바르바라 마촐라이, '지속가능 로봇공학' 새 분야를 열다

바르바라 마촐라이는 원래 로봇공학자가 될 계획이 없었습니다. 이탈리아 토스카나 해안에서 자란 어린 시절 숲과 균류에 매료됐던 그는 피사 대학교에서 해양생물학을 공부하며 생물학자로 경력을 시작했습니다. 1999년 우연히 찾아온 채용 기회로 공학 분야에 발을 들였고, 이후 수십 년간 자연이 문제를 해결하는 방식을 로봇 하드웨어로 옮기는 작업을 이어왔다고 IEEE 스펙트럼은 그의 경력을 조명한 인터뷰 기사에서 전했습니다.

현재 마촐라이는 제노바에 위치한 이탈리아 기술연구소(IIT)의 로봇공학 부문 부소장이자 생체모방 소프트 로봇 연구소 소장을 맡고 있습니다. 그의 이력은 이탈리아 국가연구위원회(CNR)에서 수은과 같은 중금속이 토양, 물, 생체 조직을 거쳐 이동하는 경로를 연구하던 시기, 그리고 1999년 피사의 산타나 고등연구소(Scuola Superiore Sant'Anna)에서 생체로봇공학자 파올로 다리오 연구팀에 합류해 환경 모니터링용 센서와 로봇을 개발하던 시기를 거쳐 이어집니다.

2004년 조교수로 승진한 뒤 산타나 동료들과 함께 개발한 그의 첫 대표작은 문어를 본뜬 소프트 로봇이었습니다. 그는 이 로봇에 대해 “소프트 로봇공학이라는 개념을 처음 제시하는 본보기로 내놓은 것”이라며, 부드러운 몸체로도 실제 문어처럼 주변에 강한 힘을 가할 수 있음을 보여줬다고 설명합니다.

2009년 IIT 마이크로바이오로보틱스 센터의 팀장으로 합류한 이후, 로마 토르 베르가타 대학교에서 마이크로시스템 공학 박사 학위를 밟던 시기(2011년 취득) 마촐라이는 식물을 로봇의 모델로 삼는 데 흥미를 느끼기 시작했습니다. 처음에는 정적인 생물로 여겨지는 식물을 모델로 삼는다는 아이디어에 동료들의 회의적 시선이 있었지만, 그는 식물이 평생에 걸쳐 성장하고 감지하고 소통하며 형태를 바꾸는 '무한 성장' 특성을 근거로 반박했습니다.

이런 통찰은 식물 뿌리에서 영감을 받은 로봇으로 이어졌습니다. 실제 뿌리는 구조 전체를 밀어야 하는 일반 드릴과 달리, 끝부분에서만 성장하고 나머지는 고정된 채 유지함으로써 토양을 뚫고 나아가는 데 드는 에너지를 최소화합니다. 마촐라이의 연구팀은 로봇 끝부분에 소형 3D 프린터를 내장해 이 원리를 구현했습니다. 이 프린터는 가열된 열가소성 필라멘트를 밀어내 뱀 형태의 몸체를 뒤로 이어 붙이는 방식으로 로봇을 전진시키며, 끝부분에 장착된 센서로 장애물과 영양분, 수분을 감지합니다.

평생 살아있는 시스템에서 설계 원리를 빌려온 그는 이제 로봇공학이 그 빚을 갚아야 한다고 말합니다. 그와 공동연구자들은 지난 7월 저널 『네이처 머신 인텔리전스』에 발표한 선언문에서 '지속가능 로봇공학'이라는 비전을 세 가지 축으로 제시했습니다. 로봇의 환경 영향을 최소화할 것, 사회경제적·지리적 배경과 관계없이 누구나 접근 가능하게 할 것, 그리고 인간과 자연 모두에 이로운 '공생적' 관계를 지향할 것입니다.

구체적으로는 로봇 설계 단계에서부터 전체 수명 주기를 고려해, 수명이 다한 로봇을 재사용하거나 재활용하거나 심지어 생분해할 수 있도록 만드는 것을 의미합니다. 이는 플라스틱이나 자동차 배터리처럼 폐기 이후를 고려하지 않고 개발된 기존 기술들의 전철을 밟지 않겠다는 것입니다. 마촐라이는 이를 실현할 요소들은 이미 갖춰져 있으며, 관건은 지속가능성을 설계의 필수 요건으로 재정의하는 것이라고 강조합니다.

그는 환경 문제에 대한 위기의식이 커지면서 젊은 연구자들이 이 분야에 뛰어들 것이라 낙관하며, 이들이 “도움이 될 수 있는 무언가를 만들고 싶어 한다”고 말합니다.