국내 연구진이 비둘기의 비행 원리를 밝히고, 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 새의 비행을 가상으로 재현하는 기술을 개발했다. 이는 새의 복잡한 역학 원리와 제어기술의 이해를 바탕으로 한 것으로 사실적인 날개 짓의 묘사가 필요한 애니메이션 등 엔터테인먼트 분야나 생체모방로봇 설계 분야 등에 활용이 기대된다.

서울대학교 컴퓨터공학부 이제희 교수 연구팀의 주은정 박사(현 삼성전자 DMC 연구소 책임연구원, 제1저자), KAIST 노준용·광운대 최민규 교수 연구팀 등이 공동으로 수행한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업(창의적연구)의 지원으로 수행되었고, 컴퓨터 그래픽스 분야 학술지 ACM Transactions on Graphics 9월호에 게재되었다.(논문명: Data-driven Control of Flapping Flight)

물고기와 같은 수중동물이나 말, 사람 같은 육상동물의 움직임을 컴퓨터 시뮬레이션이나 로봇으로 재현하려는 연구가 활발하다.

반면 조류의 경우, 비행을 재현하기 위해서는 복잡한 생체구조는 물론 수많은 깃털의 공기역학적 특성까지 반영한 복잡한 역학이론과 제어기술이 필요해 난제로 남아 있었다.

연구팀은 실제 비행하고 있는 비둘기와 앵무새의 골격 및 깃털을 정교하게 모델링함으로써 이들의 움직임을 사실적으로 재현할 수 있는 조류의 비행모델과 정교한 제어기술을 개발했다.

새의 관절부위에 자체 제작한 초저중량 마커를 부착하여 새의 뼈대가 시간에 따라 움직이는 궤적을 모션 캡쳐로 얻어내고, 회초리처럼 휘어지는 깃털의 물성은 초고속 비디오카메라로 녹화하여 분석했다.

또 날개를 아래로 저을 때는 막을 형성하여 부력을 극대화하고, 위로 저을 때는 깃털들이 서로 벌어져 회전하며 공기가 깃털 사이로 빠져나가는 새의 날개 짓을 정교한 모델링 및 시뮬레이션을 통해 좀 더 사실적으로 재현해냈다.

연구팀은 새의 운동범위가 광범위하고 비행속도가 빨라서 관찰하지 못한 비행동작을 추측하는 일반화 과정을 자동으로 처리하는 알고리즘도 개발하였다.

이 교수는 “이번에 개발된 제어 알고리즘은 유체역학에 기반해 컴퓨터로 시뮬레이션하는 가상의 새가 자유롭게 방향을 조정하며 하늘을 날 수 있도록 한 것으로 애니메이션, 생체모방로봇 뿐만 아니라 이미 멸종된 시조새가 어떻게 하늘을 날았는지 유추하는데도 사용이 가능하다”고 설명했다.