두더지 로봇으로 땅속 희토류 찾는다

KAIST, 생체모방형 몰봇 개발

한국과학기술원 전기및전자공학부 명현 교수 연구팀이 개발한 일명 두더지 로봇 '몰봇(Mole-bot)'. 한국과학기술원 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 두더지를 모방해 희토류 등이 매설된 지역을 찾는 지하 탐사용 로봇을 개발했다. 연구진은 이 로봇을 이용하면 기존 방식을 대신해 대규모 굴착작업으로 인한 비용문제나 환경오염 문제를 해결할 것으로 보고 있다.

한국과학기술원(KAIST)은 전기및전자공학부 명현 교수 연구팀이 일명 두더지 로봇인 '몰봇(Mole-bot)'을 개발했다고 4일 밝혔다. 몰봇은 메탄가스나 전자기기에 이용되는 희토류 등이 매설된 지역의 탐사, 더 나아가 극한지역 또는 우주 행성의 표본 채취를 목표로 KAIST 연구팀에 의해 개발됐다.

몰봇은 한국산업기술시험원(KTL)에서 공인인증 평가를 통해 총 4개 항목에서 성능을 검증했다. 최대 굴진각은 30m(100피트)당 38도, 위치 인식 평균 제곱근 오차는 6.03㎝, 굴진 속도는 시속 1.46m, 방향각 추정 오차는 0.4도다.

기존 세계 최고 방식과 비교할 때 굴진 속도는 3배 이상, 방향각 추정성능은 6배 이상 향상됐다.

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

명현 교수는 "몰봇이 기존 로봇들보다 훨씬 효율적인 방법으로 지하자원 탐사가 가능할뿐만 아니라 경제성도 뛰어나다"고 말했다. 또한 명 교수는 "최근 스페이스X에 의해 촉발된 우주 개발 등 다양한 분야에 적용이 가능하기 때문에 세계시장 진출도 가능할 것"이라고 전망했다.

두더지 로봇 '몰봇(Mole-bot)'을 개발한 한국과학기술원의 명현 교수, 이준석 박사과정, Christian(크리스티안) 연구원, 임현준 박사과정(사진 왼쪽부터). 한국과학기술원 제공

몰봇의 구성을 살펴보면 먼저 드릴링 메커니즘은 이빨로 토양을 긁어내는 두더지 종 중의 하나인 '치젤 투스(Chisel tooth mole)'를 생체모방해 개발했다. 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. 연구팀은 이러한 생물학적 구조를 모방해 효율적 잔해 제거가 가능하도록 앞발 메커니즘을 새로 개발했다.

허리부는 두더지처럼 땅속에서 360도 자유롭게 방향 전환이 가능하다. 또 이동부는 동일한 3개의 유닛을 삼각형 형태(120도 간격)로 균등 배치해 땅 속에서 안정적으로 이동을 할 수 있도록 설계됐다. 불규칙한 토양 환경, 암석 등 예측 불가능한 땅속에서 안정적 이동을 위해 무한궤도를 적용했다.

연구팀은 이 밖에 로봇의 위치를 측정할 수 있는 센서시스템과 알고리즘을 탑재했다.

몰봇에 자기장 센서가 포함된 관성항법 센서를 탑재해 지구 자기장 데이터 변화로 로봇 위치를 인식할 수 있다. 이를 통해 지하공간에서의 3차원적인 자율 주행을 가능케한다.

이 연구는 2017년부터 2019년까지 진행됐으며, 로봇 구조 해석 및 지반 실험은 건설 및 환경공학과 홍정욱 교수 및 권태혁 교수 연구팀과 협업했다.

[e-mail] 김만기 기자