극한작업용 생체모방형 로봇기술

미국의 미래학자 앨빈 토플러는 그의 저서 ‘제 3의 물결’에서 농경 기술, 산업혁명에 의한 기술 혁신에 이어 이제는 고도로 발달한 과학 기술에 의해 제3의 물결이라는 대변혁을 맞이할 것이라고 예측했다. 이 글에서는 이러한 환경에 대한 공학적 해결책 중 하나가 될 수 있는 생체모방형 로봇기술에 대해 알아본다.

서론

그림 1. 송전설비용 뱀 로봇(EPRI)

그림 2. 한전 전력연구원 애자점검로봇

최근 빠르게 진행되는 변화에 맞춰 민첩하게 대처하고 적응한 사회·기업 및 개인만이 살아남는 생존의 시대로 접어들고 있다. 이러한 환경의 커다란 변화와 대응은 인간뿐만 아니라 다른 생물들도 오랜 시간 경험해 온 것이다. 지속적으로 변화하는 지구의 생태 환경 속에서 거듭되는 진화를 통해 주어진 환경 속에 최적화된 종들이 살아남았으며, 앞으로도 그 여정을 계속해 나갈 것이다.

생체모방공학은 지구상의 생물들은 주어진 자연 환경에 살아남기 위해 최적화돼 있다는 전제로부터 출발하며, 이러한 동식물들을 관찰하고 그 구조나 기능을 모방함으로써 인간에게 주어진 문제에 대한 공학적 해결책을 찾으려고 하는 학문이라고 할 수 있다.

이러한 노력 중 하나인 생체모방형 로봇기술은 기존의 로봇기술에 생체모방공학을 도입함으로써 살아 있는 유기체에서 영감을 얻어 복잡한 작업에 최적화된 로봇 메커니즘을 개발하려는 기술이다. 한전에서는 생체모방형 로봇이 복잡하고 위험한 전력설비의 극한작업을 수행하는 데 적합할 것으로 보고, 전력설비 정밀 진단 적용을 통한 전력 공급 신뢰도를 제고하기 위해 극한작업용 생체모방형 로봇기술을 미래유망기술로 선정했다.

기술개발 현황

생체모방형 로봇 기술이 현재 모사하고 있는 대상은 육상에서는 인간, 개나 말과 같은 4족 동물, 곤충, 뱀 등이 있고 해상에서는 어류, 해파리, 문어 등이 있으며, 공중에서는 새나 날아다니는 곤충 등이 있다. 전술한 모사 대상들을 살펴보면 로봇이 적용될 환경에 적합한 생물을 그 모사 대상으로 결정하는 것을 알 수 있다.

인간을 모사한 휴머노이드는 잘 알려진 대로 ASIMO를 개발한 일본에서 선도하고 있고, 국내에서는 HUBO를 개발한 KAIST가 기술적으로 가장 앞서 있다. 생체모방형 4족 보행로봇은 바퀴로 움직이는 운송 수단이 평지와 달리 험로에서는 이동성이 매우 떨어진다는 한계를 극복하기 위해 개발되고 있다. 미국에서는 현재 빅독·치타 로봇 등을 개발한 구글 산하의 BOSTON DYNAMICS가 가장 앞서 있으며, 미국 DARPA(방위고등연구계획국)의 지원을 받아 다양한 생체모방형 로봇들을 개발하고 있다.

새의 움직임을 모방하려는 시도는 그 역사가 매우 오래됐는데, 새의 날갯짓을 모방한 비행기를 설계한 레오나르도 다빈치와, 최초의 동력비행기 개발 과정에서 새의 날개 단면을 모방한 라이트 형제(Wright Brothers)가 관련 생체모방 연구의 원조라고 할 수 있다. 특히 무인항공기 기술이 크게 발전해 주목을 받으면서, DARPA에서는 손바닥보다 작은 초소형 비행체를 무기 체계로 활용하기 위한 곤충 모방형 로봇기술 개발을 주도하고 있다.

어류 모방형 로봇의 경우도 최근 미 해군이 90미터까지 잠수가 가능한 로봇물고기를 발표하는 등 미국이 앞서가고 있다.

이 외에도 각 생물 개체가 가지는 독특한 장점들을 활용하려는 연구가 진행 중이다. 국내에도 잘 알려진 스탠포드 대학의 도마뱀 로봇 STICKYBOT이 그 사례이며, 자신의 몸 크기에 비해 도약력이 매우 뛰어난 곤충의 다리 매커니즘을 모사하려는 연구도 많이 수행되고 있다.

지금까지 살펴본 것처럼 생체모방형 로봇이 기존 로봇에 비해 매우 훌륭한 환경 적응성과 활용성을 보여줌에 따라 이를 전력산업에도 적용하려는 노력이 시작되고 있다. 미국 EPRI는 송전설비에 적용하기 위해 뱀을 모사한 로봇을 연구했으며, 한국전력공사 전력연구원은 복잡한 구조의 송전애자 위에서 이동이 용이하도록 곤충과 유사한 움직임을 보이는 활선애자 점검로봇을 개발한 바 있다.

시장 전망과 기술개발 방향

그림 3. LineScout(Hydro-Québec)

그림 4. 변전소 순시로봇(SEPRI)

아직까지 전력산업용 로봇 시장은 초기 형성 단계라고 할 수 있다. 하지만 전력설비 극한작업을 자동화해 작업 능률, 정밀도 및 안정성을 높이려는 것은 세계적인 추세이며, 선진사회로 진입하면서 안전에 대한 관심이 급격히 증가하고 있어 이러한 전력산업용 로봇 적용은 점차 확산될 것으로 보인다.

캐나다 Hydro-Québec은 가공 송전선로 감시 분야에서 가장 앞선 기술로 평가받고 있는 자사 로봇 LineScout의 10년 사용 계약을 작년 9월 영국 National Grid와 체결했다. 중국의 산동전력은 산하의 산동전력과학연구원에서 개발한 변전소 순시로봇을 양산해 산하의 변전소에서 사용하고 있다.

이러한 로봇기술의 사업화 움직임에도 불구하고, 아직 전력산업 분야에 널리 사용되고 있지 않고 있는 이유는 복잡하고 위험한 설비 구조 및 환경으로 인해 기존 로봇기술로는 적용성과 접근성이 매우 떨어지기 때문이다. 따라서 전력산업용 로봇기술의 보급과 확산을 위해서는 로봇기술에 생체모방공학을 도입해 작업 환경에 최적화된 적응성을 보이는 생체모방형 로봇을 개발해야 한다.

결론

생체모방형 로봇 개발은 최근 미래기술로서 각광받고 있는 로봇 연구의 한 분야로 국내외 대학, 산업체 및 연구기관에서 연구개발이 활발하게 진행되고 있지만, 아직까지는 그 적용이 국방과 같은 특수 분야에만 국한되고 있다.

하지만 향후 기술 발전에 따라 그 적용 범위가 점차 넓어질 것으로 전망되므로, 이 분야를 세계적으로 선도해 나가기 위해서는 관련 기술 및 지식재산권의 선점을 위한 과감하고 선제적인 연구개발 투자가 필요하다. 한국전력공사 전력연구원은 올해 전력산업용 생체모방형 로봇 개발을 위한 기초 연구에서 시작해 내년부터는 본격적인 연구개발을 수행할 계획이다. 특히 로봇을 이용한 설비 운영 고도화로 고품질의 전력을 고객에게 제공할 수 있는 기술을 개발할 계획이다.

박준영 선임연구원 _ 한국전력공사 전력연구원