[단독] LG전자, 차세대 ‘모터’ 기술 연구… 로봇 관절 사업 확장 주목

한양대 ECAD 연구실과 연구 진행… 고성능 토크·초박형 모터 등 개발

본지 취재 결과, LG전자 연구진 학계 전문가들과 신형 모터 기술 연구를 추진 중인 것으로 확인됐다. 모터는 로봇 액추에이터 성능 향상의 핵심 기술이다. / 생성형 AI로 제작한 이미지

시사위크=박설민 기자  우수한 피지컬 인공지능(AI)의 구현은 '로봇' 하드웨어와 AI의 조화다. AI가 명령을 하고, 로봇 몸체가 이를 제대로 수행할 수 있을 때 비로소 완벽한 피지컬 AI기술이 현실화될 수 있다.

이때 로봇의 움직임을 좌우하는 핵심 부품은 '액추에이터(actuator, 구동장치)'다. 로봇에 가해진 에너지를 기계적 움직으로 변환하는 장치다. 쉽게 말해 로봇의 팔, 다리를 움직이는 관절기술이다. 특히 사람처럼 다양한 동작을 수행하는 로봇에는 작고 가벼우면서도 강한 힘을 낼 수 있는 액추에이터가 필요하다.

이 가운데 LG전자 연구진들과 한양대 연구팀이 신형 모터 기술 연구를 추진 중인 것으로 본지 취재 결과 확인됐다. 모터는 로봇 액추에이터 성능 향상의 핵심 기술이다. LG전자가 세탁기 등 가전제품에서 축적한 모터 기술을 로봇용 액추에이터로 확장하고 있는 만큼, 관련 연구가 로봇 하드웨어 경쟁력 강화로 이어질지 주목된다.

◇ 작은 모터로 더 큰 힘… LG전자, 고토크 기술 연구

9일 본지 취재에 따르면 LG전자는 '한양대학교 ECAD' 연구진과 모터 성능을 높이기 위한 연구과제 2건을 추진한 것으로 확인됐다. ECDA 연구실에 공개된 자료에 따르면 과제는 각각 △토크밀도 향상 한계 돌파 모터 컨셉 발굴 △초박형 모터 기술개발이다. 연구기간은 올해 1월부터 4월, 지난해 12월부터 오는 11월까지다.

첫 번째 연구의 핵심은 '토크밀도'다. 토크는 모터가 물체를 회전시키는 힘을 의미한다. 토크밀도는 이러한 회전력을 모터의 부피나 무게와 비교해 나타내는 지표다. 토크밀도가 높을수록 제한된 크기에서 더 강한 회전력을 확보하는 데 유리하다.

로봇 액추에이터에서도 토크밀도는 중요한 성능 지표다. 예를 들어 로봇이 무거운 물체를 들어 올리거나 팔을 움직이려면 관절에서 충분한 회전력을 만들어야 한다. 하지만 모터가 지나치게 크고 무거워지면 로봇의 전체 무게가 늘어나고 움직임에도 제약이 생길 수 있다. 작은 모터에서 높은 회전력을 확보하는 기술이 중요한 이유다.

LG전자와 연구를 진행한 임명섭 한양대 교수에 따르면 해당 연구는 LG전자의 모터 생산기술 향상에 맞춘 성능 최적화에 초점을 맞춘 것이다. 과거 제조기술의 한계로 구현하기 어려웠던 설계 조건을 완화하면서, 동시에 기존 모터의 성능은 크게 높인 연구다.

임명섭 한양대 교수는 '시사위크'와의 인터뷰에서 "LG전자의 모터 생산기술이 향상됨에 따라 기존 모터의 설계 제약사항을 일부 완화하고자 했다"며 "LG전자를 모터를 최적 설계해 성능을 150%까지 크게 향상시키는 연구"라고 설명했다.

본지 취재에 따르면 LG전자는 '한양대학교 ECAD' 연구진과 모터 성능을 높이기 위한 연구과제 2건을 추진한 것으로 확인됐다. 모터는 로봇의 움직임을 좌우하는 핵심 부품 '액추에이터(actuator, 구동장치)'의 성능을 좌우하는 기술이다. / LG전자

◇ 동전처럼 납작한 모터… 로봇 관절 소형화 기대

LG전자가 한양대와 추진한 두 번째 모터 연구는 '초박형 모터 기술개발'이다. 모터의 두께를 줄이면서도 성능은 유지하는 기술이다. 로봇 관절은 여러 부품이 좁은 공간에 배치되는 구조다. 때문에 모터 두께를 줄이는 것은 로봇 액추에이터 기술력과 직결된다. 특히 로봇의 팔, 손목 손가락 등에 활용 가능성이 크다.

