[ 시티저널 허송빈 기자 ] 국내 연구진이 두더지의 생물학적 구조와 굴착 습성을 모방해 무인 지하 탐사나 극한 지역 또는 우주 행성 탐사에 효율적으로 활용할 수 있는 생체 모방형 두더지 로봇을 개발했다. 

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

연구팀에 따르면 몰봇은 석유, 석탄 등 기존 에너지원을 대체해 새 에너지원으로 사용 가능한 탄층 메탄 가스(Coalbed Methane)나 전자 기기에 이용되는 희토류 등이 매설된 지역의 탐사, 더 나아가 우주 행성의 표본 채취를 목표로 KAIST 연구팀에서 개발했다. 

기존 천부 굴착 작업은 시추기와 파이프 라인, 펌프 등 각종 장비를 조합해 작업을 진행해야 하지만 몰봇 하나면 모든 작업을 원활히 수행할 수 있다.

이를 임베디드 방식으로 표현하며, 몰봇 개발을 계기로 기존의 거대하고 복잡한 드릴링 장비 사용과 이에 따른 복잡한 공정, 환경 오염 유발 등 많은 문제점이 해결될 전망이다.

몰봇은 크게 드릴링부, 잔해 제거부, 방향 전환을 위한 허리부, 이동·고정부로 구성돼 있다. 크기는 지름 25cm, 길이 84cm며, 무게는 26kg이다.

우선 드릴링 메커니즘은 이빨로 토양을 긁어내는 두더지 종 가운데 하나인 치젤 투스(Chisel tooth mole)를 생체 모방해 새로운 확장형 메커니즘을 개발했다.

기존 기술 대비 높은 확장성을 갖고 있으며, 안정적인 드릴링이 가능하다.

잔해 제거 메커니즘은 크고 강력한 앞발을 이용해 굴착·잔해를 제거하는 또 다른 두더지 종인 휴머럴 로테이션(Humeral rotation mole)의 특별한 어깨 구조를 모사해 설계했다.

휴머럴 로테이션은 길쭉한 형태의 견갑골을 가져 견갑골의 직선 운동을 상완골에서 강력한 회전력으로 변환할 수 있다.

연구팀은 이 같은 생물학적 구조를 모방해 효율적인 잔해 제거가 가능하도록 앞발 메커니즘을 새로 개발했다.

허리부는 두더지의 허리를 모사한 메커니즘으로 지하 내에서 360°자유롭게 방향 전환을 할 수 있다.

몰봇은 굴착 메커니즘을 갖는 앞 몸체와 이동·고정 역할을 하는 뒷 몸체로 각각 구성돼있으며, 두 몸체 사이를 선형 구동기로 연결하고, 스트로크 조절로 자유롭게 좌우 회전을 한다.

이동부는 동일한 3개의 유닛을 삼각형 형태로 균등 배치해 지하 내에서 안정적인 지지와 이동을 할 수 있도록 설계됐다.

불규칙한 토양 환경, 암석 등 예측 불가능한 지하 내에서 안정적인 이동을 위해 무한 궤도를 이용한 이동 방식을 적용한 것이다.

연구팀은 또 개발한 로봇에 지하에서 위치를 측정할 수 있는 센서 시스템과 알고리즘을 탑재했다.

지하 환경은 주변이 암석과 흙으로 이뤄져 무선 통신 신호를 활용하기 어렵고, 내부가 협소하고 어둡기  때문에 비전과 레이저 센서를 사용하기 어렵다.

이를 해결하기 위해 몰봇에 자기장 센서가 포함된 관성 항법 센서를 탑재했다. 그 결과 지구 자기장 데이터의 변화를 측정해 로봇 위치를 인식했다.

연구팀은 지구 자기장 시계열 데이터를 매칭시키는 그래프 기반의 동시적 위치 인식·맵핑(SLAM) 기술을 자체적으로 개발해 로봇 위치를 측정하는 문제를 해결했다.

이는 지하 공간에서의 3차원적인 자율 주행을 가능하도록 한다.

개발된 몰봇은 한국 산업 기술 시험원(KTL)의 공인 인증 평가로 성능을 검증했으며, 모두 4개의 항목에서 평가를 받았다.

최대 굴진각은 100피트당 38도, 위치 인식 평균 제곱근 오차는 6.03cm, 굴진 속도는 시속 1.46m, 방향각 추정 오차는 0.4도로, 기존 세계 최고 방식과 비교할 때 굴진 속도는 3배 이상, 방향각 추정 성능은 6배 이상 향상된 성능을 보였다.

연구팀은 몰봇이 기존 로봇에 비해 효율적인 방법으로 지하 자원 탐사가 가능할 뿐만 아니라 경제성도 뛰어나고, 최근 스페이스X로 촉발된 우주 개발 등 다양한 분야에 적용이 가능하기 때문에 세계 시장 진출도 가능할 것으로 기대하고 있다.