국산 두더지 로봇이 간다, 화성으로

입력 2020.06.04 11:12 | 수정 2020.06.04 11:17

KAIST, 두더지 모방한 지하, 우주 탐사 로봇 개발

두더지 로봇 몰봇./카이스트
두더지 로봇 몰봇./카이스트

무인 지하 탐사나 우주 탐사에 활용될 수 있는 두더지 로봇이 국내에서 개발됐다.

한국과학기술원(KAIST) 전기및전자공학부 명현 교수 연구진은 “자원이 매설된 지역의 탐사나 우주 행성의 표본 채취 등을 목표로 일명 두더지 로봇인 ‘몰봇(Mole-bot)’을 개발했다”고 4일 밝혔다.

◇두더지 생체 모방

몰봇은 크게 드릴링부와 잔해 제거부, 방향전환을 위한 허리부, 그리고 이동·고정부로 구성된다. 크기는 지름 25㎝, 길이 84㎝이며, 무게는 26㎏이다. 우선 드릴링 부분은 이빨로 토양을 긁어내는 두더지 종 중의 하나인 ‘치젤 투스’를 생체모방해 개발했다.

잔해 제거 부분은 크고 강력한 앞발을 이용해 굴착하고 잔해를 제거하는 또 다른 두더지 종인 ‘휴머럴 로테이션’의 어깨구조를 모사해 설계했다. 휴머럴 로테이션은 길쭉한 형태의 견갑골을 가져 견갑골의 직선운동을 상완골에서 강력한 회전력으로 변환할 수 있다. 연구진은 이러한 생물학적 구조를 모방해 효율적인 잔해 제거가 가능하도록 로봇의 앞발을 개발했다.

두더지를 생체 모방한 몰봇./카이스트
두더지를 생체 모방한 몰봇./카이스트

허리부는 두더지의 허리를 모사해 지하 내에서 360도 자유롭게 방향 전환이 가능하다. 몰봇은 굴착 메커니즘을 가지는 앞몸체와 이동과 고정 역할을 하는 뒷몸체로 각각 구성돼있다.

마지막으로 이동부는 동일한 3개의 단위체(유닛)를 삼각형 형태(120도 간격)로 균등 배치해, 지하 내에서 안정적인 지지와 이동을 할 수 있도록 설계됐다. 불규칙한 토양 환경, 암석 등 예측 불가능한 지하 내에서 안정적인 이동을 위해 무한궤도를 이용한 이동 방식을 적용한 것이다.

◇자기장 센서로 지하공간에서도 위치 인식

연구진은 개발된 로봇에 지하에서 로봇의 위치를 측정할 수 있는 센서시스템과 알고리즘을 탑재했다. 지하 환경은 주변이 암석과 흙으로 이뤄져 있어 무선통신 신호를 활용하기 어렵고 또 내부가 협소하고 어둡기 때문에 비전·레이저 센서를 사용하기 어렵다.

이를 해결하기 위해 몰봇에 자기장 센서가 포함된 ‘관성항법 센서’를 탑재했다. 이는 지구 자기장 데이터의 변화를 측정해 로봇 위치를 인식할 수 있는 센서다. 지하공간에서의 3차원적인 자율 주행을 가능케 한다.

◇지하자원·우주개발 적용 기대

명 교수 연구진은 몰봇이 기존 로봇들에 반해 훨씬 효율적인 방법으로 지하자원 탐사가 가능할 뿐만 아니라 경제성도 뛰어나고, 최근 스페이스X에 의해 촉발된 우주 개발 등 다양한 분야에 적용이 가능하기 때문에 세계시장 진출도 가능할 것으로 기대하고 있다.

이번 연구는 2017년부터 2019년까지 진행됐다. 건설및환경공학과 홍정욱 교수와 권태혁 교수 연구팀과 협업했다. 그동안의 해외 우수저널 논문 5건 게재, 국제 학술대회 발표 12건, 국내 학술대회 발표 4건, 특허 출원과 등록은 각각 3건과 1건의 실적을 기록했다.
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