기독교 성경에 따르면 태초에 하느님이 아담(Adam)과 이브(Eve)를 만들었다. 에덴 동산(Garden of Eden)에서 옷을 입지 않고 살았지만 부끄럽다고 생각하지 않았다. 하지만 이들은 뱀의 유혹에 넘어가 선악과(forbidden fruit)를 따 먹었으며 옷을 입기 시작했다.

뱀(snake)은 고대부터 지하 세계를 관장하는 파괴의 악신(惡神)으로 두려의 대상이었다. 하지만 생명의 부활, 고난의 극복, 의술의 신 등으로 불렸다. 한민족도 뱀은 영험한 힘을 가진 동물로 여겼다.

뱀은 인간과 달리 좁은 공간을 자유자재로 움직이고 복잡한 지형도 통과할 수있는 관절을 갖고 있다. 뱀의 관절처럼 이동할 수 있는 로봇을 만들자는 시도는 유연연속체 뱀형 로봇(continuum snake robot)으로 구현되고 있다.

◇ 한국과학기술연구원(KIST)의 안보⸱재난안전기술단의 임무 소개

한국과학기술연구원(KIST)의 안보⸱재난안전기술단은 2010년 설립됐다. 국방 연구개발 제도개선, 국방 연구개발 과제화/연구지원, 군에 과학기술 지원 등의 임무를 수행하고 있다.

더불어 안보⸱재난안전기술단 소속 미래국방국가기술전략센터는 2022년 만들어졌다. '국방과학기술 혁신을 위한 국가 연구개발 투자전략 싱크탱크'로 비전을 설정했다.

주요 임무는 △과학기술정보통신부의 국방 연구개발(R&D) 투자정책 수립 지원 △국방적용 가능 민간 R&D 역량 발굴-과제 기획 △국방 R&D 민관군 협력 기반 마련 등이다.

이번에 소개할 기술은 AI·로봇연구소 헬스케어로봇연구단 하준형 선임연구원(jhha@kist.re.kr)이 수행한 '유연연속체 뱀형 로봇'이다.

◇ 지진과 대규모 폭발 등 붕괴 현장의 구조자 탐색 활동에 투입

▲ 전진거동 및 측면거동 제어(로봇 1) [출처=한국과학기술연구원]


천재지변인 지진, 대규모 폭발 등 붕괴 현장의 구조자 탐색 활동은 어려운 과제에 속한다. 또한 실내·야외에서 군사적 정찰 활동에 적합한 장비의 개발도 필요한 실정이다.

폼펙터인 뱀형 로봇의 제어기법과 유연성 기반의 몸체 개발. 뱀의 운동 원칙을 탐구헤 유연성에 기반한 저차원 제어기법을 도출한 이유다. 이를 기반으로 개발된 전진·후진·측면 거동 가능한 유연연속체 기반 뱀형 로봇을 소개한다.

전진 파동운동 등 기존의 뱀형 로봇이 수행 못 하는 동작을 구현하기 위해 몸체의 유연성을 활용한 수동적 지면접촉 제어 기법 및 이를 활용한 로봇을 개발했다.

세계적으로 대형 지진 및 폭발물 공격에 의한 건물 붕괴 상황이 자주 발생하고 있다. 구조 활동을 위해 현장에서 틈 사이를 탐색할 수 있는 기술의 필요성이 대두됐다.

또한 야외 환경, 건물 내, 배관 파이프 등을 통해 이동하며 정찰활동을 수행할 수 있는 민간 및 군사적 목적의 활용도 기대된다. 

▲ 정교한 제어를 위한 고성능 로봇(로봇 2, 개발 중) [출처=한국과학기술연구원]

제어기술은 연속체 역학에 기반한 뱀의 동작 해석을 통해 복잡한 제어 없이 몸의 탄성을 활용하며 모든 방향으로의 거동가능한 제어기술을 개발했다. 관련 연구는 IEEE Transactions on Robotics에 게재했다.

로봇기술은 단순한 모터-우레탄 연쇄구조 로봇을 다양한 방향으로 거동을 확인했다. 현재 더욱 정교한 모터를 활용해 제어성능을 높인 모터-스프링·우레탄 구조의 로봇 개발 중이다.

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