아타카마는 10년 단위로 강수량을 측정해야 할 정도로 지구상에서 가장 건조한 지역으로 유명하다.
이 사막은 인간이나 로봇에게 매우 불편한 곳이다. 계속 내리쬐는 태양과 암청색의 거대한 하늘 아래 황갈색의 미로와 같이 고원 지대와 혈암(진흙이나 점토가 퇴적하여 응고된 암석)이 퇴적되어 만들어진 언덕이 펼쳐져 있다.
이 사막에는 카네기 멜론 대학(Carnegie Mellon University)에서 온 한 무리의 기술자도 있었다.
이들은 자신들이 만든 로봇을 시험하기 위해 이곳에 왔다. 이 로봇은 사람 다리의 길이의 절반 정도인 다리가 여섯 개 있으며 무게는 440파운드(약 200kg)이고 생명이 없는 환경에서 생명체를 탐색하기 위해 제작됐다.
이 로봇의 특징을 꼽자면, 생체 분자를 분간해내는 혁신적인 시스템을 들 수 있다. 그러나 로봇의 외양만 보면 첨단 기술의 산물이라기보다는 오히려 자전거의 남는 부분으로 만든 간이 탁자에 가깝다.
울퉁불퉁한 바퀴는 사람이 가볍게 걷는 속도로 움직이면서 편평한 지형에서 마찰을 흡수한다. 그런데 바로 여기서 문제가 발생했다.
카네기 멜론 로봇 공학 연구소의 연구원인 David Wettergreen은 “정말 오르기 힘든 각도이죠”라고 말했다.
그리스어로 ‘생명’을 뜻하는 Zoё라는 이름의 이 로봇이 가파른 산등성이를 오르고 있는데 갑자기 호출한 탐색(navigation) 소프트웨어가 완전히 중단된 것이다.
Zoё는 전혀 통행이 불가능한 바위와 모래 먼지로 뒤덮인 경사면에서 오도 가도 못하게 되었다. 조심스럽게 100야드(약 914m) 정도 이동한 후 2명의 젊은 기술자가 Dell사 노트북을 톡톡 두드리면서 4x4 캡에 앉아 무선 공유 네트워크에서 소프트웨어를 감지하는 Zoё에 액세스했다.
노트북 화면에 로봇이 보는 흑백과 회색의 세계가 나타났다. 하얗게 나타나는 지형일수록 더 가파르고 높기 때문에 그 지역은 피하는 것이 좋다. 화면에는 흰색이 매우 많이 보였다.
Wettergreen은 로봇에 케이블을 연결해 일시적으로 수동 조작 상태로 전환했다. 케이블 끝에는 조이스틱과 유사한 레버가 있는데, 이 레버를 사용해 최악의 가파른 지역 주위로 로봇을 이동시켰다.
어디로 보나 사람이 덩치가 큰 개를 산책시키는 모습이었다. 카네기 멜론 기계공학 기술자인 Chris Williams는 Wettergreen과 함께 Zoё옆을 걸으면서 로봇을 함께 돌보았다. 그는 “로봇에서 뭔가 떨어지면 내 근무 시간만 손해”라고 말했다.
Wettergreen 팀이 조립하는 데에만 18개월의 시간을 투자했던 기계를 쓰레기 더미에 버리는 것을 두려워하는 것도 무리는 아니다. 그러나 Zoё의 자율적인 탐사 능력은 이번 임무의 절반에만 해당한다.
이번 프로젝트의 후원자인 NASA는 4,900마일(약 7,800m)이나 떨어진 피츠버그(Pittsburgh)에서 기계를 관리하는 지질학자와 생물학자로 구성된 팀을 위해 Zoё가 어느 정도 과학적인 작업을 수행할 수 있는지 알고 싶어 한다.
화성에서 생명체를 탐색하는 임무는 앞으로 2016년 정도에 수행하도록 계획했다. 이번 테스트를 잘 진행한다면 차세대 기술을 적용한 Zoё도 우주선에 함께 오를 수 있을 것이다.
그러나 10월 현재 어느 오후 화성과 매우 흡사한 지구에 존재하는 어느 한 지형에서 프로그래머들은 황당한 일과 마주쳤다.
이날 아침 프로그래머들이 Zoё에게 그날의 임무 계획을 입력할 때 그들은 스스로를 의심해야만 했다.
그들은 통과했다고 생각했던 배수로와 언덕을 더 가까이 보게 되자, 그 제서야 상황을 납득했다. Zoё에게 갈 곳을 지시하는 피츠버그의 과학자들이 단체로 착각을 한 것이다.
작은 녹색 인간에서 작은 녹색 곤충으로
1970년대와 1980년대 초반은 외계 생명체가 큰 주목을 받았다. 유명 인사가 된 천문학자 Carl Sagan이 쓴 책과 Tonight Show의 등장을 떠올려보라.
