장조원 한국항공대 교수 연구팀은 박각시 나방 날갯짓보다 약 5배 크게 날갯짓 할 수 있는 로봇을 이용해 곤충 비행 성능 원리를 밝혀냈다고 10일 밝혔다.

곤충은 빠른 날갯짓으로 날개 주위에 복잡한 소용돌이를 만들어낸다.

연구팀은 곤충 날개가 만들어내는 작은 소용돌이가 비행성능을 두 배 가까이 향상시킬 수 있다는 사실을 발견했다. 또 소용돌이를 유지해 비행성능을 확보한다는 사실도 밝혀냈다.

그동안 소용돌이가 유지되는 원인을 알아내기 위해 다양한 연구가 진행됐지만, 크기가 작고 날갯짓이 빨라 실험 연구에 어려움이 있었다.

연구팀은 제자리비행에 능숙하다고 알려진 박각시 나방을 바탕으로 약 5배 크기를 갖는 날갯짓 로봇을 제작했다.

로봇의 전진속도에 따라 달라지는 힘의 변화를 측정하고, 날개 주위에 발생하는 소용돌이의 변화를 관찰했다.

그 결과 곤충이 날개를 파닥일 때 발생하는 날개 위 소용돌이 안정성이 곤충의 최대 비행속도를 결정할 수 있고, 양력 세기를 2배 가까이 향상시킬 수 있음을 규명했다. 각 곤충이 선호하는 특정 비행속도가 날갯짓 속도의 약 25%에서 결정됐다.

연구팀은 곤충 날개의 가로세로 형상이 소용돌이에 미치는 영향도 분석했다. 날개 면적이 넓은 경우 날개 끝에서, 날개 면적이 좁은 경우는 가슴에 붙어 있는 날개 뿌리에서 강하고 복잡한 소용돌이 구조를 생성한다는 것을 밝혔다.

장조원 교수는 "곤충 비행에서 최적의 가로세로 날개 형상과 최적의 비행속도 영역이 있다는 것을 최초로 규명한 연구"라며 "향후 생체 모방형 차세대 드론과 프로펠러, 터빈 등 다양한 공학적 개발에 폭넓게 응용될 수 있을 것"이라고 말했다.

한편, 이번 연구 결과는 유체역학 분야의 국제적 학술지 '유체역학저널'(Journal of Fluid Mechanics)에 3일 자 온라인판에 게재됐다.