기획·칼럼

오닉스 외골격, 현실판 아이언맨 될 수 있을까?

[밀리터리 과학상식] 근육 피로감 최소화·지구력 극대화 효과

미국 록히드 마틴 사가 개발 중인 오닉스 외골격을 착용한 병사. ⒸLockheed Martin

강화 외골격의 군사적 활용

군대를 다녀온 사람이라면 가장 힘든 훈련으로 꼽는 것이 역시 행군이다. 개인 화기와 탄약, 야영 장비와 식량, 식수, 화생방 보호장비까지 합치면 수십 kg이나 된다. 이러한 무게의 짐을 짊어지고 수십 km를 주파해야 한다. 특수부대 같은 곳에서는 1주일에 걸쳐 400km(1000리)까지도 행군한다. 당연히 체력 소모가 많을 수밖에 없다.

군대에서 이러한 행군 훈련에 부여하는 의미는 여러 가지다. 체력과 정신력의 단련, 다른 이동 수단을 사용하지 못하는 경우에 대한 대비, 무엇보다도 실전 상황에 대한 간접 체험 등이 있다. 100km를 완전군장 행군한 사람의 신체 및 정신의 피로도는 실전에서 2박 3일간 전투를 치른 사람과 비슷해진다고 한다.

하지만 실전에서 보병의 기동을 자력 행군에만 의존한다면 어떨까. 장갑차나 헬리콥터 등 기계화 장비로 100km를 이동해 목적지에 도착한 병사는 도착 즉시 바로 싸울 수 있다. 그러나 같은 거리를 도보 행군해 목적지에 도착한 병사는 다른 임무에 투입하려면 휴식이 필요하다.

때문에 여러 군사 과학 선진국에서는 일찌감치부터 외골격의 군사적 활용에 눈을 돌려왔다. 외골격이란 원래 생물학 용어로, 곤충이나 갑각류 등 피부가 골격을 겸하는 생물들의 골격 구조를 가리키는 말이다. 그러나 최근의 기계공학에서는 보통 강화 외골격(Powered Exoskeleton)을 가리킨다.

강화 외골격은 동력을 사용해 착용자의 힘을 증폭시켜 주는 일종의 입는 로봇이다. 이런 장비를 착용하고 활동하면, 착용자의 체력 소모를 최소화하고도, 더욱 강력하고 지구력 있는 동작이 가능한 것이다. 무거운 물건을 수백 번이나 들었다 놨다 한다거나, 행군 때처럼 장거리를 걷는다거나 해도 착용자는 피로를 거의 느끼지 않는다. 이러한 외골격은 군용뿐 아니라, 산업용, 의료용 등 민간용으로도 큰 잠재력이 있는 상품이라 할 수 있다.

힘보다는 지구력 증진에 초점을

그중에서도 미국의 군수산업체 록히드마틴사가 개발한 오닉스(Onyx) 외골격은 미군의 큰 관심을 얻고 있다. 사용자의 하반신에 착용하는 오닉스는 착용자의 힘을 증대시키는 기능까지는 없다. 그러나 착용자의 움직임을 보조함으로써, 무거운 장비를 휴대한 병사가 반복적으로 무릎을 꿇거나 앉았다 일어나기를 하거나, 사면을 올라가는 등의 동작을 해도 근육의 피로감을 최소화해 병사의 지구력을 극대화한다. 이름인 오닉스는 고대 로마 병사들이 전투에 나가기 전에 착용했던 부적의 소재인 마노(보석의 일종)의 영어 이름이다.

이러한 오닉스는 다음과 같은 특징을 지니고 있다. 우선 사용자의 움직임을 예측하는 인공지능으로 제어되고 있다. 오닉스의 발, 무릎, 엉덩이 부분에는 센서가 달려 있다. 이 센서는 사용자의 움직임 데이터를 획득하여, 이를 허리에 위치한 제어 모듈로 보내게 된다. 그러면 제어 모듈 속 인공 지능이 사용자의 다음 움직임을 예측하여, 그 예측대로 움직일 수 있다. 즉 외골격 속 모터가 정확한 양의 우력을 제시간에 투입, 자연스럽게 움직임으로서 사용자의 움직임을 제약하거나 저항을 주지 않고도 사용자의 힘을 보조하고, 지구력을 증강시켜 줄 수 있는 것이다.

오닉스가 사용자의 움직임에 반응하는 데 걸리는 시간은 150밀리초. 인간의 근육이 두뇌의 지시에 반응하는 시간과 거의 같은 수준이다. 연구팀은 근전도를 이용해 이 반응 시간을 반으로 줄이려고 하고 있다. 이를 통해 인공 지능이 사용자의 움직임을 예측할 뿐 아니라, 다음 동작을 미리 지시할 수도 있게 되는 것이다.

이러한 오닉스의 중량은 배터리를 포함하면 약 9kg이다. ‘아이언 맨’의 주인공이 입는 외골격처럼 거창하지는 않지만, 오히려 그 점이 강점이다. 무게를 최대한 줄여야 작동에 힘이 덜 들어가기 때문이다. 그러면서도 강성을 확보하기 위해 탄소 섬유, 알루미늄, 플라스틱, 섬유, 티타늄 등의 첨단 소재로 만들어졌다.

오닉스의 성능은 실험도 진행된 바 있다. 맨몸으로는 84kg 짜리 역기를 메고 25회의 스쿼트(앉았다 일어나기)를 하는 정도가 한계던 피험자는 오닉스를 착용하고 나서는 그 3배에 달하는 72회의 스쿼트를 무리 없이 해낸 것으로 나타났다.

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전체 댓글 (1)

  • 권승준 2020년 11월 25일10:16 오후

    진짜 아이언맨 슈트처럼 공상 영화에서나 보던 기술이었는데 이제 현실에서도 그런 기술이 가능해 질 것 같다는 생각이 들었다. 그리고 우리나라의 국방력을 더욱 강화할 수 있는 방법이라는 생각이 들었다. 또한, 군대를 간 사람들의 수고와 부담을 덜어줄 수 있을 것 같다는 생각이 들었다.

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