Steven Spielberg의 영화 ‘미지와의 조우(Close Encounters of the Third Kind)’와 ‘E.T.’는 우주 저편에서 서로 만나기를 갈망하는 젊음의 설렘을 표현하고 있다.
그러나 전파 천문학자들이 은하 사이에 존재하는 초지능적인 문명으로부터 나오는 전자기파를 도청하기 위해 보낸 무수한 시간은 별다른 성과를 낳지 못했다.
그러자 유명한 교양인들은 다른 강박 관념으로 관심을 돌렸다.
그러나 NASA와 NASA의 독립적인 계약 업체인 SETI(Search for Extraterrestrial Intelligence)는 이 연구를 포기하지 않고 다시 관심을 집중했다.
그리고 ‘우주 생물학’이라는 새로운 모토가 탄생했다. 이 학문은 다른 행성의 미생물 존재여부를 탐구한다. 작은 녹색 인간을 찾던 탐구 방향이 작은 녹색곤충을 찾는 방향으로 이어진 것이다.
영화 ‘E.T’에서와 같은 범위의 박테리아는 아니더라도 최소한 지구와 두 번째로 가깝고 많은 면에서 지구와 가장 유사한 화성에 박테리아가 있다는 희망은 가질 수 있다.
NASA의 선임 연구원인 Chris McKay는 “태양계에서 독립적으로 생명이 두 번 시작됐다면 우주에서 생명은 비교적 쉽게 시작됐다고 말할 수 있다”면서 “그렇다면 다른 곳에서도 지적 생명체가 나타날 수 있지 않을까?”라고 말했다.
작은 녹색 곤충을 발견한다면 이 사건은 인간이 우주가 지구를 중심으로 회전하지 않는다는 사실을 알게 된 코페르니쿠스(Copernicus)의 혁명과 맞먹는 생물학적 혁명으로 기록될 것이다. 인간 이외의 존재가 있다면 과연 어떻게 될까?
이 질문에 답할 수 있는 최상의 도구는 바로 다소 별스러워 보이는 Zoё이다. 화성의 생명체는 건초 더미에서 바늘을 찾는 것과 같기 때문에 건초 크기를 적당한 크기로 줄일 수 있는 탐색 시스템이 필요하다.
Zoё는 민첩한 로봇 기술을 바탕으로 미생물을 탐지하는 과학 장비를 결합한 선도적인 기술로 현재 개발 단계에 있다. 이 로봇을 이용하면 토양 샘플을 수집하고 분석하는 데 시간을 낭비할 필요가 없다.
단지 위치를 지정하고 기계를 작동시킨 후 현재 화성에서 사용하고 있는 Sprit와 Opportunity에 비해 약 20배나 빠른 속도로 계속 굴러가게만 하면 된다.
Zoё는 개와 같은 방식(canine)으로 지형을 탐색한다. 즉, 땅 위에 특수 염료를 뿌려 생체 분자가 형광을 발하면 카메라로 이 현장을 찍는 것이다.
실제 화상 탐사 임무에서 과학자들은 덮개(hood) 아래에서 관찰할 기술자를 현장에 많이 데려가지 않기 때문에 칠레 출신의 현장팀과 피츠버그 출신의 과학팀 사이에는 최소한의 의사소통만 이루어질 뿐이다.
그러나 이들은 서로 긴밀한 협력 관계를 유지해야 한다. 지리적으로 차이가 날수록 기술자와 생명체 탐사 과학자(life scientist) 사이의 골은 더 깊어질 가능성이 높기 때문이다.
피츠버그의 과학자들은 ‘신비주의(mystical)’나 ‘열반(nirvana)’과 같은 단어에 몸을 내던진다.
이 과학자들은 이 임무의 극단적인 의미에 초점을 맞추는 경향이 있다. 프랑스 태생인 SETI 행성 지질학자, Nathalie Cabrol(42)은 과학팀의 팀장을 맡고 있다.
그녀는 머지않아 화성의 우주 정거장에 살면서 여러 해 동안 행성 과학 분야를 연구할 수 있을 것이라고 상상한다.
그러나 아무리 가장 낙관적으로 예측한다고 하더라도 인간은 2025년에 가서야 화성에 가서 임무를 수행할 수 있을 것이다.
반대로 현장에서 일하는 기술자들은 꽤 현실적이다. 기술자들에게 칠레의 사막은 로봇에 대한 작업을 수행할 수 있는 보기 드물게 훌륭한 곳이다.
Williams은 다음과 같이 말했다. “과학자에게 사막은 토양에 박테리아도 거의 살지 않는 원시 그대로의 화성을 유추할 수 있는 곳이다.
또한 이 로봇 역시 도구에 불과하다. 우리들은 로봇을 상대로 일주일에 50시간씩 안간힘을 써가며 일한다.” Zoё는 이처럼 둘로 양분된 연구자 사이에서 어느 쪽으로도 치우침 없이 정확히 가운데 길로 나아가야 한다.
