KAIST, 극한지역 탐사가능한 생체모방형 두더지 로봇 개발

효율적 지하공간, 우주 탐사 가능

[대전=뉴시스] KAIST가 개발한 생체모방형 두더지 로봇 '몰봇'

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 두더지를 모방해 무인 지하탐사나 극한지역 탐사에 활용가능한 생체모방형 두더지 로봇을 개발했다. 

KAIST는 전기및전자공학부 명현 교수 연구팀이 일명 두더지 로봇인 '몰봇(Mole-bot)'을 개발했다고 4일 밝혔다.

몰봇은 석유, 석탄 등 기존 에너지원을 대체해 신에너지원으로 사용 가능한 탄층 메탄가스(Coalbed Methane)나 전자기기에 이용되는 희토류 등이 매설된 지역의 탐사, 우주행성의 표본 채취 등을 목표로 개발됐다. 

몰봇은 크게 ▲드릴링부 ▲잔해 제거부 ▲방향전환을 위한 허리부 ▲이동 및 고정부로 구성된다. 크기는 지름 25㎝, 길이 84㎝며 무게는 26㎏이다.

드릴링 메커니즘은 이빨로 토양을 긁어내는 두더지 종 중의 하나인 '치젤 투스(Chisel tooth mole)'의 생체를 모방했다. 기존 기술보다 높은 확장성을 가지며 안정적인 드릴링이 가능하다.

잔해 제거 메커니즘은 크고 강력한 앞발을 이용해 굴착 및 잔해를 제거하는 두더지 종인 '휴머럴 로테이션(Humeral rotation mole)'의 어깨구조를 모사해 설계됐다. 휴머럴 로테이션은 길쭉한 형태의 견갑골로 강력한 회전력을 갖고 있으며 연구팀은 효율적인 잔해 제거가 가능토록 앞발 메커니즘을 새로 개발했다.

허리부는 두더지의 허리를 모사한 메커니즘을 통해 지하 내에서 360도 자유롭게 방향 전환이 가능하다. 몰봇은 굴착 메커니즘을 갖는 앞몸체와 이동 및 고정역할을 하는 뒷몸체로 각각 구성돼 있으며 두 몸체 사이를 선형 구동기로 연결하고 스트로크 조절을 통해 자유롭게 좌우회전을 할 수 있다.

이동부는 동일한 3개의 유닛을 삼각형 형태(120도 간격)로 균등 배치해 지하 내에서 안정적인 지지 및 이동을 할 수 있도록 설계됐다.

불규칙한 토양 환경, 암석 등 예측 불가능한 지하 내에서 안정적인 이동을 위해 무한궤도를 이용한 이동 방식이 적용됐다.

연구팀은 또 지하에서 로봇의 위치를 측정할 수 있는 센서시스템과 알고리즘을 물봇에 탑재했다. 지하 환경은 주변이 암석과 흙으로 이뤄져 무선통신 신호를 활용하기 어렵고 내부가 협소하고 어둡기  때문에 비전 및 레이저 센서를 사용하기 어렵다.

[대전=뉴시스] 명현 교수와 몰봇개발 연구진들.

이를 해결키 위해 몰봇에 자기장 센서가 포함된 관성항법 센서를 탑재, 지구 자기장 데이터의 변화를 측정해 로봇 위치를 인식할 수 있도록 했다.

연구팀은 지구 자기장 시계열 데이터를 매칭시키는 그래프 기반의 '동시적 위치 인식 및 맵핑(SLAM)' 기술을 자체개발해 로봇 위치 측정 문제를 해결하고 지하공간에서 자율 주행을 가능케 했다고 설명했다.
 
개발된 몰봇은 성능시험에서 최대 굴진각 100피트당 38도, 위치 인식 평균 제곱근 오차는 6.03㎝, 굴진 속도 시속 1.46m, 방향각 추정 오차 0.4도로 나타났다. 이는 기존 방식과 비교할 때 굴진 속도는 3배 이상, 방향각 추정성능은 6배 이상 향상된 성능이다.

연구팀 관계자는 "몰봇은 효율적인 방법으로 지하자원 탐사가 가능하고 경제성도 뛰어나다"며 "특히 우주 개발 등 다양한 분야에 적용 가능하다"고 기대를 나타냈다.


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