[영상+]땅굴 파고 자원 찾는 두더지 로봇 나왔다

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명현 KAIST 전기및전자공학부 교수 연구팀이 개발한 두더지 모사 굴착로봇 '몰봇'의 모습이다. KAIST 제공

국내 연구팀이 두더지의 생물학적 구조와 굴착 습성을 모방해 무인 지하탐사에 활용할 수 있는 두더지 굴착로봇을 개발했다. 석유나 석탄을 대체한 탄층 메탄가스나 희토류 매설 지역을 탐사하는 데 쓸 수 있으리란 기대다.

명현 KAIST 전기및전자공학부 교수 연구팀은 두더지 로봇 ‘몰봇’을 개발했다고 4일 밝혔다. 몰봇은 드릴링부와 잔해 제거부, 방향전환을 위한 허리부, 이동 및 고정부로 구성됐다. 크기는 지름 25cm에 길이 84cm, 무게는 26kg이다. 기존 굴착작업은 시추기와 파이프라인, 펌프 등 다양한 장비를 조합해야만 진행할 수 있는 데 반해 몰봇은 한 로봇에 이러한 기능을 모두 집어넣었다.

두더지종 중 하나인 치젤투스(왼쪽)는 머리를 옮겨가며 굴을 넓게 파는 특성을 가졌다. 연구팀은 이를 모방한 드릴링부를 만들어 드릴보다 2.7배 넓은 굴을 파내려갈 수 있는 드릴링부를 설계했다. KAIST 제공

땅을 파내려가는 몰봇의 드릴링부는 이빨로 토양을 긁어내는 두더지종 중 하나인 ‘치젤투스’를 모방했다. 치젤투스는 머리의 높은 자유도를 이용해 몸체보다 큰 굴을 뚫는다. 이를 모방해 개발한 드릴비트는 굴착 때 커지며 넓은 면적을 파낸다. 로봇의 크기보다 2.7배 정도 큰 굴을 파낼 수 있다.

잔해 제거는 크고 강한 앞발을 이용해 땅을 파고 잔해를 제거하는 다른 두더지 종인 ‘휴머럴 로테이션’의 어깨구조를 모사했다. 휴머럴 로테이션은 길쭉한 견갑골을 가졌다. 견갑골의 직선 운동이 윗팔뚝의 뼈인 상완골의 회전 운동으로 바뀐다. 연구팀은 이를 모방해 쉽게 잔해를 제거하는 앞발 메커니즘을 개발했다.

휴머럴 로테이션의 골격 구조다. 휴머럴 로테이션은 어깨 부분의 견갑골이 길어 견갑골이 앞뒤로 움직이면 이에 따라 움직이는 상완골의 회전 움직임이 커진다. KAIST 제공

허리도 두더지를 모사했다. 두더지는 지하 내에서 방향을 360도로 자유롭게 바꾼다. 몰봇은 굴착을 담당하는 앞 몸체와 이동과 고정 역할을 하는 뒷 몸체로 구성됐는데 두 몸체 사이를 선형 구동기로 이어 허리가 유연하게 움직이도록 했다. 이동부는 3개의 무한궤도를 삼각형 형태로 배치해 지하 내에서 몸 어디가 닿든 안정적으로 지지하고 이동하도록 했다.

연구팀은 몰봇에 위치를 측정할 수 있는 센서시스템과 알고리즘도 탑재했다. 지하는 주변이 암석과 흙으로 뒤덮여 무선통신 신호를 쓰기 어렵다. 또 굴 내부가 좁고 어두워 광학 센서를 사용하는 것도 어렵다. 연구팀은 자기장 센서가 포함된 관성항법 센서를 탑재해 지구 자기장 데이터 변화를 통해 로봇 위치를 인식하게 했다.

몰봇은 한국산업기술시험원(KTL)의 공인인증 평가를 통해 성능을 검증했다. 굴을 파낼 때 각도를 뜻하는 최대 굴진각은 100피트(약 30m)당 38도로 측정됐고 굴진 속도는 시속 1.46m였다. 위치 인식 평균 제곱근 오차는 6.03cm, 방향각 추정 오차는 0.4도였다. 연구팀은 “기존 세계 최고 방식과 비교했을 때 굴진 속도는 3배 이상, 방향각 추정 성능은 6배 이상 향상됐다”고 설명했다.