바르바라 마초라이, 제노아에 있는 이탈리아 기술 연구소의 로봇 공학 부소장이자 생체 영감을 받은 소프트 로봇 공학 연구실의 책임자는 '지속 가능한 로봇 공학'이라는 새로운 연구 분야를 옹호하고 있습니다. 이 접근법의 목표는 – 자연, 인류, 기술 간의 관계를 개선하는 것입니다. 7월에 Nature Machine Intelligence 저널에 발표된 선언문에서 마초라이와 그녀의 동료들은 지속 가능성을 설계의 중심에 두는 로봇 설계 비전을 설명했습니다. "우리는 기술의 발자국을 줄여야 합니다" – 라고 그녀는 말합니다. "정말로 다른 방식으로 생각하고, 로봇 공학과 사회에 새로운 가능성을 열어야 합니다." 마초라이의 과학 여정은 리보르노 근처 토스카나 해안에서의 어린 시절부터 시작되었습니다. 그녀의 아버지는 건강 검진관이자 전문 균학자였으며, 가족은 자주 숲을 탐험하며 지역의 버섯과 식물을 연구했습니다. 처음에는 예술가의 경력을 고려했지만, 1987년에 그녀는 특히 해양 생물학에 매료되어 피사 대학교에 입학했습니다. 1995년까지 그녀는 생물학 석사 학위를 받았습니다. 그 후 얼마 지나지 않아, 학업을 마치기 전에 그녀는 이탈리아 국립 연구위원회의 생물물리학 연구소에서 연구원으로 일하며 수은과 같은 중금속이 살아있는 것과 무생물 환경에 미치는 영향을 연구했습니다. 이는 물, 토양, 채소 및 심지어 인간의 유기체에서 샘플을 수집하고 분석하여 이러한 금속이 건강과 환경에 미치는 영향을 이해하는 것을 포함했습니다. 연구와 병행하여 마초라이는 1998년에 피사의 Scuola Superiore Sant'Anna에서 환경 관리 및 감사 제도 분야에서 또 다른 석사 학위를 받았습니다. 1999년에 그녀는 대학이 환경 모니터링을 위한 새로운 장치를 개발하기 위해 생물학자를 모집하고 있다는 사실을 알게 되었습니다. 마초라이는 지원하여 유명한 생체 로봇 공학자 파올로 다리오의 지도 아래 연구 조교로 일하기 시작했으며, 처음에는 센서를 개발하고, 그 다음에는 공기, 물, 토양을 모니터링하는 로봇을 개발했습니다. 박사 과정이 시작되기 전인 2004년에 그녀는 조교수로 승진했고 곧 생체 영감을 받은 로봇 공학 분야에 첫 발을 내디뎠습니다. Sant'Anna의 동료들과 협력하여 그녀는 문어에서 영감을 받은 소프트 로봇을 개발하는 데 도움을 주었습니다. "우리는 로봇이 부드러울 수 있지만 동물처럼 환경에 강한 힘을 가할 수 있음을 보여주기 위해 소프트 로봇 공학의 아이디어를 발전시키기 위한 패러다임으로 제안했습니다" – 라고 그녀는 회상합니다.
2007년에 마초라이는 로마의 토르 베르가타 대학교에서 마이크로시스템 공학 박사 과정을 시작했으며, Sant'Anna에서의 일을 병행했습니다. 그녀는 이미 로봇의 센서를 개발하기 위해 마이크로 제작 방법을 적극적으로 사용하고 있었으며, 이 분야를 더욱 발전시키고자 했습니다. 로봇은 종종 촉각이나 고유 감각 센서와 같은 인식 센서로 장착되지만, 이러한 시스템은 일반적으로 로봇이 환경에서의 위치를 이해하는 데 중점을 둡니다. "그러나 실제로 그들이 움직이는 환경을 이해하기 위해 물리적 또는 화학적 센서를 통합하는 로봇은 거의 없습니다" – 라고 마초라이는 지적합니다. 2009년에 그녀는 이탈리아 기술 연구소의 마이크로 바이오 로봇 공학 센터의 팀 리더로 임명되어 생체 영감을 받은 로봇 공학의 발전하는 분야에서 작업을 계속했습니다. 2년 후 그녀는 박사 학위를 마치고 센터의 디렉터로 승진했습니다. 거의 같은 시기에 마초라이는 동물을 넘어 식물을 새로운 유형의 로봇 모델로 사용하는 것에 관심을 갖게 되었습니다. 특히 그녀는 뿌리가 지하 환경을 효과적으로 탐색하는 능력에 매료되어, 생태 모델링과 정밀 농업에 적용될 수 있는 유연성을 가진 기계를 상상했습니다. 그녀가 처음 이 아이디어를 제안했을 때, 동료들은 정적인 유기체에 기반한 로봇에 대해 다소 회의적이었습니다. 그러나 실제로, 마초라이는 식물이 무한 성장이라는 과정으로 인해 끊임없이 움직이고 있다고 말합니다. "그들은 정말로 평생 동안 성장합니다" – 라고 그녀는 설명합니다. "그들은 외부 환경에 맞춰 그들의 형태와 행동을 조정하고, 회복하고, 감지하고, 소통합니다."