본지 취재 결과, 연구의 핵심은 동전처럼 납작한 구조의 '축방향 자속형(Axial Flux)' 모터를 개발하는 것이다. 현재 대부분의 가전제품, 로봇 등에 사용되는 모터는 원통형인 '반경방향 자속형(Radial Flux)'이다. 구동장치 내부에서 넓은 면적을 차지해 소형화가 어렵다는 단점이 있다. LG전자·한양대 연구팀의 축방향 자속형 모터가 상용화된다면 로봇 액추에이터에서 두께를 줄이면서도 높은 회전력은 유지할 것으로 기대된다.

임명섭 한양대 교수는 "해당 연구는 모터의 기본 구조를 크게 바꾸는 연구"라며 "사용 소재와 제작 방식, 해석 방법, 설계 방법 등 많은 부분을 새롭게 검토해야 한다"고 설명했다. 특히 이번 연구에서는 가전제품을 기준으로 모터 사양을 검토한 것으로 확인됐다.

LG전자는 세탁기와 에어컨 등 가전제품을 생산하며 오랜 기간 모터 설계·제조 기술을 축적해 왔다. 최근에는 이러한 기술력을 로봇 분야로 확장하고, 액추에이터를 새로운 기업간거래(B2B) 성장동력으로 육성한다는 구상이다. / LG전자

◇ 세탁기에서 로봇 관절로… LG전자 모터 기술 진화

이처럼 LG전자가 모터기술 연구에 집중하는 배경에는 로봇사업 확대 전략이 뒷받침됐을 것으로 예상된다. LG전자는 세탁기와 에어컨 등 가전제품을 생산하며 오랜 기간 모터 설계·제조 기술을 축적해 왔다. 최근에는 이러한 기술력을 로봇 분야로 확장하고, 액추에이터를 새로운 기업간거래(B2B) 성장동력으로 육성한다는 구상이다.

LG전자가 로봇 액추에이터 사업에 뛰어들 수 있었던 배경에는 오랜 기간 축적한 가전용 모터 기술이 있다. 대표적인 기술이 세탁기에 활용되는 'DD(Direct Drive) 모터'다. DD모터는 벨트 등 별도의 동력 전달장치 없이 세탁통을 직접 회전시키는 방식으로, 세탁물의 상태에 따라 회전 속도와 방향 등을 제어할 수 있다.

DD모터는 실제 LG전자 로봇 기술에 적용됐다. 지난 10월 열린 '한국전자전(KES 2026)'에서는 세탁기 DD모터에서 로봇 관절용 액추에이터로 이어지는 기술 발전 과정을 소개했다. 자체 액추에이터 브랜드 '악시움(AXIUM)'과 홈로봇 '클로이드(CLOiD)'를 통해 DD모터 기반 로봇 관절의 구동 원리도 선보였다.

LG전자의 DD모터 관련 연구는 현재도 이어지고 있다. 한양대 ECAD 연구실에 따르면 LG전자는 올해 3월부터 오는 2027년 2월까지 '부하토크 예측 및 DD 모터 연계 해석 기술개발' 연구를 진행 중이다. 모터에 걸리는 부하를 예측하고 구동 특성을 분석하는 기술로, 향후 로봇 액추에이터 분야에도 활용될 가능성이 있다.

관련 기술 시장이 매년 빠르게 성장하고 있는 만큼, LG전자의 로봇 관절 기술 투자는 당분간 지속될 전망이다. 미국 시장조사업체 '글로벌마켓인사이트(GMI)'에 따르면 로봇 액추에이터 시장은 지난해 기준 약 171억달러(약 23조2,012억원)로 추정된다. 오는 2035년엔 약 470억달러(약 63조7,696억원)로 성장할 전망이다. 연평균 성장률은 10.8%로 예상된다.

연구 담당자였던 임명섭 교수도 "실제로 LG전자 내부적으로 어느 정도까지 확장성을 고려 중인지는 알기 어렵다"면서도 "LG전자의 모터기술이 국내 최고 수준이고 그 기술을 로봇 액추에이터 분야로 적극적으로 확장하고 있다는 것은 사실"이라고 말했다.

이어 "최근 연구되는 많은 모터 관련 연구과제나 기술들이 로봇 액츄에이터에도 활용이 될 수 있는지 함께 검토가 될 것 같다"고 기대했다.