KAIST가 개발한 사족보행 로봇, 마치 스파이더맨 같다

직벽 등반·천장에 거꾸로 매달려
조선소 구조물 수리 등 임무 활용

철 구조물에서 벽면과 천장을 빠른 속도로 운행하는 '사족보행 로봇'을 개발한 홍승우 KAIST 기계공학과 박사과정(왼쪽부터), 박해원 교수, 엄용 박사과정. KAIST 제공

KAIST는 철로 이뤄진 벽면과 천장을 빠른 속도로 이동할 수 있는 사족보행 로봇을 개발했다. KAIST

스파이더맨처럼 배나 교량, 송전탑 등 철로 이뤄진 대형 구조물에서 빠른 속도로 이동할 수 있는 사족 보행 로봇이 등장했다. 발바닥의 흡착력을 이동 표면에 따라 빠르게 켜고 끌 수 있어 다양한 철 구조물 벽을 고속 등반하거나 천장에 매달려 보행할 수 있다. 향후 조선소 같은 철제 구조물 점검, 수리, 보수 등의 위험한 임무 수행에 널리 활용될 전망이다.

KAIST는 박해원 기계공학과 교수 연구팀이 전자기력을 온·오프할 수 있는 영전자석과 자기유변탄성체를 발바닥에 적용, 철제 벽면과 천장을 이동할 수 있는 '사족보행 로봇'을 개발했다고 26일 밝혔다.

기존에 벽면을 오르는 등반 로봇은 바퀴나 무한궤도를 이용하기 때문에 단차나 요철이 있는 표면에서 이동성이 제한된다. 반면 등반용 보행 로봇은 장애물 지형에서 이동성이 향상되지만 이동 속도가 현저히 느리거나 다양한 움직임을 수행할 수 없는 단점이 있다. 이런 한계를 극복하려면 보행로봇의 발바닥 흡착력이 강하면서도 흡착력을 빠르게 켰다 끌 수 있어야 하고, 거칠거나 요철이 있는 표면에서도 흡착력을 유지해야 한다.

연구팀은 영전자사석과 자기유변탄성체를 보행 로봇의 발바닥에 접목해 이 같은 문제를 해결했다. 영전자석은 짧은 시간의 전류 펄스로 전자기력을 온·오프할 수 이는 자석으로, 일반적인 전자석과 달리 자기력을 유지하는 데 에너지가 들지 않는다. 연구팀은 사각형 구조 배열의 영전자석을 활용해 온·오프 스위칭에 필요한 전압을 최소화하면서 보다 빠르게 구현했다. 또한 고무와 같은 탄성체에 철가루와 같은 자기응답인자를 섞어 만든 자기유변탄성체를 보행로봇 발바닥에 씌어 자기력을 떨어 뜨리지 않으면서 마찰력을 높였다.

이렇게 제작된 발바닥은 무게 169g에 불과하지만, 54.5㎏(535뉴턴)의 마찰력을 제공해 8㎏의 사족보행 로봇에 충분한 흡착력을 제공한다고 연구팀은 설명했다. 수직 방향으로 최대 54.5㎏, 수평 방향으로 최대 45.4㎏의 외력이 가해져도 발바닥이 철판에서 떨어지지 않는다. 사족보행 로봇은 초속 70㎝ 속도로 직벽을 등반하고, 초속 50㎝ 속도로 천장에 거꾸로 매달려 보행할 수도 있다. 이는 보행형 등반 로봇 중 세계에서 가장 빠른 속도라는 게 연구팀의 설명이다. 페인트칠이나 먼지, 녹으로 더러워진 물탱크 표면에서도 로봇이 초속 최대 35㎝ 속도로 올라갈 수 있고, 벽에 돌출된 5㎝ 높이 장애물도 무난히 넘어설 수 있다. 엄용 KAIST 기계공학과 박사과정은 "사족보행 로봇은 배, 교량, 송전탑, 송유관 등 철제 구조물에서 위험하고 힘든 작업을 수행하는 데 폭넓게 활용될 것으로 기대한다"고 말했다. 이 연구결과는 국제 학술지 '사이언스 로보틱스(12월호)' 표지 논문에 실렸다. 이준기기자 bongchu@