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- 해저 탐사·자원개발용 무인자율 로봇기술의 연구
- 유선철 교수(포항공과대학교 창의IT융합공학과)
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postech.ac.kr - : 지곡연구동 208호
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안녕하세요. 메트릭 회원 여러분!
석유, 가스 등 천연 자원을 얻기 위해서는 더 깊은 바다에까지 도달해야하는데요. 심해에서는 인간의 활동이 사실상 제한되기 때문에 탐사를 대신할 해양, 해저용 로봇이 필요합니다. 오늘 인터뷰에서 만나 보실 분은 자율무인로봇을 연구하고 계시는 포항공과대학교 창의 IT 융합공학과 유선철 교수님이십니다. 교수님께서는 유비쿼터스 무선네트워크 융합기술을 기반으로 하는 자원탐사 축소 모형 시스템도 구축하셨다고 하는데요. 교수님을 직접 만나 뵙고 자세한 이야기 나눠보도록 하겠습니다.
1. 교수님께서 현재 하고 계신 연구들의 대략적인 소개를 부탁드립니다.
제가 하고 있는 연구는 수중로봇을 이용하는 연구입니다. 이제까지는 잠수부라든지 아니면 원격조종을 하는 어떤 기계라든지 그런 것들을 로봇을 사용하여 자동화하는 연구가 되겠습니다.
2. 자율무인 잠수정을 만드신다고 들었습니다. 원격조정 잠수정과 비교해서 자율무인잠수정의 장점은 뭔가요?
원격으로 조종하는 잠수정 같은 경우에는 물속에는 전파가 안통하기 때문에 원격조종을 위한 굵은 선을 넣어요. 보통 어린애 팔뚝만한 굵기인데 그게 가령 1km라 하면 1km의 꼬리를 로봇이 가지고 있는 셈이니까 잘 움직일 수도 없고 이것을 풀었다 감았다하는 배와 노력이 필요한데, 자율로봇의 경우에는 자유자재로 움직일 수 있기 때문에 굉장히 편리하게 원하는 곳에 어디든지 따라다니면서 작업할 수가 있습니다.
3. 자율무인 잠수정은 국방이나 자원 채취 등 여러 용도로 사용이 가능할거 같습니다만. 교수님께서 개발하신 잠수정은 주로 어떤 용도로 사용되어 질 예정인가요?
우선 지금 잠수정이라 말씀하셨는데 그거보다 사실은 수중로봇이라고 쓰는 것을 일반적으로 많이 씁니다. 단순하게 움직이는 이동체가 아니라 지능을 부여하고 로봇처럼 움직이기 때문에 수중로봇이라는게 조금 더 맞는 표현인 것 같습니다. 수중로봇은 두 종류가 있어요. 하나는 잠수함이죠, 잠수함처럼 꼬리가 있고 어뢰처럼 다니는 말하자면 비행기 같은 수중로봇이 있고, 프로펠러를 많이 가지고 있는 헬리콥터 같은 로봇도 있어요. 이게 호버링형 수중로봇이라 하는데요. 제가 하고 있는 연구가 호버링형 수중로봇이고요. 수중로봇은 이제 그 자원탐사라든지 아니면 정밀하게 수중에서 수리 작업을 한다든지 아니면 특별한곳을 지정해서 로봇이 스스로 가서 사진을 찍어오는 그런일을 하고 있습니다.
4. 수중환경에 맞춰 자율로 탐사활동이 가능한 무인잠수정인데 해양에서 동력원을 스스로 구축해야 하기 때문에 기계부품에 특별히 신경을 써야할 것 같은데요. 육지와는 다른 바다에서는 움직이는 로봇을 만들기 위해서 특별히 신경 써야 하는 부분이 있을까요?
알고 계시듯 물이 새지 않아야 되겠죠, 물이 새지 않아야 되니까 하드웨어를 만들 때 수밀구조를 만드는 게 중요한데, 물이 새지 않으면서도 중요한 게 가벼워야해요. 무거워지면 가라앉기 때문에 부력도 많이 들어가야 되고 더 가볍게 만들어야하고 물속에서 저항이 적은 유선형으로 만들고 이러한 것이 하나의 문제가 있고요. 또 하나의 문제가 신뢰성입니다. 한번 물속에 넣은 후에 통신이 거의 되지 않기 때문에 돌아올 때 까지는 자기가 재주껏 돌아 와야 합니다. 그렇지 않으면 몇십억, 몇백억하는 로봇을 잃어버릴 수 있기 때문에 이런 신뢰성 문제가 생겼을 때 비상복구를 자기 스스로가 하여 돌아올 수 있는, 아주 응급한 상황에서도 부상하여 스스로 돌아올 수 있는 신뢰성이 굉장히 중요합니다.
