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비행기가 새와 충돌하는 사고가 빈번하다. 공항에서는 활주로 주변으로 새들이 날아오지 못하도록 여러 가지 노력을 하고 있지만 완전히 방지하지 못하고 있다. 최근 과학자들은 새 모양의 드론에 인공지능을 최대한 활용한 인공지능 로봇-드론-매를 개발하고 있다.
드론 제작기술이 발전하면서 첨단의 군사용 드론만 아니라 작은 새 크기의 드론새를 만들어 울타리 넘어 있는 적정(敵情)을 몰래 촬영도 하고 녹음까지 하는 것으로 알려져 있다. 한편 과학자들은 드론새에 인공지능까지 적용하여 여러 가지 로봇-인공지능-드론-새(로봇새)를 만들어 실용화 하는 연구를 한다.
과학자들이 개발하는 특별한 로봇-드론-새 가운데 대표적인 것의 하나는 금화조(제브라핀치)라는 참새무리에 속하는 관상용 새의 로봇새(RoboFinch)이고, 다른 하나는 공항에서 새를 쫓아내는 데 사용하려는 맹금(猛禽) 로봇매(Robot-Falcon)이다.
독일 에슬링겐시에 있는 페스토(Festo)사는 다양한 비행동물들의 로봇 드론을 제작하고 있다. 그들이 만든 동물 드론 중에는 바이오닉 박쥐, 바이오닉 나비, 바이오닉 잠자리, 바이오닉 칼새(Bionic Swift) 등이 있다. 이들은 GPS 기능까지 갖추고 자연스럽게 날고 앉고 뜨고 한다. bionic은 생체를 모방하여 실용적인 제품을 만드는 첨단기술을 말한다.
위의 사진들은 페스토사가 만들어 비행실험을 하고 있는 비행동물들의 로봇 드론들이다. 이들은 초경량 재질로 만들며, 항공역학을 최대한 활용하고, 자연 상태의 모습을 닮게 하며, 비행 방법 역시 비행동물과 비슷하도록 만들고 있다. 페스토사가 최근 만든 바이오닉 칼새는 몸길이 44.5cm, 날개폭 68cm이지만 무게는 겨우 42g이다.
노래를 가르치는 로보핀치
애완조(愛玩鳥) 중에 붉은 부리를 가진 몸길이가 10cm 정도되는 금화조(錦花鳥 zebra finch)는 모습과 행동이 귀엽고 울음소리가 수다스럽다. 오스트레일리아가 자생지이며, 새장에서 잘 살고 풀씨를 주식한다. 이 새는 흥미롭게도 수컷만 울음소리를 낸다. 부리를 매우 빠르게 움직이면서 지저귀는 소리는 다소 고음이다.
제브라핀치는 암수 모습이 약간 다르다. 수컷만 목 부분 깃털 무늬가 얼룩말(zebra) 줄무늬와 비슷하여 zebra finch라 불린다. 다양한 울음소리를 내는 수컷은 어릴 때 아비새로부터 지저귀는 능력을 학습하는 것으로 알려지고 있다. 새들의 지저귐 속에 담긴 정보에 대해서는 많은 연구를 하고 있지만 아직 잘 모르고 있다.
네덜란드 라이덴 대학의 시몬(Ralph Simon) 교수는 제브라핀치의 복잡한 울음소리를 연구하기 위해 그들을 닮은 로보핀치(robofinch)를 만들었다. 로보핀치는 제브라핀치가 지저귀는 다양한 음향을 스피커를 통해 그대로 발성한다. 로보핀치는 어미가 소리를 낼 때 움직이는 부리의 재빠른 움직임까지 최대한 학습하고 있다.
동물들의 소리를 전문으로 연구하는 생물 음향학자인 시몬 교수는 새들 중에서 울음소리가 유난히 복잡한 제브라핀치의 소리를 집중적으로 연구했다. 그는 다양한 환경 조건에서 제브라핀치를 사육하면서 새끼 새가 어떻게 어미(수컷)로부터 발성법을 배우며, 그때 부리와 머리는 어떻게 움직이는지, 소리 속에 담긴 정보는 무엇인지 등을 연구했다. 그는 이런 연구를 하기 위해 로보핀치 모형을 여러 마리 만들었고, 고속도 비디오를 이용하여 새들의 부리가 어떻게 움직이는지도 치밀하게 조사하여 그대로 제작했다.
중앙의 것은 로보핀치 모형, 왼쪽은 수컷 어린 제브라핀치, 오른쪽은 어린 암컷이다. 양쪽의 암수 제브라핀치는 중앙의 로보핀치를 의심하지 않고 함께 지저귀면서 논다.
시몬 교수는 제브라핀치가 친어미가 아닌 로보핀치에게도 노래를 배우는지 여러 가지 조건에서 조사했다. 실험실의 횟대에 놓인 로보핀치의 울음소리는 로보핀치 꼬리 쪽에 설치한 미니 스피커로부터 나오게 했다. 로보핀치가 부리를 빠르게 움직이면서 소리를 내면, 몇 분 안에 다른 제브라핀치들이(전부는 아니지만) 옆으로 와서 함께 놀고, 같은 음조로 노래를 불렀다. 새끼들은 로보핀치로부터 노래를 상당히 배우는 것으로 판단되었다. 그러나 얼마큼 자란 새끼들은 로보핀치가 울어도 옆에 가거나 함께 노래하는 경우가 점점 줄어들었다.