극한지 생명체 분야
이번 임무를 위해 피츠버그 소재 카네기 멜론 대학 건물 4층에 마련한 원격 제어실에 해당하는 수많은 노트북과 강의실 의자들은 그리 대단한 것은 아니다. 그것이 바로 핵심이다.
인간적인 견지에서 가능한 한 20명 정도의 생물학자, 지질학자, 그리고 이 사막에서 일하는 기술자로 구성된 팀은 Zoё의 머릿속에 산다고 가정한다.
이들은 오후 1시에 현장에 도착해 전날 데이터를 분석하고 특이 사항과 결과를 검토한다.
그리고 저녁때쯤 새로운 마감 데이터 자료가 도착하면 다시 일에 박차를 가한다(피츠버그와 아타카마 사막은 같은 시간대에 속해 있다). 모든 근무 시간이 끝나면 Zoё는 사진을 찍는다.
이 사진은 나중에 함께 조각을 맞추어 파노라마 이미지로 만든다. 그러면 피츠버그 과학자들은 마치 신성한 유적인 것처럼 이 이미지를 자세히 연구한다.
과학자들은 사진에서 보이는 두드러진 특징을 보고 로봇의 정확한 위치를 파악해야 한다. 이 지점이 바로 피츠버그 과학자들이 내일의 여행을 시작하기로 계획한 지점이다. 이제 이 지점을 서버에 올린다.
피츠버그 과학자들이 세운 계획에서는 Zoё가 내일 생물에게 가장 적합한 장소로 접근해야 하는 루트를 자세히 설명하고 있다.
운이 좋은 날이면 로봇이 7마일(약 11km)을 갈 수 있다. Zoё는 스스로 길을 찾는다. 아니면 노력이 수포로 돌아갈 수도 있다. Zoё 는 스스로 루트를 선택할 수 있다. 기술자는 긴급 상황인 경우에만 투입된다.
피츠버그 팀은 Zoё의 형광 카메라에게서 얻은 사진과 기계 데이터를 자세히 분석하면서 매일 일정을 세운다.
오후 1시나 2시가 되면 하루 작업이 끝난다. 대부분의 과학자들은 캘리포니아에 있는 NASA Ames Research Center와 같이 다른 기관에 몸을 담고 있다.
그래서 다섯 블록 정도 떨어진 곳에 위치한 홀리데이 인(Holiday Inn) 호텔로 함께 걸어간다. 이곳에서 각자 TV를 시청하면서 긴장을 푼다.
그리고 몸으로 잠을 잘 시간이라는 것을 느낀다. NASA와 버클리 소재 캘리포니아 대학의 생물학자 Kim Warren-Rhodes는 기분 좋게 “감각이 완전히 차단된다”고 말했다.
연구 일정이 다소 지루하게 들릴 수도 있지만, 피츠버그 과학자들은 스스로를 생명체를 찾아 나서는 위대한 탐험 이야기의 주인공이라고 생각하고 있다. 이들의 일 처리 방식은 ‘물 흐르듯이’ 진행된다고 말할 수 있다.
알다시피 인체는 탄소와 물, 그리고 에너지원으로 구성돼 있다. 과학자들은 38억 년 전에 화성에 이 세 요소가 모두 있었을 것이라고 추측한다.
이산화탄소는 과거에도, 현재에도 풍부하고, 물도 거의 확실히 있었을 것이다. 화성에서 가장 유명한 협곡과 강바닥은 물이 흐르면서 만들어졌을 것이라고 추측된다.
생명체를 품고 있는 영역을 처음으로 움직이게 만들었을 지열이 화성의 극관에 모여 있을 것이라는 증거도 있다.
단지 아직 입증되지 않았을 뿐이다. 체격이 건장하고 쉽게 흥분하는 성격의 지질학자인 James Dohm은 다음과 같이 말했다.
“다시 말해 화성은 지질학적으로 역동적인 행성이며 물이 풍부한 환경입니다. 이해가 되시나요? 매우 감질납니다. 밤에는 잠도 자기 어려울 만큼 말이죠.”
35억 년 전쯤에 화성은 그다지 호의적인 환경은 아니었다. 하지만 우주 생물학자들은 원시 생명체가 점점 악화돼 가는 조건에 적응했을 것이라고 추측한다.
물이 흐르는 지하 동물 속에서 움직이거나 지표면 아래 포자 속에 숨어 활동했을 것이라고 예상하지만 아직 입증되지는 않았다.
최근 과학자들은 대양저나 철이 용해돼 주황색으로 변한 강처럼 생명체가 거의 살기 힘든 장소에서 박테리아를 발견한 바 있다.
따라서 이 같이 척박한 곳에서도 생명체가 존재할 수 있다면 그 어느 곳에서도 생명체가 살 수 있을 것이라는 주장에 힘이 실리고 있다.
여기에서처럼 환경 적응력이 뛰어난 박테리아를 전문 기술 용어로 ‘극한지 생명체’라고 한다.