5. 바다의 장애물을 피하거나 물건을 찾기 위해서는 물체 인식에 대한 시스템이 중요할거 같은데 현재 어느 정도의 인식 시스템이 구축되어지고 있고, 육지의 통신환경과는 어떤 차이점이 있나요?
일단 수중에서 지금 말씀하신 장애물을 인식하고, 스스로 피하며 이러한 기능은 사실 현시점에서는 거의 도입되어 있지 않은 상황입니다. 이론적 연구나 뭐 수조 레벨의 연구는 많이 되어있는데 실제로 1000m정도를 내려가서 미지의 환경을 만나 스스로 피해 다닌다던지 거의 힘들고요. 아마 MIT나 동경대팀 정도 아니면 우즈홀이라는 미국의 유명한 팀 혹은 북유럽 한 두군데 정도가 겨우 하는 정도로 실제 수중에서 무엇이 장애물이고 무엇이 위험한 것인가를 판단하는것은 사람도 참 어렵잖아요. 그렇기 때문에 어려운 상황입니다.
통신환경경우는 수중전파가 통하지 않는 때는 음파로 해야 하는데요. 음파는 전파처럼 마음껏 통신을 할 수 없습니다. 그래서 수중에 통신환경을 어떻게 구축 하냐면 ‘부이’라고 물위에 떠있는 부표 같은 것을 만들고요, 거기서 밑으로 줄을 내려서 거기서 초음파를 퍼트리는 그런 장치를 만들어요. 왜 줄을 내리냐면 초음파는 통신 속도를 높이면 높일수록 도달거리가 짧아져요, 그래서 줄을 밑으로 주렁주렁 내려서 통신을 할 수 있는 통신망을 구축하고 그것을 위성으로 보냅니다. 그러면 일부 제한적이지만 통신이 가능하게 됩니다.
6. 종래의 이동로봇 시스템을 개량하여 케이블카용 로봇시스템도 개발하셨다고 들었습니다. 설계 전반에 대한 설명 부탁드립니다.
자원탐사에 해당하는 부분으로 현재 연구와는 조금 차이가 있었는데 ‘금맥’ 이런 것이 땅에 있다가 물로 가면서 뚝 떨어져 없어지는 것이 아니잖아요. 그래서 그것을 이어서 금광이라든지 금맥이라든지 여러 가지 자원탐사를 할 때 수중과 육상을 넘나들면서 자장을 탐지할 수 있는 그런 기초연구를 하는 거였습니다. 그런데 문제가 기반연구를 할 때 그 쇳덩어리가 있으면 안돼요. 근방에 아무것도 없어야합니다. 그런데 로봇이 다 모터, 전자서킷 등 다 쇠잖아요. 그래서 하는 수 없이 케이블카처럼 하늘에 로봇을 만들고 거기서 선을 내려서 자장센서만 케이블카에서 선을 내려서 움직이면서 자장을 잡아낼 수 있는 연구를 한 것이고, 그것이 땅하고 물하고 달라지기 때문에 거리가 멀어지고 하니까 이런 경우에 어떻게 연속적으로 되어있나 하는 방향으로 연구하였습니다.
7. 완벽한 해양 프로그램 설계 시스템을 구축하지 않으면 알맹이 없는 로봇이 되는 것 같은데 구체적으로 유비쿼터스 무선네트워크 융합기술 시스템은 무엇인가요?
말씀드린바와 같이 수중에도 초음파를 어느 정도 통할 수 있는 위성과 부이를 이용한 인프라도 구축해야하고, 로봇하고 연계도 해야 하고, 그것을 가지고 위성과 통신을 할 수 있는 중계를 다 구축을 해야 전체적으로 할 수가 있습니다. 수중은 수상하고는 경우에 따라서 육상로봇, 공중로봇을 연계하려는 연구가 굉장히 많습니다. 이것이 유비 쿼터스 시스템이므로 다 실행되는 거죠. 스마트폰 같은 걸로 통신 할 수 있게 만드는데 이런 연구는 미국을 중심으로 이루어지고 있습니다.