또한 제브라핀치에게 로보핀치 없이 스피커로 울음소리만 들려주었다. 처음에는 새끼들이 스피커 곁으로 왔다. 그러나 1주일쯤 지나면서 스피커의 소리에 대한 반응이 줄어들었다. 시몬 교수는 제브라핀치를 암컷하고만 살게 하기도 하고, 스피커조차 없이 새끼끼리만 살게도 해보았다. 결론적으로 시몬 교수는 제브라핀치의 새끼들은 아비로부터 지저귀는 소리를 상당히 배운다고 판단했다.
시몬 교수의 연구 결과는 2023년 4월에 발행된 학술지 <Method in Ecology and Evolution>에 실렸다. 참새, 수탉, 뻐꾸기, 꾀꼬리 등의 조류만 아니라 소리를 내는 모든 동물들의 울음소리, 짖는 소리, 짝을 부르는 구애의 소리, 맹수의 포효(咆哮) 소리의 학습 과정도 중요한 연구 과제이다.
활주로를 지키는 로봇팔콘
철새의 이동철이 되면 넓게 트인 비행장에 수만 마리의 새가 동시에 날아들기도 한다. 몸집이 커다란 맹금류 중에는 비행기를 자기와 같은 동료의 하나로 인식하는 행동을 보이기도 한다. 미국의 경우 1990년부터 2022년 사이에 새와 비행기가 충돌한 사건이 260,000번이나 있었다고 한다.
네덜란드 그로닝겐 대학의 여성 생물학자 헤멜리직(Charlotte Hemelrijk)은 매와 흡사하게 날개짓을 하는 로봇-매-드론(RobotFalcon 로봇팔콘)을 만들었다. 양쪽 날개 중간에 프로펠러가 1개씩 달린 로봇팔콘은 머리에 카메라가 있고, 날개는 매처럼 자연스럽게 펄럭이며 비행한다.
세계에 널리 사는 매(peregrind falcon)는 작은 새를 공격하는 맹금류이다. 네셔널 지오그래픽 TV의 조사에 의하면, 그들의 최고 비행속도는 시속 398km나 되었다. 야생새들은 매가 접근한 것을 알면 급히 달아난다.
헤멜레직 팀은 비행장에 자주 날아드는 찌르레기, 거위, 기러기, 물떼새, 까마귀 등을 퇴치할 목적으로 로봇팔콘을 효과적으로 이용하는 방법을 찾으려 한다. 그들은 로봇팔콘을 지상에서 상공으로, 상공에서 아래로, 상공을 선회시키면서, 때로는 새들을 뒤쫓게 해보기도 한다.
과학자들은 로봇팔콘이 새들의 눈에 잘 뜨이도록 만들었다. 최대 비행시간이 2시간인 로봇팔콘은 일반 드론보다 월등하게 새들을 잘 쫓아냈다. 로봇팔콘이 나타나면 5분 이내에 모든 새들이 사라졌다. 새들의 머리 위에서 로봇팔콘이 활공하고 있을 경우에는 1분도 지나지 않아 새들은 전부 피해버렸다.
헤멜리직 팀이 연구한 결과는 2022년에 <Journal of the Royal Society>에 발표되었다. 눈문에 의하면, 일반 드론을 날려 보내면 쫓아버리는 데 시간이 많이 걸리고, 때로는 달아나지 않는 새들도 있었으며, 도망갔던 새들이 잠시 후 다시 와서 땅에 내리기도 했다.
세계의 여러 공항에서는 접근하는 새들을 내쫓기 위해 공중에 작은 폭약을 터뜨리기도 한다. 연구팀의 실험에 의하면, 로봇팔콘은 폭약 소리보다 더 효과적으로 새를 쫓아낼뿐 아니라, 달아났던 새들이 다시 찾아오는 시간도 훨씬 늦어졌다.
새들은 맹금을 본능적으로 두려워한다. 그들이 탄생할 때부터 맹금을 무서워하도록 학습되는 이유는 과학자들도 아직 확실히 모른다. 비행기가 새나 박쥐와 충돌하는 사고를 bird strike라 한다. 미국에서만 1년에 13,000회 정도 충돌이 일어나며, 80%는 보고가 되지 않는다고 한다. 특히 큰 새가 제트엔진 속으로 빨려들어가면 대형사고가 된다.
세계적으로 새 충돌에 의한 피해액은 1년에 $12억 정도라고 한다. 비행기만 새와 충돌하는 것이 아니라 때로는 질주하는 자동차와 새가 부딪히기도 한다. 새가 접근하지 못하도록 주기적으로 고음의 공포탄을 쏘기도 하고, 강한 빛을 번쩍이기도 하지만, 새를 효과적으로 퇴치하는 마땅한 방법은 아직 없다. 그러나 인공지능 로봇팔콘이 만들어지면 이들이 활주로 주변을 제외한 상공에서 24시간 자율비행하도록 할 수 있을 것이다. 인공지능 로봇-드론-매는 야생동물을 안전하게 보호하면서 그들의 접근을 막는 매우 효과적인 방법이 될 것이라 생각된다. - YS
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