부르르르~, 자석으로 켜는 진동 로봇

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친구들의 집으로 출동했던 섭섭박사님이 더 많은 친구들과 신나는 실험을 하고 싶어서 국립과천과학관 키즈 메이커 스튜디오로 출동했어요! 앞으로는 친구들 가까이에 있는 과학관이나 박물관으로 출동해 실험을 펼칠 계획이랍니다. 많은 친구들을 재미로 부르르르~ 떨게 만들었던 멋진 실험! 어떤 실험이었는지 우리 함께 만나 볼까요?



이번 실험은 손을 대지 않고도 자석으로 켜고 끌 수 있는 진동 로봇이에요. 손을 대지 않고도 로봇을 켜고 끌수 있는 이유는 자석이 가지고 있는 힘인 ‘자기력’과 ‘자기장’ 덕분이지요.

유리판 위에 철가루를 뿌려놓고, 유리판 아래 막대자석을 대 보면 철가루가 일정한 무늬로 늘어서는 것을 볼 수 있어요. 철가루가 보여 주는 것이 자기력과 자기장이지요.

자기력은 자석과 같이 자성을 가진 물체가 서로 밀거나 당기는 힘으로 ‘자력’이라고도 해요. 자기장은 자기의 성질이 미치는 공간을 의미한답니다. 즉, 자기력은 자석이 철가루를 움직이는 힘, 자기장은 철가루가 늘어서 있는 공간인 거예요.

눈에는 보이지 않지만 자석에 직접 닿지 않아도 자기장 안으로 물체가 들어오면 자기력의 힘을 받게 돼요. 그래서 자석을 직접 접촉하지 않아도 로봇을 켜고 끌 수 있는 것이랍니다.




자석으로 켜고 꺼지는 스위치가 바로 리드스위치예요. 밀봉된 유리관 속에 2개의 리드 조각이 보이나요? 이 리드는 스프링의 탄성 때문에 서로 떨어져 꺼진 상태로 있어요. 여기에 자석을 가까이 가져가면 2개의 리드가 서로 끌어당기며 붙게 되고 스위치가 켜지지요. 자석을 멀리하면 리드의 탄성으로 인해 다시 열린 상태가 되고, 스위치가 꺼지게 된답니다.

리드스위치는 문이 열리고 닫히는 것을 감지하거나 자동판매기에 물건의 남은 양을 감지하는 등 다양한 센서에 사용되고 있어요.
 

 

자석을 가까이 해서 리드스위치가 켜지면 진동 모터가 부르르르~ 진동을 만들어 내요. 사진 속 진동 모터의 끝부분을 자세히 보세요. 반원 모양의 회전자가 보이나요? 진동 모터에는 이렇게 무게 중심이 한쪽으로 치우치는 회전자가 붙어 있어요. 무게 중심이 치우쳐있기 때문에 회전자가 돌면서 생기는 불균형에 의해 진동이 만들어지지요. 회전자의 크기와 모양, 회전 속도에 따라 진동의 세기와 떨림이 달라지게 된답니다.





진동 모터가 부르르르~ 진동을 만들면 가느다란 로봇의 발이 함께 떨리면서 움직이게 돼요.

그런데 재미있게도 로봇을 너무 균형 잡히게 만들면 로봇이 잘 움직이지 않는답니다. 진동 로봇 역시 무게중심이 한쪽으로 쏠려 있어야 진동에 의해 움직일 수 있어요.

이때 진동 로봇의 무게중심을 조절할 수 있는 것은 바로 다리! 그래서 진동 로봇의 움직임에 가장 중요한 것도 다리랍니다. 다리의 모양과 길이, 각도에 따라 로봇의 속도와 움직이는 방향이 완전히 달라지지요.

진동 로봇은 다리가 짧은 쪽으로 움직이게 돼요. 다리가 짧은 쪽으로 무게중심이 기울어지기 때문이랍니다. 진동 로봇을 앞으로 움직이게 하려면 앞다리를 짧게, 뒤로 움직이게 하려면 뒷다리를 짧게 하면 돼요. 같은 원리로 일부러 오른쪽이나 왼쪽 다리의 길이를 짧게 해서 오른쪽이나 왼쪽으로 움직이는 로봇이나 빙글빙글 도는 로봇을 만드는 것도 가능하지요.

결국 다리를 어떻게 조절하느냐에 따라 움직임이 전혀 다른 다양한 로봇을 만들 수 있답니다.




친구들은 멋진 진동로봇을 만들고, 여기에 자신의 얼굴을 붙였어요. 이 분신 로봇들은 즉석에서 어린이과학동아 캐릭터로 만든 어과동마을을 부르르르~ 달렸답니다.

더 많은 친구들이 참여할 수 있게 된 ‘출동! 섭섭박사가 간다!’ 참여의 문이 활짝 열렸으니 많이 기대해 주세요. 또 대부분의 행사가 서울에서만 열려서 섭섭했던 친구들에게도 기쁜 소식! 앞으로는 섭섭박사님이 전국 방방곡곡으로 찾아갈 계획이랍니다. 다음 실험의 주인공이 되어 보세요!






 

글 : 현수랑 기자 hsr@donga.com
도움 : 국립과천과학관
사진 : 현수랑 기자 hsr@donga.com
어린이과학동아 2016년 01호


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