KAIST, 땅파는 '두더지' 모방 로봇 개발…지하자원·우주행성 탐사 활용

명현 교수 연구팀 '몰봇', "효율·경제성 높아…세계시장 진출 기대"

국내 연구진이 무인 지하 탐사나 극한지역 또는 우주행성 탐사에 효율적으로 활용가능한 생체모방형 두더지 로봇 개발에 성공했다. 기존 장비 대비 효율적으로 지하자원 탐사가 가능하고 경제성도 뛰어나 세계시장 진출도 가능할 것으로 기대를 모은다.

KAIST는 전기 및 전자공학부 명현 교수 연구팀(미래도시 로봇연구실)이 일명 두더지 로봇인 `몰봇(Mole-bot)'을 개발했다고 4일 밝혔다.

몰봇은 석유, 석탄 등 기존 에너지원을 대체해 신 에너지원으로 사용 가능한 탄층 메탄가스나 전자기기에 이용되는 희토류 등이 매설된 지역의 탐사하는 것은 물론 나아가 우주 행성의 표본 채취를 목표로 한다.

기존 천부 굴착작업은 시추기와 파이프라인, 펌프 등 각종 장비를 조합해 작업을 진행해야 했다. 거대하고 복잡한 드릴링 장비 사용과 이로 인한 복잡한 공정, 환경 오염 유발 등 많은 문제점과 한계를 가졌다.

'몰봇' 로봇 개발로 이 모든 작업을 원활히 수행할 수 있을 것으로 기대를 모은다. 몰봇은 크게 드릴링부, 잔해 제거부, 방향전환을 위한 허리부, 그리고 이동 및 고정부로 구성된다. 크기는 지름 25cm, 길이 84cm, 무게는 26kg이다.

우선 드릴링 메커니즘은 이빨로 토양을 긁어내는 두더지 종 중의 하나인 `치젤 투스(Chisel tooth mole)'를 생체모방했다. 새로운 확장형 메커니즘을 개발했는데 기존 기술 대비 확장성이 높고 드릴링도 안정적이다.

잔해 제거 메커니즘은 크고 강력한 앞발을 이용해 굴착 및 잔해를 제거하는 또 다른 두더지 종인 `휴머럴 로테이션(Humeral rotation mole)'의 특별한 어깨구조를 모사해 설계했다. 허리부는 두더지의 허리를 모사한 메커니즘을 통해 지하 내에서 360°자유롭게 방향 전환이 가능하다. 몰봇은 굴착 메커니즘을 가지는 앞몸체와 이동 및 고정 역할을 하는 뒷몸체로 각각 구성됐다. 두 몸체 사이를 선형 구동기로 연결하고 스트로크 조절을 통해 자유롭게 좌우회전을 할 수 있다.


마지막으로 이동부는 동일한 3개의 유닛을 삼각형 형태(120°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 방식을 적용한 것이다.

연구팀은 지하에서 로봇의 위치를 측정할 수 있는 센서시스템과 알고리즘을 탑재했다. 이에 무선통신 신호나 비전 및 레이저 센서를 사용하기 쉽지 않은 환경에서도 로봇 위치를 측정할 수 있고 지하공간에서의 3차원적인 자율 주행도 가능하다.

개발된 몰봇은 한국산업기술시험원(KTL)의 공인인증 평가를 통해 성능을 검증했다. 기존 세계 최고 방식과 비교할 때 굴진 속도는 3배 이상, 방향각 추정성능은 6배 이상 향상된 성능을 보였다.

명 교수 연구팀은 "몰봇이 기존 로봇들에 반해 훨씬 효율적인 방법으로 지하자원 탐사가 가능할뿐만 아니라 경제성도 뛰어나고, 최근 스페이스X에 의해 촉발된 우주 개발 등 다양한 분야에 적용이 가능하기 때문에 세계시장 진출도 가능할 것으로 기대된다"고 말했다.

이 연구는 산업통상자원부 산업기술혁신사업의 지원을 받아 2017년부터 2019년까지 진행됐다.