일반적인 로봇 공학과는 매우 다른 원칙으로 작동하는 시스템을 모방하려는 시도는 심각한 고민을 필요로 했습니다. 마초라이는 생체 영감을 받은 로봇 공학에서의 작업이 때때로 "두 개의 별도 두뇌" – 하나는 생물학자, 하나는 엔지니어의 두뇌가 필요하다고 말합니다. 이 과정은 종종 목표 유기체를 깊이 연구하여 그 기능을 형성하는 기본 원칙을 이해한 후, 이를 모방할 수 있는 로봇을 만들려는 시도를 포함합니다. "이것은 자연 유기체의 복사본이 아닙니다" – 라고 마초라이는 강조합니다. 왜냐하면 살아있는 유기체는 복제하기에 복잡하고 다른 목적을 가지고 있기 때문입니다. 식물 뿌리의 경우, 그들이 토양을 탐색하는 데 있어 매우 효과적인 이유는 구조의 매우 얇은 끝 부분에서만 성장하여 마찰을 줄이기 때문이며, 뿌리의 두꺼운 기초는 움직이지 않습니다. 이는 일반적인 드릴이 전체 구조를 위에서 밀어야 하는 것에 비해, 땅을 통과하는 데 필요한 에너지를 크게 줄입니다. 이 원칙을 로봇에 적용하기 위해 그녀의 팀은 기계의 끝에 위치한 미세화된 3D 프린터를 개발했으며, 이는 가열된 노즐을 통해 열가소성 필라멘트를 공급하여 뒤에 뱀 모양의 몸체를 구축합니다. 이를 통해 로봇은 효과적으로 토양을 통과할 수 있습니다. 끝 부분에는 장애물을 피하고 근처의 영양소나 물을 감지할 수 있는 센서도 포함되어 있습니다. 자연에서 영감을 받아 경력을 쌓은 후, 마초라이는 이제 그에 대한 보답을 하고자 합니다. 그녀는 많은 현대 기술, 특히 플라스틱과 자동차 배터리가 그들의 수명 주기 끝에 환경에 미칠 영향을 거의 고려하지 않고 개발되었다고 말합니다. 마초라이는 로봇 공학이 같은 길을 걷지 않도록 보장하고 싶어합니다. 이것이 그녀와 동료들이 이제 '지속 가능한 로봇 공학'이라고 부르는 것의 영감입니다. 이 접근법은 세 가지 중심 기둥을 가지고 있습니다: 로봇이 환경에 미치는 영향을 최소화하는 것; 다양한 국가와 모든 사회 경제적 배경의 사람들이 접근할 수 있도록 하는 것; 그리고 인간과 자연 모두에게 이익을 주는 '공생성'을 보장하는 것입니다. 보다 구체적으로, 마초라이는 로봇의 설계에 수명 주기 개념을 포함하여, 그들의 유용한 수명이 끝났을 때 이 기계들이 재사용, 재활용 또는 심지어 생분해될 수 있도록 하고 싶어합니다. 이는 야심 차게 들릴 수 있지만, 그녀는 이를 현실로 만들기 위한 모든 요소가 이미 갖춰져 있다고 확신합니다. 그리고 이는 그녀가 확신하는 바와 같이, 미래의 로봇 공학자들에게 영감을 줄 비전입니다. "이 분야에서 정말로 일하고 싶어하는 젊은 사람들이 있습니다. 왜냐하면 이것이 미래, 그들의 미래이기 때문입니다" – 라고 그녀는 말합니다. 지속적인 환경 피해의 위협에 직면하여, "그들은 도움이 될 수 있는 무언가를 개발하고 싶어합니다."
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