피츠버그 과학팀의 팀장인 Nathalie Cabrol은 원정대의 등산가로 강한 성격을 드러낸다.
그녀는 마치 극한지 생명체를 대표하는 사람인 것처럼 보인다. Zoё의 임무는 10월 중순에 끝이 난다.
그러면 그녀는 홀리데이 인과 작별을 하고 NASA로 다시 들어가 아타카마 동쪽에 있는 1만9,731피트(약 6km) 높이의 린칸카버(Lincancabur) 화산을 네 번째로 오르게 된다.
그녀는 강한 영국 억양으로 다음과 같이 말했다. “나는 무모한 사람은 아니에요. 하지만 2만피트(약 6km) 깊이의 호수는 장비 없이 잠수를 하죠.
이제 내가 어떤 사람인지 알겠죠?”사람이 몸을 바로 세우기 힘들 정도로 높은 곳에서 그녀는 다양한 도구를 가지고 생명체가 존재할 수 있는 범위를 재기 위해 정상 가까이에 있는 화구호에 잠수할 예정이다.
그녀는 다음과 같이 덧붙였다. “나도 시련을 맞은 적이 있어요. 한두 번은 정말 큰 시련이었죠. 아직도 난 내가 생명체를 찾지 못한 곳을 찾아 다녀요. 장애물을 만날 때마다 항상 그 장애물을 찾아다니면 생명체를 발견할 수 있다는 걸 알게 될 거에요.”
ZoЁ와 그 친구들
바람은 일정하게 25mph 속도로 불고 있다. 비록 우리가 바보 같이 테두리만 있는 모자를 쓴 바람에, 정수리로 태양이 불같이 타고 있어도 대기는 따뜻하다.
오늘 아타카마의 기후는 사람에게는 꽤 좋은 편이지만 로봇에게는 그렇지 않다.
Wettergreen은 새로 도착한 팀원에게 다음과 같이 말했다.
“아마 계획은 이 언덕들 사이의 틈을 찍는 것이었겠지만, 과학팀장 쪽에서 문제가 있는 모양입니다. 아마 타이어에 구멍이 났다고 말하는 것 같은데, 실제로 구멍을 찾지는 못했다고 하는군요. 만약 로봇이 감당할 수 없는 곳으로 이동한다면 오늘 작업을 마치기로 하죠.”
Zoё의 마스터에서 3분의2 지점에 입체 카메라 2대를 장착했다. 이 카메라는 60도의 시야를 확보할 수 있다. 인간의 눈과 마찬가지로 깊이를 인지할 수도 있다.
마스트는 Zoё의 이동 방향과는 상관없이 앞 축과 함께 하나의 단위로 회전하므로 전방 7m를 볼 수 있으며 대략적인 지형 사진을 초당 5장을 찍을 수 있다.
로봇에 내장한 세 대의 컴퓨터 중 한 대는 시야를 확보한 전방 7m를 평가하고 이에 따라 방향과 속도를 조정한다.
그러고 나서 다음의 전방 7m 시야를 확보한다. 이처럼 새로 시야를 확보하는 데는 5분의 1초 밖에 걸리지 않는다.
아타카마의 지형은 1,000년의 세월 동안 바람과 물에 의해 만들어졌다. 오늘 Zoё는 배수로의 가장자리를 훌륭하게 횡단하고 있다.
하지만 피츠버그 과학팀이 세운 무자비한 계획의 명령에 따라 약 10피트(약 3m) 높이의 수로 제방을 올라야 한다.
바퀴가 땅을 파헤치며 야생 염소처럼 2 3피트(약 0.6 0.9m)를 위로 올라갔다. 그리고는 마찰 견인력을 잃고 아래로 굴러 떨어진다.
로봇은 조금씩 다른 각도로 계속해서 제방을 올라갔다. 마치 실력은 형편없지만 단단히 결심한 운전사가 평행 주차를 하는 모습 같았다.
Wettergreen의 말에 따르면 “Zoё는 부족하나마 갖고 있는 지식에 의존해 끈기 있게 노력한다.”
Trey Smith와 Dominic Jonak는 4x4에서 일하는 20대 프로그래머다. 이들은 Zoё의 탐색 알고리즘을 조금 고쳐서 예상하지 못한 지형도 다룰 수 있도록 하는 방법을 고심 중이다.
아니면 피츠버그 과학자들이 세운 계획 중에서 이와 관련한 부분을 수정해 Zoё에게 다운로드하는 방법도 있다.
하지만 이번 게임의 규칙에 따르자면, 이들은 반드시 필요하지 않는 한 과학팀의 영역을 침범할 수 없다. 모든 대책들이 실패한다고 하더라도 마지막에는 조이스틱이 남아 있다.
Wettergreen은 다음과 같이 외쳤다. “좋아, 아무 소득도 얻지 못할 수도 있지만, 상황이 호전되게 내버려 둡시다.”
