카이스트, 철제 벽·천장 빠르게 이동하는 ‘사족로봇’ 개발

송전탑·교량 안전사고 예방 기여

국내 연구진이 철로 된 벽과 천장을 빠른 속도로 이동할 수 있는 사족 보행 로봇을 개발했다. 배와 교량, 송전탑 등 대형 구조물의 점검·수리 등에 폭넓게 활용돼 위험환경에서 생산성과 효율성을 높이고 안전사고 예방에 기여할 것으로 기대된다. 

카이스트(한국과학기술원·KAIST) 기계공학과 박해원 교수 연구팀은 영전자석을 발바닥에 붙여 철제 바닥 접착력을 높인 보행로봇을 개발했다고 26일 밝혔다. 

교량을 오르고 있는 사족 보행 로봇. 카이스트 제공

기존 벽을 오르는 등반 로봇은 바퀴를 이용하기 때문에 높낮이 차나 요철이 있는 표면에서 이동이 제한되고, 등반용 보행 로봇은 이동 속도가 현저히 느리거나 다양한 움직임을 수행할 수 없는 단점을 각각 지적받아 왔다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 영전자석과 자기유변탄성체를 보행 로봇 발바닥 디자인에 최초로 적용했다.

연구팀은 짧은 순간의 전류 펄스로 전자기력을 켰다 끌(온·오프 스위칭) 수 있는 영전자석을 사각형 구조로 배열해 스위칭에 필요한 전압을 현저히 낮추고, 더욱 빨리 스위칭할 수 있게 했다.

또 고무 같은 탄성체에 쇳가루 같은 자기응답인자를 섞어 만든 자기유변탄성체를 발바닥에 씌워 발바닥 자기력을 현저히 떨어뜨리지 않으면서도 마찰력을 높였다.

이렇게 구성된 발바닥은 무게가 169ｇ에 불과하지만 약 535뉴턴의 수직 흡착력과 445뉴턴의 마찰력을 제공해, 무게 8㎏의 사족보행 로봇에 충분한 흡착력을 제공할 수 있다.

수직 방향으로 최대 54.5㎏, 수평 방향으로 최대 45.4㎏ 정도의 추가 매달려도 로봇 발바닥이 철판에서 떨어지지 않는다고 연구팀은 설명했다.

이 로봇은 초속 70㎝ 속도로 벽을 등반했고, 최대 초속 50㎝ 속도로 천장에 거꾸로 매달려 보행할 수 있다.

페인트칠이나 먼지·녹으로 더러워진 물탱크 표면에서도 로봇이 최대 초속 35㎝ 속도로 올라갈 수 있고, 벽에 돌출된 5㎝ 높이 장애물도 무난히 극복했다.

이는 보행형 등반 로봇으로는 세계 최고 속도라고 연구팀은 전했다.

엄용 카이스트 기계공학과 박사과정생은 “지면뿐만 아니라 벽과 천장을 포함한 다양한 환경에서 보행 로봇이 민첩하게 움직일 수 있음을 확인했다”며 “배와 교량, 송전탑, 송유관, 대형 저장고, 건설 현장 등 대형 철 구조물의 점검·수리·보수에 폭넓게 활용할 수 있을 것”이라고 말했다. 이 같은 성과는 미국과학회가 발간하는 국제 학술지 ‘사이언스 로보틱스’ 12월호에 표지 논문으로 게재됐다.

대전=강은선 기자 groove@segye.com