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스스로 움직이는 인형 ‘오토마타’ 만들기

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스스로 움직이는 인형 ‘오토마타’ 만들기

2016.12.30 15:00

2017년 새롭게 시작하는 ‘섭섭박사의 메이커 스쿨’. 참가자들이 직접 설계부터 제작까지, 원재료를 이용해 하나의 완성품을 만들어가는 시간이랍니다. 첫 번째로 완성한 작품은 바로 스스로 움직이는 인형, 오토마타(automata)예요. 아름다운 음악소리에 맞춰 인형이 빙글빙글 돌아가는 오르골, 정각이 되면 문을 열고 나와 시간을 알려 주는 뻐꾸기시계에 도전해 봐요!

 

서동준 기자 bios@donga.com 제공
서동준 기자 bios@donga.com 제공

만들어 보자! 움직이는 자동인형, 오토마타


오토마타는 ‘스스로 동작하다’라는 뜻의 고대 라틴어에 어원을 두고 있어요. 말 그대로 스스로 움직이는 자동 로봇이죠. 정각을 알려 주는 뻐꾸기시계와 태엽을 감으면 돌아가는 오르골이 대
표적이랍니다.


자동기계장치는 기원전 3세기 고대 그리스 시대의 기계장치에서도 찾아볼 수 있는데, 역사적으로 자동기계장치가 가장 많이 사용된 장치는 물시계예요. 조선시대 장영실이 제작한 자격루는 12지신의 나무 인형이 오르내리며 정각을 알려 주는 우리나라 최초의 오토마타 물시계랍니다. 현대에 들어서 오토마타는 움직이는 인형이나 장난감의 모습을 갖춘 하나의 예술 분야로 자리잡기 시작했어요.

 

서동준 기자 bios@donga.com 제공
서동준 기자 bios@donga.com 제공

인형의 갖가지 독창적인 움직임을 표현하기 위해서는 설계에서부터 제작까지 다양한 아이디어가 필요해요. 특히 오토마타의 핵심 요소인 캠, 크랭크, 기어와 같은 구성요소를 어떤 모양과 순서로 만드는지에 따라 다양한 오토마타를 완성할 수 있답니다.

 

기어 오토마타 만들기 ※자세한 실험과정은 <어린이과학동아> 홈페이지(kids.dongascience.com)에서 확인하세요! - 서동준 기자 bios@donga.com 제공
기어 오토마타 만들기 ※자세한 실험과정은 <어린이과학동아> 홈페이지(kids.dongascience.com)에서 확인하세요! - 서동준 기자 bios@donga.com 제공

본격 메이킹 비법 오토마타의 비밀은 상자 속에 있다?!


비법 ➊ 오토마타 핵심 요소! 기어, 캠, 크랭크


오토마타가 자동으로 움직일 수 있는 비밀은 상자 안에 숨겨져 있어요. 이 안에서 수많은 종류의 구성 요소들이 상자 밖의 인형을 움직이고 있거든요. 대표적인 구성 요소로 기어, 캠, 크랭크, 링키지, 풀리, 레벨 등이 있답니다.


이중 기어는 원판 모양의 회전체에 달린 돌기들이 서로 맞물리면서 회전운동의 방향이나 속도를 바꿀 수 있는 장치예요. 한 회전체의 돌기들은 모두 같은 간격으로 달려 있어야 하고, 돌기의 수가 많을수록 더 정확하게 기어가 맞물려 돌아간답니다.


캠과 크랭크는 회전운동을 상하, 좌우의 왕복운동으로 바꿔 주는 장치예요. 특히 캠은 타원뿐만 아니라 십자가, 육각형, 심지어 하트와 달팽이 등의 모양으로도 만들 수 있어 인형이 움직이는 경로를 다양하게 할 수 있답니다.

 

오토마타의 핵심요소인 기어, 크랭크, 캠(사진 왼쪽부터). - 서동준 기자 bios@donga.com 제공
오토마타의 핵심요소인 기어, 크랭크, 캠(사진 왼쪽부터). - 서동준 기자 bios@donga.com 제공

비법 ➋ 컴퍼스와 방안자, 연필만 있으면 별모양도 OK!


오토마타는 설계도가 따로 없기 때문에 구상한 장치들을 직접 그려야 해요. 특히 다양한 모양의 캠과 돌기의 간격이 일정한 기어를 그리기 위해서는 작도법을 알아야 한답니다.


