길고 미끄러운 뱀을 구불구불하고 말랑말랑한 살아있는 조직 터널 속으로 밀어 넣는다고 상상해 보세요. 그것이 기본적으로 의사가 대장 내시경을 하는 모습이지만, 그 "뱀"은 딱딱하고 경직된 튜브라서 종종 벽에 부딪히고 긁히며 통증과 위험을 유발합니다. 과학자들은 마치 마법처럼 스스로 자라나며 앞으로 나아갈 때 자신을 뒤집는, 마치 스스로 안팎이 바뀌는 양말처럼 움직이는 로봇을 만들기 위해 노력하고 있습니다. 이는 벽에 전혀 마찰을 일으키지 않고 미끄러지듯 움직이는 방식입니다. 이것이 바로 "에버전 로봇(eversion robot)"의 꿈입니다.

하지만 런던 퀸 메리 대학교의 Cem Suulker와 그 팀의 논문에 따르면, 우리는 멋진 프로토타입들을 보유하고 있음에도 불구하고 아직 코드를 완전히 풀지 못했습니다. 그들은 네 가지 서로 다른 로봇 설계를 검토했으며, 이 로봇들이 움직이는 데는 뛰어나지만, "부드러운" 마법을 망가뜨리지 않으면서 도구(카메라나 작은 올가미 같은 것)를 운반하는 데 있어서는 모두 어려움을 겪는다는 것을 발견했습니다.

"마법 양말" vs "딱딱한 모자"
로봇을 긴 공기 주입식 소매라고 생각해 보세요. 움직이기 위해서, 로봇은 끝부분을 팽창시키고, 자신을 뒤집으며(마치 손 위로 양말을 뒤집어 쓰는 것처럼), 앞으로 밀고 나갑니다. 뒤집히면서 이동하기 때문에 미끄러지는 것이 아니라, 성장하는 것입니다. 이것은 일반적인 내시경의 마찰을 피할 수 있기 때문에 놀라운 일입니다.

연구진은 이 "마법 양말"의 네 가지 버전을 검토했습니다:

1. 근육 동력형: 이 로봇은 팽창할 때 수축하는 특수한 인공 근육을 사용하여 구부러지는 것을 돕습니다. 조향에는 뛰어나지만, 대장 내부로 0.9미터를 들어가게 하려면 최소 2.1미터 길이의 베이스 스테이션이 필요합니다! 이는 몸속으로 들어가는 기계를 지탱하기 위해 방 하나 전체가 필요한 것과 같습니다.
2. 자석 동력형: 이 버전은 몸 밖에서 거대한 자석을 사용하여 로봇 내부의 자석을 끌어당깁니다. 구조는 단순하지만, 자석이 모든 공간을 차지하기 때문에 로봇이 어떤 도구나 카메라도 운반할 수 없습니다.
3. 딱딱한 모자형: 이 로봇은 카메라를 고정하기 위해 끝부분에 딱딱한 플라스틱 캡을 가지고 있습니다. 문제는, 논문은 이 딱딱한 캡이 전체적인 목적을 망친다고 주장한다는 점입니다. 이 캡은 로봇을 뻣뻣하게 만들고 마찰을 증가시키는데, 이는 우리가 피하고자 하는 바로 그 요소입니다. 이는 마치 체조 선수에게 강철 헬멧을 씌우는 것과 같습니다. 여전히 움직일 수는 있지만, 예전만큼 우아하거나 안전하지는 않게 됩니다.
4. 청벌레(Inchworm)형: 이 로봇은 부드러운 소매 내부에서 딱딱한 "청벌레" 메커니즘을 사용하여 앞으로 기어갑니다. 딱딱한 모자는 필요하지 않지만, 청벌레 자체가 뻣뻣하여 로봇이 통과할 수 있는 구멍의 크기를 제한합니다. 또한, 어떤 도구도 운반할 수 없습니다.

거대한 절충안: "트릴레마(Trilemma)"
논문은 까다로운 세 가지 갈등, 즉 "트릴레마"를 지적합니다. 현재로서는 이 세 가지를 동시에 가질 수 없습니다:

1. 도구 운반 (페이로드).
2. 작고 관리 가능한 베이스 스테이션.
3. 로봇 전체의 부드러움과 무마찰 상태 유지.

만약 딱딱한 캡을 사용하여 도구를 운반하려고 하면, 부드러움을 잃게 됩니다. 만약 부드러움을 유지하려고 하면, 도구를 운반할 능력을 잃거나 거대한 베이스 스테이션이 필요하게 됩니다. 저자들은 최선의 해결책이 도구를 로봇의 외부가 아닌, 로봇의 속이 빈 튜브 내부로 보내서 끝부분까지 전달하는 것일 수 있다고 제안합니다. 이렇게 하면 외부를 매끄럽고 마찰 없이 유지할 수 있지만, 베이스 스테이션을 거대하게 만들지 않고 이를 어떻게 구현할지는 여전히 풀어야 할 숙제입니다.

우리가 아는 것 vs 우리가 추측하는 것
연구진은 자신들이 알고 있는 것과 여전히 파악 중인 것을 매우 명확하게 구분하고 있습니다. 그들은 기존 데이터셋을 인용하여 인간의 결장이 1.0에서 2.1미터 사이이며, 가장 좁은 지점(S자 결장)의 최소 직경이 26mm라고 정의했습니다. 또한 로봇이 급격한 회전을 통과하기 위해 최대 70도까지 굽혀져야 한다고 언급했습니다.

그들은 이 로봇들을 실제 세계의 수치들과 비교했습니다. 예를 들어, 한 로봇은 길이가 1.6미터였고(좋음!), 다른 하나는 0.25미터였습니다(너무 짧음!). 한 로봇은 201.8도까지 굽혀졌지만(필요한 것보다 훨씬 많음!), 다른 하나는 전혀 굽혀지지 않았습니다.

그러나 논문은 어떤 것들이 여전히 "제안" 단계이거나 "미해결 문제"라는 점을 인정합니다. 예를 들어, 그들은 TPU(일종의 플라스틱)나 직물처럼 얇은 재료를 사용하는 것을 제안하는데, 이는 부드럽고 팽창시키는 데 낮은 압력이 필요하기 때문입니다. 하지만 그들은 조직에 해를 끼치지 않을 만큼의 정확한 "안전한" 압력이 얼마인지에 대한 확고하고 측정된 증거를 아직 가지고 있지 않다고 명시적으로 밝히고 있습니다. 또한 돼지 결장을 이용한 테스트가 완벽하지 않은데, 이는 돼지의 장이 보통 사람의 것보다 통과하기 쉽기 때문이라고 언급했습니다.

핵데 결론
주요 요점은 내일 당장 병원에 투입될 완벽한 로봇이 준비되어 있다는 것이 아닙니다. 대신, 이 논문은 미래가 두 가지 특정 아이디어를 결합하는 데 있다고 제안합니다: 부드럽고 유연한 부품을 사용하여 로봇의 맨 끝부분에서 조향하는 것(따라서 계속 유연함을 유지함), 그리고 도구를 로봇 자체의 속이 빈 중심부를 통해 보내는 것(따라서 외부를 매끄럽게 유지함)입니다.

우리가 거대한 배경 기계나 끝부분의 딱딱한 헬멧 없이 이 두 가지를 모두 수행하는 로봇을 만들 수 있을 때까지, "마법 양말"은 완성된 제품이라기보다는 유망한 아이디어로 남을 것입니다. 저자들은 희망적이지만, 이 퍼즐을 푸는 것이 여전히 진행 중인 작업임을 신중하게 밝히고 있습니다.