KAIST 기계공학과 박해원 연구팀이 철로 이뤄진 벽면과 천장을 빠른 속도로 이동할 수 있는 사족 보행 로봇을 개발했다고 26일 밝혔다.

연구팀은 이를 위해 전자기력을 온-오프할 수 있는 영전자석과 고무와 같은 탄성체에 철가루와 같은 자기응답인자를 섞어 만든 탄성체인 자기유변탄성체를 이용해 자석의 접착력을 빠르게 끄거나 켤 수 있으면서도 평탄하지 않은 표면에서 높은 접착력을 지니는 발바닥을 제작했다.

이에 연구실에서 자체 제작한 소형 사족 보행 로봇에 장착했다. 이러한 보행 로봇은 배, 교량, 송전탑, 대형 저장고, 건설 현장 등 철로 이루어진 대형 구조물에 점검, 수리, 보수 임무를 수행하는 등 폭넓게 이용할 수 있다.

기계공학과의 홍승우, 엄용 연구원이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 사이언스 로보틱스(Science Robotics) 12월호에 표지를 장식하는 논문으로 출판됐다.

기존의 벽면을 오르는 등반 로봇은 바퀴나 무한궤도를 이용하기 때문에 단차나 요철이 있는 표면에서는 이동성이 제한되는 단점을 가졌다.

이에 반해 등반용 보행로봇은 장애물 지형에서의 향상된 이동성을 기대할 수 있으나, 이동 속도가 현저히 느리거나 다양한 움직임을 수행할 수 없다는 단점이 있었다.

연구진은 이러한 문제를 해결하기 위해 영전자석과 자기유변탄성체를 보행 로봇의 발바닥 디자인에 최초로 이용했다.

영전자석은 짧은 시간의 전류 펄스로 전자기력을 온-오프할 수 있는 자석으로 일반적인 전자석과 달리 자기력의 유지를 위해 에너지가 들지 않는다는 장점이 있다.

연구팀은 사각형 구조 배열의 새로운 영전자석을 제안해, 기존 영전자석과 비교해 스위칭에 필요한 전압을 현저하게 낮추면서도 보다 빠른 스위칭이 가능하게 했다.

또한 자기유변탄성체를 발바닥에 씌어 발바닥의 자기력을 현저히 떨어트리지 않으면서도 마찰력을 높일 수 있었다.

발바닥의 무게는 169그램(g)에 불과하지만 약 535뉴턴(N)의 수직 흡착력, 445뉴턴(N)의 마찰력을 제공해 무게 8킬로그램(kg)의 사족보행로봇에 충분한 흡착력을 제공할 수 있음을 확인했다.

연구팀이 제작한 사족 보행 로봇은 초속 70센티미터의 속도로 직벽을 고속 등반했고 최대 초속 50센티미터의 속도로 천장에 거꾸로 매달려 보행할 수 있었다.

이는 보행형 등반 로봇으로는 세계 최고의 속도다. 연구진은 페인트가 칠해지고, 먼지, 녹으로 더러워진 물탱크의 표면에서도 로봇이 최대 35센티미터의 속도로 올라갈 수 있음을 보여 실제 환경에서의 로봇의 성능을 입증했다.

로봇은 빠른 속도를 보여줄 뿐 아니라 바닥에서 벽으로, 벽에서 천장으로 전환이 가능하고, 벽에서 돌출돼 있는 5센티미터 높이의 장애물도 무난히 극복할 수 있음을 실험적으로 보였다.

연구팀이 개발한 새로운 등반 사족 보행 로봇은 배, 교량, 송전탑, 송유관, 대형 저장고, 건설 현장 등 철로 이루어진 대형 구조물의 점검, 수리, 보수에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 

[전국매일신문] 대전/ 정은모기자
J-em@jeonmae.co.kr

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