8. 바다로 나가 배에서 연구하시기 때문에 외국인 연구자들과의 교류도 많고 여러가지 새로운 경험들이 많을거 같습니다. 바다에서의 연구는 어떻게 이루어지고 있는 어떤 에피소드가 있는지 궁금합니다.
일반적으로 이런 질문을 하실 때는 해양탐사가 어떤가 하는 예상을 하시고 질문 하시는데요. 실제로 공학자들이 수중로봇을 위해 배를 탈 경우에는 굉장히 어려워요. 완전히 군사행동 같거든요. 해양학자 같으면 바다에서 어떤 결과가 나오든 데이터 자체가 결과잖아요. 좋은 결과 든 나쁜 결과든 나오면 되는 것이며 데이터를 수집하기 위해 그물을 내리고 3~4시간 채집하고 연구하면 조금은 쉴 수도 있는데요. 수중로봇경우는 그런 여유가 없었습니다. 왜냐면 수중에 내려가는 공학자들은 원하는 위치에서 원하는 데이터를 원하는 항로를 움직이면서 얻은 다음에 무사히 돌아와야 이게 성공입니다. 이중 하나라도 안 된다면 성공이 아닌데 이게 쉬운 일이 아니죠.
제가 얼마 전 일본에서 하는 세계 최대규모의 수상로봇 실험을 하는 배를 탄 적이 있습니다. 과학자는 없고 공학자만 50명 정도가 탔는데요. 수중로봇 3대 정도가 1000m이하로 들어가서 하는 실험이었는데 거의 항공모함갑판 같았습니다. 로봇을 넣기 전에 모두가 뛰어다니면서 로봇을 집어넣기 위한 준비를 하는 거죠. 수중로봇 같은 경우는 서로 도와서 밧줄로 흔들리는 배에서 내려야하는데 이것을 사람이 맞으면 크게 다치고 배에 맞으면 로봇이 부숴지니 옮기는 것에 굉장히 많은 사람들이 동원이 되고, 물속에 한번 들어가게 되면 모든 사람이 컨트롤 룸에 들어가서 어디로 가는지, 로봇이 잘 돌아 올 수 있도록, 만일의 경우에 비상상태에 어떻게 대피할 것인지 이런 것들을 봐야함으로 굉장히 바쁩니다. 로봇이 스스로 돌아오고 나면 그 다음 실험을 준비하기 위해서 바쁘고요. 아침에 대략 5시정도에 일어나 밤에 11시 반~12시 될 때까지 회의하고, 굉장히 삭막합니다. 거의 군대에서 훈련하는 것과 다를 바가 없습니다.
참고로 그 배 하루사용료가 1억 원이 조금 넘습니다. 그런데 이걸 열흘을 하는데 하루라도 공치거나 문제가 생기면 이게 다 날라 가는 것입니다. 로봇은 몇 10억, 100억 이상 하는데요. 굉장히 여유가 없습니다.
9. 앞으로 교수님이 진행해 나갈 연구의 방향과 해결해야 할 문제점이 있다면?
연구방향은 수중로봇을 써서 점점 자율, 자동화되는 육상의 많은 작업들을 토목검사작업, 댐이나 바다의 교각이라든지 많은 안전 구조물들이 이미 건설의 시대가 거의 끝나가고 있습니다. 한번 완공하면 30~40년 쓰잖아요. 날이 가면 갈수록 안전검사를 해야 함으로 이런 것들을 검사해야합니다. 또 제일 문제되는 수중에서 뭔가 검사할 때 (수중)문제는 탁류하고 조류라 볼 수 있는데요. 탁한 물속에서도 어떻게 시야를 확보 할 것인지, 강물 의 조류가 센 곳에서 로봇이 자기 스스로를 지키며 사진을 찍고 작업을 하는 부분 등 자기가 길을 잃지 않고 어떻게 잘 돌아올 것인 가하는 문제점을 해결해야 할 문제점으로 보고 있습니다.
