철제벽과 천장을 빠르게 걷는 네 발 로봇 나왔다

KAIST 박해원 교수 연구팀
조선·건설 등 위험한 작업 현장 자동화에 기여할 듯
사이언스 로보틱스 12월호 표지 논문에 선정

국내 연구진이 철로 된 벽과 천장을 빠른 속도로 걷는 사족 보행 로봇을 개발했다. 사람이 이동하기 힘든 배나 교량, 건설현장의 작업 자동화에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 보인다.

박해원 KAIST 기계공학과 교수는 26일 빠르게 자성이 생겼다가 사라지는 자석을 이용해 매끄럽지 않은 표면에서도 높은 접착력을 지니는 발바닥을 가진 네 발 로봇을 개발했다고 밝혔다.

연구팀은 스위치처럼 전자기력을 켰다 껐다하는 영전자석(Electropermanent Magnet)과 고무와 같은 탄성체에 철가루 같은 자기응답인자를 섞어 만든 탄성체인 자기유변탄성체(Magneto-Rheological Elastomer)를 이용해 접착력이 있는 발을 가진 사족 보행 로봇을 만들었다.

KAIST 연구팀이 개발한 사족 보행 로봇. /KAIST 제공

기존의 벽면을 오르는 등반 로봇은 바퀴나 무한궤도를 이용하기 때문에, 단차나 요철이 있는 표면에서는 이동성이 제한되는 단점이 있었다. 무한궤도가 아닌 보행로봇의 경우에도 이동 속도가 현저히 느리거나 다양한 움직임을 소화하지 못했다.

연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해 영전자석과 자기유변탄성체를 보행 로봇의 발바닥 디자인에 최초로 적용했다. 영전자석은 짧은 시간의 전류 펄스로 전자기력을 켰다 껐다할 수 있는 자석으로 일반적인 전자석과 달리 자기력의 유지를 위해 에너지가 들지 않는다.

또 로봇 발바닥에 자기유변탄성체를 씌어, 발바닥의 자기력을 현저히 떨어트리지 않으면서도 마찰력을 높였다. 이렇게 만든 발바닥 무게는 169g에 불과하지만 약 535뉴턴(N)의 수직 흡착력, 445N의 마찰력을 제공한다. 535N을 kg으로 환산하면 54.5kg이다. 수직 방향으로 54.5kg의 외력이 가해져도 발바닥이 철판에서 떨어지지 않는다는 의미다.

연구팀이 만든 사족 보행 로봇은 초속 0.7m의 속도로 수직벽을 걸어 올라간다. 속도가 느린 기존 보행로봇의 단점을 극복했다. 천장에 거꾸로 매달린 채로도 최대 초속 0.5m의 속도로 보행이 가능하다.

연구팀은 새로 개발한 등반 사족 보행 로봇이 배, 교량, 송전탑, 송유관, 대형 저장고, 건설 현장 등 철로 이루어진 대형 구조물의 점검, 수리, 보수에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대된다고 밝혔다.

공동 제1 저자인 엄용 KAIST 기계공학과 박사과정 연구원은 “영전자석과 자기유변탄성체로 구성된 발바닥과 등반에 적합한 비선형 모델 예측제어기를 이용해, 지면뿐만 아니라 벽과 천장을 포함한 다양한 환경에서도 보행 로봇이 민첩하게 움직일 수 있음을 보였고 이는 보행 로봇의 이동성과 작업 공간을 2D에서 3D로 확장하는 초석이 될 것ˮ이라며 “이러한 로봇은 조선소와 같은 철제 구조물에서 위험하고 힘든 작업을 수행하는 데 활발히 사용될 수 있을 것ˮ이라고 말했다.

이번 논문은 국제학술지 `사이언스 로보틱스(Science Robotics)’ 12월호에 표지를 장식했다.

참고자료

SCIENCE ROBOTICS, doi : https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.add1017

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