기획·칼럼

육해공 넘나드는 만능 로봇

[로봇과 미래 기술] 로봇과 미래기술(3) 하이브리드 기술

지상 로봇은 땅 위에서 활약하고 드론은 공중을 날며 해양 로봇은 물속을 탐색하는 것이 로봇의 일반적인 모습이다. 목적에 따라 육해공에서의 역할이 뚜렷하게 구분돼 있던 로봇 분야에서 최근 하이브리드 컨셉의 개발 움직임이 부쩍 활발해지고 있다.

공중을 비행하다 필요시 거리에서 주행하는 로봇이 있는가 하면 물속에 있다 공중으로 날아오르는 드론도 있다. 땅 위을 돌아다니다 물 속으로 들어가는 수륙양용 로봇 개발도 눈에 띈다.

아직은 연구개발과 시제품 수준이지만 변화무쌍한 조건에서도 다목적으로 활용할 수 있는 로봇에 대한 개발은 앞으로 더욱 활발해질 것으로 예상된다.

이스라엘 로봇기업 로보팀이 개발한 지상+공중 로봇 루스터 ⓒ 로보팀

이스라엘 로봇기업 로보팀이 개발한 지상+공중 로봇 루스터 ⓒ 로보팀

# 지상+공중 겸용 로봇

군사 전문매체 디펜스 업데이트에 따르면 이스라엘 군사 로봇 전문업체 로보팀(Roboteam)이 공중 드론과 지상 로봇의 특징을 결합한 하이브리드 로봇을 개발 중이다. 수탉이라는 뜻의 루스터(ROOSTER)로 명명된 이 로봇은 짧은 거리를 날아가는 수탉의 비행에서 컨셉을 따온 것으로 일반 지상 로봇이 가지지 못하는 몇가지 장점이 있다.

지상 로봇은 장애물이 있으면 우회하고, 턱이 있는 곳에서는 넘어지기 쉽다. 이에 반해 루스터는 같은 환경에서 수탉처럼 짧은 거리를 날아 시간을 절감하고 실수를 줄일 수 있다. 루스터는 자체 무게 3.6kg로 4.5kg까지 들어올릴 수 있는 소형의 접이식 육각형 로터 드론에 1.65kg 무게의 아이리스 소형 로봇을 결합한 것.

아이리스에는 최대 210m 거리에서 원격 제어되는 카메라, LED 조명 및 마이크가 장착돼 있으며 기계식 도킹 시스템을 갖추고 있다. 두 로봇은 하나의 휴대형 컨트롤러로 제어되며 운영자의 지시에 따라 자동 결합하도록 설계됐다.

KAIST 배일한 연구교수가 개발한 지상+공중 로봇 로봇 드론맨 ⓒ KAIST

KAIST 배일한 연구교수가 개발한 지상+공중 로봇 로봇 드론맨 ⓒ KAIST

국내에서도 이와 유사한 로봇 드론이 선보였다. 배일한 KAIST 연구교수는 최근 지상 주행이 가능한 통신용 원격 로봇에 무인 드론 비행 기능을 결합시킨 로봇 드론맨(Robot Drone Man)을 개발했다. 로봇 드론맨의 특징은 비행용 프로펠러와 전동바퀴를 함께 장착한 것이다.

조선비즈 보도에 따르면 로봇 드론맨은 높이 0.9m, 무게 11kg, 지상 주행 속도는 시간당 3.5km로 지상을 주행하다 먼거리를 이동하거나 장애물을 만났을 때는 비행 모드로 바뀐다. 특히 원격조종자는 목적지에 도착한 드론과 영상통화를 할 수 있으며 로봇 동작을 조종해 현장에 가있는 것처럼 텔레프레즌스 기능을 구현할 수 있는 것이 특징이다.

아예 드론이 자율주행차 내부에 탑재돼 필요에 따라 드론을 날려 목적을 수행하는 로봇도 있다. 오트쏘 디지털(Otsaw Digital)사는 자율적으로 돌아다니는 지상 차량과 공중 감시 기능을 가진 드론을 결합한 O-R3를 내놨다.

O-R3는 고화질 카메라, 2D/3D 레이저 스캐너, 적외선 카메라, 초음파 센서, GPS, 장거리 데이터 송신기 등을 갖추고 있으며 머신러닝 알고리즘을 탑재해 장애물을 역동적으로 피하고 주인없는 의심가는 물건 등을 발견할 수 있다.

두바이 경찰이 올해 거리 순찰용으로 투입할 지상 보행+무인 비행 차량인 오트쏘 디지털사의 O-R3 ⓒ오트쏘 디지털

두바이 경찰이 올해 거리 순찰용으로 투입할 지상 보행+무인 비행 차량인 오트쏘 디지털사의 O-R3. 차량 뒷편에서 드론이 장착돼 있으며 필요시 비행한다. ⓒ오트쏘 디지털

또 승인된 사람이나 차량을 식별할 수 있도록 얼굴 및 번호판 인식 기술을 포함하고 있다. 드론은 차량 뒤에 탑재돼있으며 필요시 공중으로 날아오르고 배터리가 부족하면 충전 스테이션으로 알아서 돌아간다. 비행 모드로 접어들면 드론은 지상 차량으로부터 최대 100미터 떨어진 위치에서 추적 감시 비행이 가능하다.