긍정적인 측면을 들자면, 이 로봇은 스스로를 위험에 빠뜨리지 않는다. 빙글빙글 회전하며 뒤집히거나 툭 튀어나온 커다란 바위와 충돌하는 일은 없다.
Wettergreen은 “장애물과 부딪히지 않으면서 로봇을 이동시키는 일은 영원히 풀어야 할 과제”라고 말했다.
이 사건을 통해 아직도 Zoё의 자율 탐색 능력은 솔직히 불량 방지 체계(기계에 장애가 발생하더라도 기계가 정지하는 등의 방법으로 재해를 방지하는 방법)는 아니라는 점을 알 수 있다. 문제는 넓은 범위의 시야다.
전동 회전식 카메라 장치를 탐색 시스템과 통합하는 작업은 여전히 과제로 남아 있다.
따라서 경사를 오르고 최적의 방법으로 배수로 지역을 횡단하는 것과 같이 장기적인 미래의 과제는 아직 이 로봇에게는 무리이다.
Wettergreen은 다음과 같이 말했다. “우리는 이 로봇에게 온갖 시스템을 열심히 도입하고 있습니다.
고장은 어쩔 수 없는 일이죠. 나는 80% 정도 성과를 거두고 싶습니다. 그 이상을 바란다면 우리 노력이 부족한 셈이죠.”
빛 아래의 생명체
Zoё의 자율 이동 능력은 다년간의 자율 로봇 연구의 산물이다. 반대로 생명체를 탐지하는 시스템의 경우 수직 레일을 통해 하부구조에서 아래로 이동해 형광 이미지를 찍는 카메라는 카네기 멜론의 영상 분야에 권위자인 Alan Waggoner가 최근 개발한 제품이다.
올바른 조건에서 생체 분자는 사진에 담아낼 수 있는 특정 방식으로 형광을 발한다. 지난 20년 동안 형광 현미경은 인간의 게놈을 해석하는 데 크게 기여했으며 신속하고 믿을 수 있는 HIV 테스트를 가능하게 만들었다.
그러나 이러한 종류의 기술은 어두운 연구실 조건에서 사용되지만 태양열로 움직이는 Zoё는 밤에는 사용하지 않는다.
Waggoner가 내놓은 대책은 이렇다. 그는 Zoё에게 고성능 플래시를 장착했다. 이 플래시는 카메라의 노출 시간(5만분의1초) 동안 지면에 빛을 발사한다.
이 순간 플래시는 생체 분자(즉, 엽록소)를 자극해 형광을 발하는 데 충분한 에너지를 전달한다. 한편으로 햇빛이 이미지에 주는 영향도 억제할 수 있다. 그 다음 문제는 이렇다.
사막 생명체는 Zoё가 가장 활발한 대낮의 열기 속에서는 에너지 생산을 중단한다. Waggoner의 대책은 처음 이미지를 촬영한 후 Zoё가 플라스틱 분사구를 낮추어 물을 분사하면 다음 번 이미지를 찍을 때 미생물이 깨어나 활동하도록 자극하는 것이다.
Zoё가 엽록소를 찾으면(아타카마에서는 지의류일 가능성이 높다) Cabrol은 자랑스러워하며 “첨단 과학의 힘”이라고 말한다.
로봇은 좀 더 시간을 유용하게 쓸 수 있는 곳을 ‘결정’한 후 영상 모드로 전환해 더 탐지하기 어려운 박테리아를 찾는다. 이때 진단 염료를 지면에 분사해 촬영을 준비한다.
이때 진단 염료는 4개의 기본 고분자, 즉 단백질, 지질, 탄수화물 또는 DNA와 결합한다.
진료와 고분자가 결합하면 이 생체 분자는 빛을 쏘이면 형광을 발하고 피츠버그로 보내는 흑백 이미지에서 밝은 부분으로 표시된다.
NASA와 U.C. 버클리 대학의 생물학자인 Warren-Rhodes는 피츠버그 연구실에서 Zoё가 순간적으로 분사, 염색, 여과, 연속 촬영 작업으로 촬영한 사진 중에서 보내온 생생한 이미지를 보자
“크리스마스트리 같다”고 말했다. 사진에 박테리아를 포함하는 것처럼 보일 때마다 연구실은 흥분의 도가니가 되었다.
이때 박테리아는 지의류와는 달리 육안으로는 보이지 않는다. 과학자들이 바위를 깨는 망치와 양동이를 손에 들지 않고도 Zoё를 통해 먼 거리에서 아타카마 사막에 대해 배울 수 있는 순간이었다.
어느 날 저녁, 피츠버그에서 WarrenRhodes는 문제가 많은 MRI에 대해 걱정하는 방사선 학자와 같이 자신의 노트북 화면으로 몇 장의 형광 사진을 연구하고 있었다. 정말 지질인 것일까?
아니면 단순히 배경이 형광인 것일까? Cabrol은 답할 수 없었다. 그녀의 전문 분야는 행성 지질학이지 육상 생물학은 아니었다.
