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과학과 놀자

표면장력 원리로 계단 오르고…프로펠러 휠도

음식점 입구 앞 문턱, 지하철 역사 계단, 인도 위의 돌. 평범해 보이는 일상의 모습이지만, 휠체어를 타는 장애인에겐 에베레스트산만큼이나 큰 난관이다. 이럴 때 휠체어 바퀴가 계단을 오르고, 돌을 딛고 넘을 수 있다면 얼마나 좋을까! 그런데 머지않은 미래에는 이런 상상이 현실이 될 것으로 보인다. 장애물의 모양에 따라 형태가 바뀌는 바퀴가 개발됐기 때문이다. 힘차게 구르던 휠체어가 계단 모형 앞에서 잠시 멈추어 선다. 다시 천천히 움직이던 휠체어는 계단에 닿는 순간 모양을 바꾸기 시작한다. 마치 계단의 모양을 읽어낸 듯 바퀴와 계단이 닿는 면이 완벽하게 밀착된다. 덕분에 휠체어는 계단을 넘는 데 성공한다.이 휠체어는 한국기계연구원 AI로봇연구소 연구팀이 새롭게 개발한 바퀴를 장착했다. 이 바퀴의 핵심은 도로를 달릴 때는 단단하고 동그란 모양의 바퀴로 작동하다가, 장애물을 넘을 때는 말랑해지며 장애물의 모양에 따라 바퀴 모양도 바꾼다는 것이다.과학자들은 그동안 기존의 한계를 뛰어넘는 새로운 바퀴를 개발하기 위해 아이디어를 모았다. 대표적 바퀴가 ‘비공기압 타이어’다. 비공기압 타이어는 이름 그대로 공기가 없는 타이어다. 그 대신 바퀴 안쪽에 벌집 모양으로 생긴 고무 기둥으로 채워져 있다. 고무 기둥은 말랑말랑하기 때문에 장애물을 넘기에 수월하다. 장애물을 넘는 순간 고무 기둥과 함께 바퀴의 표면도 구부러지면서 장애물을 통과하는 방식이다.이러한 특징은 한편으로 단점이기도 하다. 말랑한 만큼 바퀴가 바닥과 닿는 면이 넓어져 마찰력이 커지면서 빨리 구르는 데 한계를 지닌다. 회전할 땐 중심을 잃기도 쉽다. 회전운동의 중심인 회전축