[과학의 날] '자원탐사 혁신' 지질자원연 자율주행 지하 탐사로봇 개발

강웅 박사 연구팀, 지하 레이다 탐사 기술 적용
위험하고 어려운 작업 환경서 안전하게 탐사 가능

매장 문화유산 조사용 자율주행 지하 탐사로봇. 한국지질자원연구원 제공

한국지질자원연구원이 개발한 자율주행 지하 탐사로봇이 자원 탐사와 지하 안전 관리 분야에 혁신적인 변화를 가져오고 있다. 이 로봇은 송신 안테나에서 광대역 전자기파 파동을 방사, 땅 밑으로 투과돼 들어간 신호가 지하의 불연속면에서 반사돼 이를 수신하는 방식인 '지하 레이다 탐사 기술'(GPR)이 적용된 게 특징이다.

자원탐사개발연구센터 강웅 박사 연구팀이 개발한 이 로봇은 위험하고 어려운 작업 환경에서 사람을 대신해 효율적이고 안전한 탐사를 가능하게 한다.

자율주행 지하 탐사로봇은 2022-2025년 국가유산청 정부지원금 31억 원으로 수행된 '문화유산조사용 스마트 탐사장비 개발' 과제의 결과물이다. 지질자원연의 탐사 기술과 실외 자율주행 로보틱스 기술을 결합한 무인 자동화 탐사 시스템으로, 효율적으로 탐사 작업을 수행할 수 있도록 위치·주행 환경 인식, 경로 계획 등의 자율주행 핵심 기술이 적용됐다.

◇ 위치 인식

위치 인식은 로봇이 환경 지도에서 자신의 위치와 자세를 정확하게 추정하는 기술로, 자율주행 시스템의 핵심적인 역할을 한다.

자율주행 지하 탐사로봇은 RTK GPS(Real-Time Kinematic GPS)와 IMU(Inertial Measurement Unit)를 융합한 INS(Inertial Navigation System) 기술을 활용한다.

GPS 신호가 잘 잡히는 지역에서는 고정밀 RTK GPS를 통해 실시간으로 정확한 위치 정보를 수신해 로봇의 위치를 파악한다. 반면 GPS 신호가 약한 터널이나 건물 주변에서는 IMU를 사용해 로봇의 자세를 추적하며, 위치 인식과 주행을 계속해서 유지할 수 있다.

◇ 주행 환경 인식

로봇이 자신의 위치를 인식한 후, 원활하게 이동하려면 주변 환경을 인식해야 한다. 자율주행 지하 탐사로봇은 3D 라이다 센서와 스테레오 비전 등을 이용해 장애물을 인식하고 회피할 수 있다. 향후엔 다양한 실제 탐사 현장의 데이터들을 축적해 딥러닝 기반의 객체 인식 기술을 구현할 계획이다.

◇ 경로 계획

경로 계획은 로봇이 현재 위치에서 목적지까지 가장 효율적인 경로를 찾아가는 과정이다. 자율주행 지하 탐사로봇은 지하 구조를 종합적으로 조사해야 하므로, 탐사 영역을 전반적으로 스캔하는 '범위 경로 계획'이 필수적이다.

먼저, 원하는 지하 탐사 영역의 외곽 기준점 좌표들과 탐사 측선 간격을 로봇에 입력한다. 이후 로봇은 자동으로 탐사 경로를 생성하고, 계획된 경로를 따라 정밀하게 주행하며, GPS 좌표와 연동해 지하 탐사 데이터를 시간에 맞춰 수집한다.

자율주행 지하 탐사로봇은 2023년 첫 번째 주행 테스트와 경주 월성 테스트베드에서의 실증을 성공적으로 마친 바 있다. 지난해엔 부여 관북리 유적지에서 추가 실증을 수행했으며, 실내 운용을 위한 전시 데모시연 로봇도 개발했다. 지질학 최고 권위의 학술대회인 세계지질과학총회 등 다양한 전시회에 참가해 큰 관심과 호평을 받은 데 이어, 한국로봇산업협회에서 주관하는 2024 로보월드 어워드도 수상했다.

지질자원연은 올해 자율주행 지하 탐사로봇의 상용화를 위한 시제품을 개발하고, 연구소 기업을 설립할 계획이다. 이 기술이 상용화될 경우, 탐사 인력과 환경에 제한받지 않고 지하 시설물 탐지, 교통 인프라 조사, 고고학적 유적지 탐사, 매설 지뢰 탐지 등 다양한 응용분야에서 안전하고 효율적으로 탐사할 수 있을 것으로 기대된다.

강웅 지질자원연 자원탐사개발연구센터 박사는 "자율주행 지하 탐사로봇을 처음 운용했을 때, 광범위한 영역 탐사를 직접 해왔던 인력의 필요성이 줄어드는 것을 체감하고 놀랐던 기억이 있다"며 "이 경험을 바탕으로 앞으로도 더욱 정밀하고 안정적인 기술 개발을 통해 다양한 자원탐사 분야에서 자율주행 지하 탐사로봇이 활용될 수 있도록 최선을 다하겠다"고 말했다.