O-R3는 올해 말 두바이 경찰에서 거리 순찰 용도로 활용될 예정이다. 가령 범죄자로 의심되는 사람을 추적하다 펜스를 넘어 도주할 경우 드론을 날려 계속 추적하는 용도로 사용된다. 임무가 끝나면 다시 차량 기지국으로 돌아온다.

# 지상+수중 겸용 로봇

뉴욕 소재 로봇 업체인 플라이언트 에너지시스템즈(Pliant Energy Systems)는 리본처럼 생긴 지느러미를 상하로 움직이면서 앞으로 전진하는 수륙 양용 로봇 벨록스(Velox)를 개발했다. 플라이언트사가 미 해군연구소로부터 의뢰받아 개발한 벨록스는 물속을 가오리처럼 헤엄칠 수 있으며 지상에선 뱀처럼 수풀지역이나 모래 사장을 빠져나가도록 설계됐다.

해안 부근에서 정찰이나 감시 활동을 하는데 최적화돼 향후 해군과 해병대의 활동을 지원하는 용도로 활용될 전망이다. 이 로봇은 프로펠러로 움직이는 것이 아니라 유연성 전극 폴리머로 만들어진 지느러미가 요동을 치면서 앞으로 이동하는 원리다.

지상에서 탐색하다 수중으로 들어가는 수륙양용 로봇 벨록스 ⓒ 플라이언트 에너지시스템즈

지상에서 탐색하다 수중으로 들어가는 수륙양용 로봇 벨록스 ⓒ 플라이언트 에너지시스템즈

지난해에는 미국 로봇 스타트업인 클리어패스 로보틱스(Clearpass Robotics)가 수륙양용 무인 로봇 워트호그를 선보였다. 워트호그는 험한 지형과 물 위를 주행할 수 있는 로봇으로 광산 개발, 농업 및 환경 모니터링 등에 활용할 수 있다.

최대 시속 18km 속도로 움직이며 자체 무게는 590kg이다. 오픈소스 로봇 운영체제인 ROS를 탑재하고 있어 제3의 개발자가 다양한 센서와 매니퓰레이터, 통신장비 등을 설치해 추가 개발, 개량할 수 있다.

# 공중+수중 겸용 로봇

하늘을 날고 물위를 떠다니며 물속에서 잠수까지 하는 로봇도 등장했다.  미국 미시건주 소재 오클랜드대학 임베디드시스템연구소 소속 과학자들은 물에서 자유롭게 유영할 수 있는 드론인 룬 콥터(Loon Copter)를 개발했다.

콥터는 부력실(buoyancy chamber)을 갖고 있어 물에서 뜰 수 있다. 부력실에 물을 채우면 90도 기울어지면서 수면 아래로 내려가는데 이때 4개의 로터(roter)로 유영한다. 물 위로 올라오면 부력실에서 물을 빼내고 이륙 모드로 전환한다. 해저 탐색, 환경 감시, 해저 구조물 검사 등에 적합한 로봇이다.

공중에서 비행다 물속으로 들어가 잠수까지 가능한 룬콥터 ⓒ 오클랜드대학

공중에서 비행다 물속으로 들어가 잠수까지 가능한 룬콥터 ⓒ 오클랜드대학

로봇신문 보도에 따르면 미 해군연구소는 2015년 하늘을 비행하다 강이나 바다에 착수해 수면에서 활동할 수 있는 수륙양용 드론 플리머(Flimmer)를 개발했다. ‘Fly’와 ‘Swimmer’의 합성어인 플리머는 날개 끝 부분에 지느러미를 숨기고 있다가 물에 닿으면 지느러미가 펼쳐지면서 유영한다.

해양에서 잠수함 추적이나 인명 구조 등의 목적을 위해 고안됐다. 비행 속도는 75km/h이며 수중에서는 18km/h 속도로 항해한다. 이 드론의 핵심은 지느라미와 날개가 서로 기능적 혼란을 일으키지 않도록 하는 것으로 알려져 있다.

이외에도 항공기 제작사인 보잉은 비행과 잠수가 가능한 하이브리드 로봇에 관한 특허를 보유하고 있다. 일반 항공기처럼 생긴 호스트 항공기의 등 부분에 탑재돼 비행하다 목적지에 도달하면 호스트 항공기로부터 분리돼 잠수가 가능한 원리다.

물에 들어가기 위해 동체의 무게를 줄이고, 드론의 날개와 프로펠러를 떼어낸다. 잠수하는 순간 수중용 프로펠러와 제어기가 나오며 밸러스트 탱크를 이용해 잠항 깊이를 조절하는 것으로 알려진다. 

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