사마귀 눈에 초소형 3D 안경을 씌운 모습 (출처=Newcastle University Institute of Neuroscience)
과학자들은 곤충의 눈을 통해 입체적으로 보는 연구를 오랫동안 진행해왔다. 그 중 사마귀는 곤충 중에서 유일하게 3차원 입체시각(3D Viosion)을 가진 것으로 알려졌다. 특히 곤충의 '입체시(Stereosis)' 연구는 로봇공학 분야 발전에 있어 중요한 토대가 될 것으로 보고 있다.
영국 뉴캐슬대학 신경과학연구소(Newcastle University Institute of Neuroscience) 연구팀은 최근 두 개의 각기 다른 관점을 하나의 이미지로 병합시키는 곤충의 독특한 입체시각 연구를 위해 사마귀에 초소형 3D 안경을 밀랍으로 고정시켜 인간의 입체시와 비교하는 실험을 진행했다.
연구팀은 인간의 3차원 입체시각(3D stereo vision)이 각각의 눈으로 보는 각도가 다른 두 개의 이미지를 대뇌가 세밀하게 일치시킴으로써 하나의 이미지로 인식하도록 하는 반면, 사마귀의 3차원 입체시각은 움직이는 이미지에서만 작동한다는 것을 발견했다.
연구팀의 행동생태학자인 비벡 니트야난다는 "사마귀는 움직이는 먹이만 공격하기 때문에 늘 3차원 이미지를 만들 필요가 없다"며 "사마귀는 이미지의 세밀한 묘사에는 별로 신경을 쓰지 않고 이미지가 바뀌는 장소만 찾아다니면 된다"고 말했다.
연구팀은 사람의 두 눈에 각각 다른 이미지가 나타난다면 해석이 불가능한 이미지로 나타날 수 있지만 사마귀는 각각의 눈에 완전히 다른 이미지가 나타나더라도 대상의 움직임을 정확하게 추적할 수 있다는 사실도 발견했다.
니트야난다 박사는 "정지상태의 이미지 대신 시간의 흐름에 따른 변화를 바탕으로 하기 때문에 완전히 새로운 형태의 3차원 입체시각"이라면서 "아마도 '내가 먹이를 잡을 수 있는 적절한 거리에 있는가'라는 질문으로부터 고안된 기능으로 보인다"고 말했다.
이 기술은 특정 상황에서 움직이는 물체까지의 거리를 감지 할 때 인간보다 우량한 이미지를 구현할 수 있도록 해주는 것으로 확인됐다.
사람과 원숭이, 고양이, 말, 부엉이, 두꺼비는 3차원 입체시각을 가진 동물이지만 사마귀는 이런 입체시각을 가진 유일한 곤충이다.
연구팀은 논문에서 이같은 새로운 '3차원 입체시각(3D Vision)'이 로봇을 위한 보다 간단한 시각처리 기술에 도움을 줄 수 있을 것이라고 제안했다.
이 대학 공학부 가이스 타라우네 박사는 "많은 로봇들이 길을 찾기 위해 입체시각 기술을 사용하지만, 이는 대게 인간의 복잡한 입체시각 방식을 따르고 있다"며 "곤충의 두뇌는 매우 작기 때문에 사마귀와 같은 곤충의 입체시각 방식을 적용하면 많은 컴퓨터 처리를 요구하지 않는 저전력 무인 로봇에서 유용하게 활용될 수 있다는 것을 의미한다"고 말했다.
LiDAR 시스템
대표적으로 자율주행차의 눈 역할을 하는 라이다(LiDAR)는 멀리 떨어진 대상의 정보와 범위를 찾기 위해 레이저를 발사하여 산란되거나 반사되는 레이저가 돌아오는 시간과 강도, 주파수 변화, 편광 상태 변화 등으로부터 측정 대상물의 거리와 농도, 속도, 형상 등 물리적 성질을 입체적으로 측정하는 핵심 센서다.
여기에 다양한 카메라와 센서를 결합하면서 대용량의 복잡한 데이터를 실시간으로 처리하기 위해 고성능 그래픽카드(GPU)와 컴퓨팅 시스템이 필요하기 때문에 관련 기술 구축 비용이 무척 높은 편이다.
하지만 사마귀의 3차원 입체시각을 응용할 경우 컴퓨터 처리 부담을 획기적으로 낮출 수 있어 자율주행차는 물론 드론, 휴머노이드 로봇 등 다양한 형태의 무인 로봇 기술에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
이번 연구논문은 8일 커렌트 바이올로지(Current Biology) 저널에 게재됐다.