국(NASA) 제트추진연구소(JPL) 인공지능그룹 책임자 연구팀은 뱀처럼 생긴 자율로봇 ‘우주생물학 현존 생명체 탐사기(EELS·Exobiology Extant Life Surveyor)’에 대한 연구 결과를 국제 학술지 ‘사이언스 로보틱스(Science Robotics)’에 14일 발표했다.
EELS가 탐사할 곳은 토성의 위성인 엔켈라두스(Enceladus)다. 엔켈라두스는 지름이 500㎞ 정도로, 지구의 4% 크기인 작은 위성이다. 달과 비교해도 크기가 7분의 1 수준이다. 표면은 섭씨 영하 201도로 기온이 매우 낮아 순수한 얼음으로 뒤덮여 있다. 얼음 덕분에 빛 반사율이 90%에 달해 태양계에서 가장 밝은 위성으로 꼽힌다.
작은 위성 엔켈라두스에 EELS를 보내는 건 생명체가 있는 가능성이 크기 때문이다. NASA가 운용하는 토성 탐사선 카시니(Cassini)는 2005년 엔켈라두스 남극에서 물기둥이 분출되는 모습을 포착했다. 언제 솟아오를지 모르는 뜨거운 온천인 ‘간헐천’이 발견된 것이다. 과학자들은 중력 영향으로 내부 바다에 마찰열이 발생하고 해저 온천이 생긴다고 보고 있다.
NASA 연구진이 지난해 6월 제임스 웹 우주망원경으로 엔켈라두스를 관측한 결과, 분출된 수증기 기둥은 1만㎞에 달했다. 엔켈라두스의 물기둥에는 DNA와 세포막, 뼈 생성에 꼭 필요한 인산염이 들어있는 것으로 파악됐다. 인 성분은 지금까지 지구 이외의 바다에서 검출된 적 없는 성분이다.
엔켈라두스의 지하 바다는 최대 수심이 10㎞에 이를 것으로 추정된다. EELS는 엔켈라두스 지표면에 떨어져 궁극적으로는 지하 바다에 들어가 탐사 활동을 벌일 예정이다. EELS는 센서가 들어간 머리와 액추에이터(Actuator) 10개가 적용된 몸통으로 만들어졌다. 이 로봇의 길이는 4m, 무게는 100㎏이다.
EELS의 가장 큰 특징은 몸통에 나선형 톱니가 붙어있어 얼음과 눈밭, 모래처럼 지표면 재질에 상관없이 몸체를 굴리거나 ‘S’자를 그리며 이동할 수 있다는 것이다. 톱니들은 총 48개의 모터로 돌아간다. 이 움직임은 지상뿐 아니라 바닷속에서도 이동하는 데 큰 역할을 한다. 엔켈라두스에 도착한 EELS는 얼음으로 뒤덮인 지표면을 지나 수증기가 뿜어져 나오는 간헐천으로 들어간다.
EELS는 머리에 실린 센서들을 이용해 생명체의 흔적을 찾는다. 로봇 머리에는 흔히 자율주행차에 들어가는 라이다(LiDAR)와 동시에 2장의 화상을 얻는 입체카메라가 실린다. 두 종류의 센서를 이용해 주변 지형과 물체를 3차원(D)으로 분석한다.
로봇은 원격조종이 아닌 자율운행 방식으로 엔켈라두스를 탐사한다. 연구진이 자율운행 방식을 선택한 건 지구와의 거리 때문이다. 지구와 엔켈라두스의 거리는 12억㎞로 지구에서 신호가 도달하는 데에 두 시간 정도가 걸린다. 신호 송신과 수신의 시간 차이가 큰 만큼, 로봇이 스스로 주변을 분석하고 탐사 방법을 결정하는 게 효율적이라는 판단이 반영됐다.
앞으로 연구진은 엔켈라두스 탐사를 성공적으로 이끌기 위해 로봇의 자율운행 성능을 끌어올리는 데 집중할 계획이다. 연구팀은 “비록 로봇이 눈과 얼음 위를 횡단할 수 있지만, 보행법 선택과 탐사 궤적을 형성하는 자율성에는 더 많은 연구가 필요하다”며 “또 지표면 구성 요소를 빙하 아래 바다까지 안전하게 실행할 수 있는 단일 로봇 시스템을 개발해야 한다”고 말했다.
참고자료
Science Robotics(2024), DOI: https://doi.org/10.1126/scirobotics.adh8332
Nature Astronomy(2023). DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-023-02009-6
Nature(2023), DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-05987-9