그러나 그녀는 아치형 패턴을 찾던 Warren-Rhodes를 떠올렸다. Cabrol은 다음과 같이 물었다.
“여기에서 예측 가능한 사실이 있는 걸까? 이 결과를 Zoё가 수행 방법을 학습할 수 있는 자율 과정으로 어떻게 바꿀 수 있을까?”
나는 Warren-Rhodes에게 그녀와 Zoё중 누가 훌륭한 아타카마 생물학자인지를 물었다.
그녀는 망설임 없이 대답했다. “나죠. 나는 극한의 사막에서 수많은 시간을 보냈어요.”
그렇다면 몇 년이 더 지난 후라면? “아, IBM Deep Blue와 체스를 하는 Kasparov와 같군요. 그렇다면 여섯 판째에 난 가버릴 거에요.”
평행 우주
Zoё의 태양열 집열판이 해질녘 마지막 햇빛을 흡수하고 있을 때 기술자들은 따뜻하게 불을 피워둔 여러 통나무집이 모여 있는 현장 캠프로 돌아갔다.
이 캠프는 칠레에서 금광에 대한 관심이 사라지자 버려진 곳이다. 밤에는 방에 냉기가 돌고 변기도 하나씩 고장이 났다.
하지만 현장에 완벽하게 적응한 사람답게 Wettergreen(40)에게는 별을 바라보며 노지에서 자거나 텐트에서 지내던 이전 현장과 비교하면 안락한 생활임에 틀림없다.
10월 7일 금요일, 팀이 공동으로 사용하던 통나무집에서 피츠버그로 데이터를 업로드하고 있는데, 카네기 멜론 출신의 젊은 기술자 중 Dominic Jonak가 자신의 전자 메일을 믿을 수 없다는 듯이 바라봤다.
“이 사람들이 우리가 왔던 계곡이 무슨 계곡인지 묻고 있어요. 지난 며칠 동안 우리가 계곡에 있었던 것처럼요.”
Zoё의 상당 부분을 제작한 기계 기술자인 Williams는 다음과 같이 말하며 크게 웃었다.
“‘우리가 지도의 이쪽 절반에 있습니까? 아니면 저쪽 절반에 있습니까?’라고 하네. 우린 정신 나간 과학자들한테 명령을 받고 있었군.”
그리고 지금 지난 몇 일간의 모든 혼란이 갑자기 이해가 가기 시작했다. 피츠버그 과학자들은 부주의했건 기사도 정신을 발휘한 것이건 Zoё를 험난한 지형으로 보내지 않았다.
이 과학자들의 의도는 로봇이 가장 통과하기 쉬운 루트를 따라 이동하게 하는 것이었다.
단순히 이들은 평행 우주에서 살고 있었던 셈이다. 실제로 다른 계곡과의 거리도 9마일(14km)이나 떨어져 있는데, 과학자들은 Zoё가 분명히 서쪽으로 가면서 현재 계곡에 있다고 생각한 것이다.
피츠버그 팀이 서쪽으로 가고 있다고 말했을 때, 로봇은 두 계곡 사이의 작은 언덕과 정면충돌했다.
젊은 기술자들은 다른 사람의 실수는 특히 더 용서하지 않는 경향이 있다. 그러나 곧 상황을 이해하면서 과학팀의 처지도 충분히 받아 들였다.
Smith는 “우리가 있는 장소처럼 여러 둥근 언덕에 있으면 한 언덕의 정상이 완전히 다르게 보이는 셈”이라고 말했다.
그날 저녁 늦게 피츠버그 팀이 잘못을 깨닫자, 이해관계는 더 첨예해졌으며, 평상시 탈의실 분위기는 완전히 넋이 나간 상태였다.
머리는 먼 곳에, 몸은 사막에
언제나 피츠버그 팀은 자신들이 오직 현재 위치를 유추할 수밖에 없는 로봇에게 명령을 보내는 병 안에 담긴 뇌라는 사실을 알고 있다.
Zoё가 현장에서 활동하는 시기는 사막의 서로 다른 ‘착륙 지점’에서 시작하는 3개의 더 작은 임무로 구분돼 있다.
NASA 과학자들이 화성에 우주선을 착륙시킬 때 추측만 하는 것처럼, Zoё가 아타카마의 새로운 지역으로 이동할 때 피츠버그 팀은 그 위치를 정확히 말할 수 없다.
로봇이 지도 상에 그려진 빨간 원 중 어딘가에 있다는 사실밖에는 아는 바가 없다.
화성은 GPS 작동에 필요한 인공위성이 부족하기 때문에 피츠버그 팀은 Zoё의 위치를 옛날 방법으로 찾아야 한다.
식별할 수 있는 표지를 사용해 로봇의 위치를 삼각 측량하는 것이다. 삼각 측량을 하기 위해 팀은 언제나 방 앞의 화면에 투사된 두 개의 이미지를 비교한다.