작도의 가장 기본은 원을 똑같은 간격으로 8등분하는 거예요. 우선 컴퍼스로 원을 그린 뒤, 원의 중심을 지나는 직선을 그으면 2등분이 된답니다. 이 직선과 방안자의 눈금을 일치시킨 채로 원의 중심을 지나는 직선을 그리면, 두 직선이 수직이 되면서 원을 4등분하게 되죠. 8등분선은 이 4등분선을 45°로 나누면 돼요. 방안자의 작은 사각형은 정사각형이기 때문에, 앞서 그린 4등분선이 이 작은 사각형을 대각으로 가로지르게 방안자를 놓으면 8등분선을 그릴 수 있답니다.


8등분선과 원이 만나는 8개의 점을 연결해 정팔각형까지 그릴 수도 있고, 각 점에 돌기를 붙여 기어로 만들 수도 있어요. 또 이를 응용해 하트와 별 등 다양한 모양을 그릴 수 있답니다.

 

8등분선은 방안자를 이용해 4등분선과 45°를 이루는 직선을 그리면 된다. - 서동준 기자 bios@donga.com 제공
8등분선은 방안자를 이용해 4등분선과 45°를 이루는 직선을 그리면 된다. - 서동준 기자 bios@donga.com 제공

내가 만드는 메이커 스쿨 내 손으로 꼭 완성할 거예요!


기자단 친구들은 뼈대가 되는 나무(MDF)뿐만 아니라 우드락과 이쑤시개, 빨대 등 다양한 재료를 이용해 보았어요. 작도에서부터 전동실톱으로 재료를 자르고, 목공 풀로 붙이는 것 모두 스스로 했답니다.


최건(안양 삼봉초 4) 친구는 “설계도가 따로 있는 것이 아니라 어떤 구성요소를 사용해 어떤 오토마타를 만들지 계획하는 것이 가장 어려웠다”고 말했어요.


짧은 시간 동안 미처 완성하지 못한 친구들도 있었지만, 모두 남은 재료를 집으로 가져가서 나만의 오토마타를 완성하기로 했어요. 처음부터 끝까지 내 손으로 완성하는 ‘섭섭박사의 메이커 스쿨’을 앞으로도 많이 기대해 주세요~!

 

서동준 기자 bios@donga.com 제공
서동준 기자 bios@donga.com 제공

● 섭섭박사님이 알려 주는 메이킹 한걸음


우드락이나 종이를 자를 때는 커터칼은 연필 잡듯이 쥔 뒤, 글씨를 쓰는 것보단 낮은 각도로 잘라 주세요. 각도를 높게 해 잡으면 손과 팔에 힘이 들어가면서 정확성이 떨어져요. 또 선을 벗어나 옆으로 빗겨나갈 가능성이 크답니다.

※주의 : 칼, 톱 등은 꼭 조심해서 사용하세요.

 

서동준 기자 bios@donga.com 제공
서동준 기자 bios@donga.com 제공

● 과학 발명 배우고, 오토마타 뽐내고

KIMM 기계제작대회& 발명과학교실


나만의 오토마타를 마음껏 뽐낼 수 있는 기회! 한국기계연구원과 한국발명진흥회가 개최하는 ‘KIMM 과학꿈나무 기계제작대회’에서 매년 전국의 초등학생과 중학생들이 독창적인 오토마타를 선보이고 있답니다. 지난 11월에 열린 이 대회에서는 크랭크와 자석, 풀리 등을 이용해 태양계의 행성, 그리고 탐사선을 바라보며 기뻐하는 사람의 모습을 표현한 오토마타가 대상을 받았죠.


이와 더불어 한국발명진흥회에서는 ‘발명과학교실’을 열어 핵심 과학원리와 개념을 익히고 이를 응용해 발명실습을 할 수 있는 프로그램을 진행하고 있어요. 발명을 처음 접하는 초등학생들도 3개월 동안 차근차근 배울 수 있는 기회랍니다.


프로그램명 발명과학교실(에디슨반, 레멀반)
대상 초등학생 3~6학년
장소 서울 강남구 역삼동 한국발명진흥회 교육장
안내 및 접수 ipcampus.kr

 

GIB 제공
GIB 제공

다음 실험 예고 가상현실을 내 손으로 만든다?! VR Mycraft


만들어진 VR영상을 보기만 하는 것은 이제 그만! 내 손으로 직접 가상현실 세계를 만들어 봐요! 다음 ‘섭섭박사의 메이커 스쿨’에서는 Cospace 프로그램을 이용해 가상현실을 제작하고, VR 뷰어를 만들어 이를 보는 특별한 시간을 갖는답니다. 나만의 가상세계를 만들 친구들, 얼른 신청하세요~!


일시 2017년 1월 6일(금)
장소 동아사이언스 다빈치룸
신청방법 <어린이과학동아> 홈페이지(kids.dongascience.com) 공지사항을 보고 신청해 주세요.

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