영전자석과 자기유번탄성체를 이용한 등반 4족보행로봇 개발
수직벽 초속 70cm, 천정은 초속 50cm로 빠르게 이동
송전탑, 송유관, 고층건설현장 등에서 사람 대체 기대

매끈한 곳은 물론 울퉁불퉁한 철제 벽면과 천장까지 착 달라붙어 빠르게 이동할 수 있는 ‘스파이더맨’ 로봇을 국내 연구진이 개발해 주목받고 있다.

카이스트 기계공학과 연구팀은 철로 이뤄진 벽과 천장을 빠른 속도로 이동할 수 있는 사족 보행 로봇을 개발했다고 26일 밝혔다. 이번 연구 결과는 로봇공학 분야 국제학술지 ‘사이언스 로보틱스’ 12월호 표지 논문으로 실렸다.

기존에도 벽을 타고 오르는 로봇이 있었지만 바퀴나 무한궤도를 이용하기 때문에 높이 차이가 있거나 울퉁불퉁한 표면에서는 이동성이 떨어진다. 또 보행 방식의 등반 로봇은 이동 속도가 느리고 다양한 움직임을 표현할 수 없다는 단점이 있다. 보행 로봇의 빠른 이동을 가능하게 하려면 거칠거나 요철이 있는 표면에서도 발바닥의 흡착력이 강해야 하고 동시에 흡착력을 빠르게 끄고 켜 이동이 가능하도록 해야 한다.

연구팀은 전자기력을 빠르게 끄고 켜고 할 수 있는 영전자석과 고무 같은 탄성체에 철가루 같은 자기응답인자를 섞은 자기유변탄성체를 이용해 평탄하지 않은 표면에서도 높은 접착력을 갖고 자석 접착력을 빠르게 조절할 수 있는 발바닥을 만들었다.

연구팀은 자기유변탄성체를 로봇 발바닥에 적용해 발바닥의 자기력을 떨어뜨리지 않고 마찰력을 높였다. 로봇 발바닥의 무게는 169g에 불과하지만 535뉴턴의 수직 흡착력, 445뉴턴의 마찰력을 제공해 무게 8㎏의 사족보행로봇에 충분한 흡착력이라고 평가받고 있다. 즉 수직 방향으로 최대 54.5㎏, 수평 방향으로는 최대 45.4㎏의 외력이 가해져도 발바닥이 철판에서 떨어지지 않는다는 것이다.

또 실험 결과 이번에 개발된 사족 보행 로봇은 초속 70㎝의 속도로 수직 벽을 고속 등반했고 초속 50㎝로 천장에 거꾸로 매달려 보행한다는 것을 확인했다. 연구팀에 따르면 보행형 등반 로봇으로는 세계에서 가장 빠른 속도이다.

또 페인트가 칠해지고 먼지나 녹으로 오염된 물탱크 표면에서도 로봇은 최대 35㎝의 속도로 이동할 수 있으며 벽에서 돌출된 5㎝ 높이의 장애물도 무난히 넘을 수 있다는 것이 실험적으로 증명됐다.

연구를 이끈 박해원 카이스트 교수는 “이번에 개발된 등반 사족 보행 로봇은 배, 교량, 송전탑, 송유관, 대형 저장고, 고층 건물 건설현장 등 철로 이뤄진 대형 구조물을 점검하고 수리, 보수할 때 활용할 수 있을 것”이라며 “추락, 질식 등 위험이 높은 작업을 사람 대신할 수 있어 안 사고 예방에도 도움이 될 것으로 기대한다”고 설명했다.