하나는 Zoё가 가장 최근 촬영한 마감 파노라마 사진이고 다른 하나는 아타카마의 해당 지역을 촬영한 인공위성의 이미지로 현재 ‘착륙’ 지점을 포함한다.
과학자들은 이 중요한 지점을 파노라마 이미지에서 확인한 후 궤도 지도(orbital map)에서 같은 지점을 찾아낸다.
궤도 지도에서 Zoё의 위치라고 생각하는 지점은 지도에서 선택한 다른 3개의 지점과 같은 기하학적 방식으로 배열돼 있으므로 실제 로봇의 위치를 알 수 있다. 그렇지 않고 주의를 소홀히 하면 실제로 로봇을 잃어버릴 수 있다.
James Dohm은 팀의 수석 삼각측량 기사다. 현장에서 근무하는 동안 그는 밤낮을 가리지 않고 노트북 앞에서 몸을 웅크린 채 며칠을 일했다.
지질학적 ‘단위’를 인공위성에서 촬영한 아타카마 사진에 옮기며 지도를 그렸다. 무수한 시간을 반복하면서 다섯 장의 화성 지도를 만들어 공개했다. 그는 “수없이 밤을 샌다”고 말했다.
Dohm의 정확성은 지난 3주간 완벽에 가까웠다. 하지만 Zoё가 10월 초반 마지막 지역으로 이동한 이후 그는 평상시 자신감마저 잃게 되었다.
10월 7일 Jonak와 그의 동료는 아타카마에서 두 팀의 정보가 서로 일치하지 않는다는 사실을 알게 됐다.
이와 거의 비슷한 시간에 피츠버그 연구실에서 일하는 아이오와 대학 출신의 한 관찰자가 9마일(약14.5km) 정도 차이가 난다는 놀라운 사실을 지적했다.
곧 전자 메일이 피츠버그와 사막 양편을 오고 갔다. 기술자들이 냉기가 도는 통신용 통나무집에서 웃고 있는 동안 Wettergreen과 Cabrol은 서로의 상황을 이해하게 됐다.
지난 4일간 이들은 완전히 다른 세계를 여행하고 있었던 것이다. Cabrol은 의자에서 일어나지 않고, 숨을 헐떡거리고 신경질적으로 웃으면서 조용히 팀원에게 “당신들은 완전히 다른 계곡에 있다”고 말했다.
Warren-Rhodes는 나중에 다음과 같이 말했다. “서로 비슷하지만 다른 세계에 있었습니다. 그러니까 거기서 헤어 나올 수 없었던 게 당연하죠. 하지만 항상 ‘뭔가 잘못되었다’는 잔소리를 명심해두세요.”
이 사건 이후로 아이오와 출신의 관찰자인 Geb Thomas는 착륙 지점에 해당하는 원이 지도 가장자리 가까이 있지만 피츠버그 과학자들은 인접한 지역의 지도를 절대 요청하지 않았다는 점을 지적했다.
“퍼즐 조각을 앞에 두고 퍼즐을 맞추려고 하지만 아무도 서로 다른 퍼즐 조각을 갖고 있다는 생각은 하지 않아요.”
개념 증명
NASA는 3년간 Zoё프로젝트 보조금을 지급했으며 작년에는 400만 달러의 예산이 들어갔다.
Wettergreen과 Cabrol은 NASA가 결과에 만족한다면 정부 당국이 향후 개발과 테스트에 대한 새 보조금 제안서를 우호적으로 검토할 것이라고 기대하고 있다. 그러면 2007년까지는 다시 사막으로 돌아갈 수도 있다.
Zoё가 칠레 사막에서 이리 저리 돌아다니며 시간을 보내는 동안, 그리 대단하지는 않지만 한 가지 유용한 교훈을 얻었다.
실제 화성 탐사임무에서 NASA 전문가가 로봇의 위치를 추적하기 위해 보다 정교한 무선 데이터와 착륙 이미지 장비를 비롯한 추가 도구를 마음대로 사용할 수 있다는 점이었다.
그러나 아직도 해결해야 할 기술적 과제가 많이 남아 있다. 원시 생명체를 탐지하는 Zoё의 기술은 모든 생명체의 징후를 포착하지 못한다.
또한 아타카마에 새로운 생명을 불어 넣는 멋진 작업을 수행하는 분사 장비는 화성에서는 쓸모가 없을 수 있다.
화성의 대기압은 너무 낮아서 물은 얼음이나 증기 형태로만 존재하기 때문이다. 물을 분사하자마자 Zoё의 분사구가 얼어버릴 것이다. Cabrol은 전혀 동요하지 않았다.
“문을 하나씩 열어 보는 것이라고 생각해요. 아직도 개념 증명의 문제는 많이 있습니다.” Zoё는 상당한 진보를 이루었다. 지난해 카메라 상자는 충분히 정교하지 못해서 형광 이미지를 촬영할 때마다 매번 로봇작동이 멈추었다.
