도로 상태에 따라 모양 바꾸고 1t 무게도 견디는 '변신 바퀴' 개발됐다

조규진 서울대 기계공학부 교수팀, 한국타이어앤테크놀로지

조규진 서울대 기계공학부 교수팀과 한국타이어앤테크놀로지 공동 연구팀이 도로 상태에 따라 모양을 바꿀 수 있고 1t의 하중에 견딜 수 있는 가변형 바퀴를 개발했다고 8일 밝혔다. 서울대 제공

국내 대학과 기업 공동 연구팀이 도로 상태에 따라 바퀴 폭과 지름을 바꿔 주행 속도를 높이는 가변형 바퀴를 개발했다. 종이접기 원리를 이용해 1t의 하중에도 견딜 수 있을 만큼 튼튼하게 만들어 다양한 환경에서 바퀴를 동작하는 실내 서비스 로봇, 우주 탐사 로버 등에 활용될 전망이다.

조규진 서울대 기계공학부 교수팀과 한국타이어앤테크놀로지 공동 연구팀은 도로 상태에 따라 모양을 바꿀 수 있고 1t의 하중에 견딜 수 있는 가변형 바퀴를 개발했다고 8일 밝혔다.

연구팀이 개발한 가변형 바퀴는 평평한 포장도로에서는 지름이 450mm고 폭이 넓은 형태를 유지해 안정적이고 민첩하게 주행할 수 있다. 반면 울퉁불퉁한 비포장도로에서는 폭이 줄고 지름이 최대 800mm까지 커진다. 지표면과 닿는 면적이 줄어들어 흔들리지 않고 빠르게 주행할 수 있다. 

연구팀은 바퀴의 모양이 바뀌어도 높은 하중에 견딜 수 있도록 종이접기 원리를 활용했다. 얇은 종이를 잘 접으면 무거운 물체를 올려놔도 모양을 유지하는 원리다. 연구팀은 먼저 바퀴의 모양이 바뀔 때 접히지 않는 면 부분은 항공기 소재에 쓰이는 알루미늄 60 계열을 사용해 얇고 가벼우면서 높은 강성을 갖도록 했다. 접히는 부분은 나일론과 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 소재를 특수 처리해 질기게 만든 직물을 이용해 관절 역할을 하도록 했다. 

연구팀은 하나의 종이로 모양을 만드는 종이접기를 하듯 알루미늄 60 계열로 만든 단단한 판을 질긴 직물로 이어 하나의 구조로 바퀴의 모양이 바뀌도록 했다. 이 방식을 이용하면 부품과 관절을 또다른 부품으로 잇는 전통적인 기계 관절 방식 보다 제작과 조립이 쉽고 유연하며 외부 충격과 진동에 강하다. 바퀴 전체가 하나로 연결된 구조이기 때문에 부품 사이의 마찰이 적고 오염물질도 끼지 않는다. 1t의 하중에도 견딜만큼 튼튼하고 무게는 기존 승용차 바퀴와 비슷하다. 

연구에 참여한 구본희 한국타이어앤테크놀로지 연구개발혁신총괄은 "타이어는 항상 형태가 일정해야 한다는 고정관념을 깨기 위한 시도였고 타이어 분야뿐 아니라 모빌리티 서비스 분야 전반에 활용도가 높을 것으로 기대된다"고 말했다.

조규진 교수는 "배달용 로봇은 계단을 올라가야 하는 상황이나 길에 굴곡이 심할 때 바퀴의 형태를 변화시켜 이를 극복하는 용도로 사용할 수 있다"며 "이 연구는 가변형 바퀴 기술에 대한 가능성을 증명한 것으로 향후 일반 모빌리티에 적용하기에는 추가적인 연구개발이 필요하다"고 말했다.

이 연구는 국제학술지 '사이언스 로보틱스' 인터넷판 7일자에 실렸고 표지 논문으로 선정됐다. 

조규진 서울대 기계공학부 교수팀의 연구는 국제학술지 ‘사이언스 로보틱스’ 인터넷판 4월 7일자에 실렸고 표지 논문으로 선정됐다. 서울대 제공

[김우현 기자 mnchoo@donga.com]