카이스트 명현 교수팀, 지하·극한지역 탐사용 두더지 로봇 개발

두더지의 생물학적 구조와 굴착 습성을 모방한 생체모방형 두더지 로봇이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 

‘몰봇(Mole-bot.사진)’이란 이름의 이 로봇은 카이스트(KAIST) 전기및 전자공학부 명현 교수팀(미래도시 로봇연구실)이 개발한 것으로, 신에너지원인 탄층 메탄가스나 희토류 매설 지역, 우주 공간 등 지하공간이나 극한지역 탐사에 활용될 전망이다.

4일 연구팀에 따르면 몰봇은 드릴과 시추기, 파이프라인, 펌프 등 거대하고 복잡한 각종 장비를 조합해 진행해야하는 종전의 굴착 작업방식을 대부분 대체할 수 있다. 

몰봇은 크게 드릴링부, 잔해 제거부, 방향전환을 위한 허리부, 그리고 이동 및 고정부로 구성된다. 크기는 지름 25㎝, 길이 84㎝에 무게는 26㎏이다.

구멍을 파는 드릴링은 이빨로 토양을 긁어내는 두더지 종 중의 하나인 ‘치젤 투스’를 생체모방해 새로운 확장형 메커니즘을 개발한 것으로, 기존 기술 대비 높은 확장성과 안정적인 굴착이 가능하다.

잔해 제거는 크고 강력한 앞발을 이용해 굴착 및 잔해를 제거하는 또 다른 두더지 종인 ‘휴머럴 로테이션’의 특별한 어깨구조를 모사해 설계했다. 휴머럴 로테이션은 길쭉한 형태의 견갑골을 가져 견갑골의 직선운동을 상완골에서 강력한 회전력으로 변환할 수 있다.

생체모방형 두더지로봇을 개발한 카이스트 명현(맨 왼쪽) 교수와 연구진들.

몰봇은 또 두더지의 허리를 모사한 메커니즘을 통해 지하 내에서 360도 자유롭게 방향 전환이 가능하다. 굴착 메커니즘을 가지는 앞몸체와 이동 및 고정 역할을 하는 뒷몸체로 사이를 선형 구동기로 연결하고 스트로크 조절을 통해 자유롭게 좌우회전을 할 수 있기 때문이다. 

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

연구팀은 이 밖에 지하에서 위치를 측정할 수 있는 센서시스템과 알고리즘을 탑재했다. 지하 환경은 주변이 암석과 흙으로 이뤄져있어 무선통신 신호를 활용하기 어려울뿐아니라 협소하고 어두워 비전이나 레이저 센서를 사용하기 어렵다. 

이를 해결하기 위해 몰봇에 자기장 센서가 포함된 관성항법 센서를 탑재하고 지구 자기장 데이터의 변화를 측정해 로봇 위치를 인식할 수 있다.

몰봇은 최근 한국산업기술시험원(KTL)의 공인인증 평가를 통해 성능을 검증 받았다. 최대 굴진각은 100피트 당 38도, 위치 인식 오차는 6.03㎝, 굴진 속도는 시속 1.46m, 방향각 추정 오차는 0.4도다. 기존 세계 최고 수준의 로봇과 비교할 때 굴진 속도는 3배 이상, 방향각 추정은 6배 이상 향상된 성능을 보였다. 몰봇개발에는 카이스트 환경공학과 홍정욱 교수 및 권태혁 교수팀이 참여했으며, 연구결과는 해외 저널 5건, 국제 학술대회  12건 등으로 발표됐다. 

대전=임정재 기자 [e-mail]