그러면 Waggoner(64)가 무릎을 굽히고 손을 내려 흔히 보는 정원용 분무기로 물과 염료를 뿌려야 했다.
Joseph Hooper는 파퓰러사이언스의 기고 편집가로 로봇 공학에 대한 글을 기고하고 있다.
세 가지 주요 사실
1.이 새로운 유람객, Zo 는 현재 화성을 탐사하는 기계보다 20배나 빠르게 이동한다.
2.위성 수준의 태양열 집열판은 공장 불량품(factory rejects)으로 나온 강철을 사용해 만드는 데 3만 달러가 들었다.
3.생물학자는 화성 표면 아래에 포자가 살아있을 것이라고 추측한다.
작동 방법
바퀴로 굴러가는 신중한 생물학자
Zoё는 자신의 길을 자율적으로 찾아가는 중 미생물을 찾고 이 증거를 사진으로 찍기 위해 자주 멈춰 선다.
전동 회전식 카메라
세 대의 카메라가 180도 파노라마 지형 사진을 찍는다. 임무를 조정하기 위해 과학자들은 이 이미지를 사용, 삼각 측량법을 통해 로봇의 정확한 위치를 파악한다.
태양열 집열판
매우 효과적인 이 장비는 인공 위성수준의 갈륨비소 반도체를 사용해 만들었다. 이 강철은 공장 규격을 만족하지 못했기 때문에 제작하는 데 3만 달러가 들었다.
탐색 카메라
두 대의 카메라가 60도의 입체적인 시야를 확보한다. 깊이도 인지할 수 있다. 이 카메라는 초당 5장의 사진을 재빨리 촬영한다. 그리고 로봇은 이 사진을 분석해 장애물을 피한다.
이더넷
이 안테나는 로봇의 통신 도구로 가까이에 있는 인공위성을 통해 기술팀의 명령을 수신한다.
계기판
바퀴와 축
이 로봇에는 조종 장치가 없다. 로봇의 축은 바퀴에서 공급하는 힘의 차이에 따라 독립적으로 움직인다. 각 바퀴에는 모터가 달려 있다.
플로우 (하부구조)
이 땅을 파는 장비는 형광 카메라가 지표면 아래층의 사진을 찍을 수 있도록 표면의 흙을 몇 인치 정도 치운다.
형광 카메라 (하부구조)
이 흑백 카메라 장치는 플래시와 색상 필터, 염료를 사용해 지면의 사진을 찍는다. 이때 사진은 생체 분자의 존재를 탐지하기 위해 제작한 이미지다.
태양 추적 장치
화성에는 자기권이 부족하므로 나침반은 아무런 소용이 없다. 이 로봇은 태양을 기준으로 자신의 위치를 측정해 이동 방향을 스스로 결정한다. 태양을 찾는 데 필요한 강력한 태양 광선을 제외하고는 모든 광선을 필터로 차단한다.
로봇의 시각
지형으로 알 수 있는 사실
매일 저녁 Zoё의 카메라를 끄기 전에 Zoё는 주변 환경을 파노라마 사진으로 찍는다. 그러면 피츠버그의 과학자들이 이 사진을 사용해 로봇의 정확한 위치를 파악한다.
로봇이 생명체를 탐색하는 방법
Zoё를 하부 구조에서 내리면 나타나는 상자에는 카메라, 플래시, 염료가 들어 있다. 다양한 조건에서 지면을 10X10으로 동일하게 구획해 사진을 찍는다.
1표준 색상의 이미지는 육안으로 생물상을 확인하는 데 유용하다. 사진에 보이는 흰색 점은 지의류이다.
2Zo 는 생명체를 깨우기 위해 물을 분출한다. 그러면 다음에 찍는 일련의 이미지가 흐리게 나타난다.
3Zo 는 빛을 방출해 더 많은 지의류를 확인한다. 이 로봇은 염료를 분사해 다른 분자를 탐색할 수도 있다.
로봇은 조금씩 다른 각도로 계속해서 제방을 올라갔다. 마치 실력은 형편없지만 단단히 결심한 운전사가 평행 주차를 하는 모습 같았다.
로봇의 시각
화성을 대신한 차선책
가능한 화성과 같은 조건을 조성하기 위해 NASA의 지원을 받는 과학자들은 생명체 감지 로봇을 뾰족한 바위와 계곡이 3만 평방 마일(약 4만8.000km2)이나 펼쳐진 칠레의 아타카마 사막으로 보냈다.
음과 양 로봇 공학자인 David Wettergreen (맨 위)과 동료 기술자 팀은 임무를 수행하는 동안 칠레의 채광 캠프에 거주하고 있다. 행성 지질학자인 Nathalie Cabrol(바로 위)과 동료 과학팀은 피츠버그에서 로봇에게 명령을 내린다.
피츠버그 팀은 자신들이 오직 현재 위치를 유추할 수밖에 없는 로봇에게 명령을 보내는 병 안에 담긴 뇌라는 사실을 알고 있다.
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