4000m 바닷속 탐사, 자율주행 로봇에 맡겨라

심해의 강한 압력 견딜 수 있게 개발
전력소비 최소화해 1년간 주행 가능
수온-산소농도 등 장기간 모니터링
바닷속 탄소 순환 과정 이해에 도움

미국 몬터레이베이수족관연구소팀이 개발한 심해 자율주행 로버 ‘벤틱Ⅱ’ 미국 몬터레이베이수족관연구소 제공

수심 4000m의 심해 해저를 누비는 자율주행 탐사로봇(로버)이 개발됐다. 한 번 바다에 들어가면 1년간 혼자 힘으로 심해를 유영한다. 바다 수온과 산소 농도, 해저 퇴적물을 장기간 모니터링할 수 있어 이전까지 정량화한 적이 없는 심해 탄소 순환에 대한 이해를 높일 것으로 기대된다.

스미스 주니어 미국 몬터레이베이수족관연구소 연구원팀은 심해 자율주행 로버 ‘벤틱Ⅱ’를 개발했다고 국제학술지 ‘사이언스 로보틱스’에 4일 공개했다.

지구의 3분의 2를 덮고 있는 바다는 지구의 탄소 순환에 중요한 역할을 한다. 탄소는 물에 잘 녹아 바다의 탄소 전환 속도는 매우 빠르다. 바닷물에 섞여 있는 탄소량은 대기의 50배에 이를 정도다. 바다는 인류가 배출한 탄소의 약 23%를 흡수해 대기권에서 탄소 농도가 빠르게 증가하는 것을 완화하는 완충 역할을 한다.

심해 퇴적물은 바다로 흡수된 탄소의 저장고 역할을 한다. 심해저에는 이런 탄소를 흡수한 유기물이 퇴적물로 쌓인다. 과학자들은 바닷속 수천 m 아래에서 일어나는 이런 과정을 면밀히 조사하려 시도해 왔다. 하지만 수심 200m 이상의 깊은 바다 밑은 빛이 들지 않고 산소가 거의 없는데 온도는 낮고 압력은 매우 높다. 이런 심해 환경을 견디는 모니터링 장비를 개발하는 일은 과학자들에겐 큰 도전 과제였다. 해수에 부식되거나 전력 공급 문제로 장비를 장기간 바다로 투입하지 못해 주로 단기간의 관측에 머물렀다.

연구팀이 개발한 자율주행 로버는 길이 2.6m, 너비 1.7m, 높이 1.5m의 소형차 크기로 차체가 티타늄과 플라스틱으로 이뤄져 강한 압력과 부식에도 문제가 없다. 최대 6000m의 수심도 견딜 수 있다는 게 연구팀의 설명이다. 하루에 휴대전화 전력 소비량과 비슷한 평균 2W 수준의 전력을 사용하도록 설계됐다. 연구팀은 “추가 전력 공급 없이도 한 번 바다에 들어가면 1년간 운영이 가능하다”고 말했다.

로버는 일단 물속에 들어가면 해저까지 자유낙하를 한다. 부력 때문에 수심 4000m 정도의 해저에 도달하는 데만 약 2시간이 걸린다. 해저에 도착하면 로버에 달린 센서가 해류를 파악하고 이동에 유리한 해류를 감지하면 탐색을 시작한다. 고무바퀴가 달려 있어 심해 퇴적물을 부드럽게 밟으며 천천히 움직이기 시작한다. 로버 전면에 달린 카메라가 해저를 촬영하고 수온과 산소 농도를 기록한다. 탐사할 목표 지점에 도착하면 차량은 멈추고 투명 체임버를 퇴적물 속에 박는다. 퇴적물에 포함된 생명체의 산소 소비량을 측정하기 위해서다.

연구팀은 “동물과 미생물은 유기물을 소화하며 산소를 사용하고 특정 비율로 이산화탄소를 방출한다”며 “동물과 미생물이 사용하는 산소의 양을 아는 것은 탄소 순환을 이해하는 데 중요하다”고 말했다. 분석은 통상 48시간 동안 진행되는데 그동안 식물성 플랑크톤이 뿜어내는 ‘형광물질’도 측정한다. 식물성 플랑크톤의 숫자는 탄소를 흡수하는 유기물의 양과 직결된다. 로버는 수 km 구간에서 10m 간격으로 이런 조사 과정을 반복한다. 연구팀은 “심해에서 탄소가 언제, 얼마나 흡수되는지 정량화하는 데 도움이 된다”고 말했다.

심해 자율주행 로버는 이미 어느 정도 검증을 마쳤다. 2015년부터 미국 캘리포니아 해안에서 225km 떨어진 몬터레이베이수족관연구소 연구 사이트에서 심해 탐색을 이어오고 있다. 2015년 11월부터 지난해 11월까지 식물성 플랑크톤이 생산하는 유기물의 양이 늘었다는 사실을 밝히기도 했다.

고재원 동아사이언스 기자 jawon1212@donga.com