이런 부분에 집중 연구하여 센싱하고 자율성, 신뢰도나 지능에 집중하려고 합니다. 육상하고 비슷합니다. 어떻게 보면 기본적으로 자동차는 다 개발이 되었는데 이제부터는 자동차를 어떻게 더 스마트하게 할 수 있을 것인가 또 여러 센서도 많이 달고 하잖아요. 육상에서 사람이 제외되면서 할 일이 많듯이 수중은 아예 운전사가 없으니 이것을 자율적으로 하는 것에 집중을 해야겠죠.
10. 자율무인잠수정이 국내와 국외를 비교했을 때 어떤 상황인지?
일본이나 미국 같은경우에는 역사가 오래되고, 오랫동안 연구를 해왔어요. 수중로봇이나 바다에 관련된 모든 부분이 아날로그 세계이거든요. 노하우가 많이 필요로 하는 요리 하는 것들과 같죠. 디지털처럼 금방 돈 투자해서 나오는 그런 게 아니라 오랜 시간 동안 정밀하게 가공하고 장인정신이 많이 필요합니다. 그래서 큰돈을 한 번에 부어서 되는 게 IT기술은 되는데 수중로봇경우에는 꾸준하게 적은 돈이라도 투자해야 되거든요.
일본이나 미국은 사실은 20~30년간 이미 수중로봇 연구를 해왔습니다. 경우에 따라 더 오랫동안 비슷한 연구를 해왔기 때문에 굉장히 많은 노하우가 축적되어 있고 장인들도 많이 있습니다. 우리나라의 경우, 급격하게 연구비를 투자를 해서 일단은 하드웨어는 어느 정도 갖췄어요. 가령 센서 같은 것 고가품들 사들이고 여러 가지 실험시설은 있지만 그것을 어떻게 조화롭게 만들고 설계하고 하는 것은 시간이 조금 필요하죠, 그래서 앞으로 우리나라도 조금 더 관심을 가지고 조금 더 장기적으로 연구를 하면 우리나라도 좋은 연구를 할 수 있을 것 같습니다.
11. 교수님의 실험실에서는 현재 어떤 분야까지 연구를 하고있는지요.
일단 수중로봇을 전통적으로 전공으로 하고 있습니다. 최근에 진출하고 있는 것은 수중에 수중로봇도 있고 육상에 육상로봇도 있고 하늘에 항공기로봇도 있단 말이죠. 이거를 융합하는 연구와 함께 각각의 로봇들의 정보를 어떻게 IT로 묶어서 유비쿼터스 환경에서 할 수 있는가 하는 연구를 새롭게 진행하고 있습니다.
12. 마지막으로 교수님 자율무인잠수정 시스템 설계를 공부하고 싶다면 어느 부문을 더 집중적으로 공부해야 할까요?
제일 어려운 것 중에 하나는 수중에 있는 물건은 파는 것이 없습니다. 심지어 나사조차도 없습니다. 저희 연구실 학생은 “교수님 이런 나사는 대상이 없는 데요” 이럽니다. 그럼 “그거 만드는게 너의 일이야”라고 이야기합니다. 나사조차도 우리는 경우에 따라 만들거든요. 하나부터 열까지 다 만들어야 됩니다. 수중에 쓰기 위해서라면 로봇용으로 나온 게 거의 없습니다. 그러다보니 전체를 시스템으로 만드는 힘이 필요해요. 이를테면 축구로봇도 좋고 글라이더로봇도 좋으니까 조그만 기계도 좋으니 처음에 아이디어를 내서 스케치부터 시작해서 끝까지 스스로 무언가를 해보는 그런 연습을 많이 한다면 도움이 될 것 같아요. 뭐 제어만 한다든지 아니면 뭐 기구만 만든다든지 그것만 가지고는 안 됩니다. 이것들이 조화롭게 움직여야 하니까 전체 큰 시스템을 자기 손으로 처음부터 끝까지 할 수 있는 그런 연습을 필요합니다.
13. 이 영상을 보고 있을 METRIC회원들과 같은 분야를 공부하는 대학원생들에게 한마디 부탁드립니다.
저는 굳이 말씀을 드리자면 대부분의 일들을 직접해보라고 말씀을 해드리고 싶어요.
제가 질문을 하나 할게요, 논문을 봐서 절대로 알 수 없는 것이 두가지가 있는데 뭘까요? 논문을 봐서는 절대로 안 나오는게 두 가지가 있어요. 답을 말씀드리면 하나는 요령이구요 또 하나는 거짓말이에요 이 두가지는 논문에 있는 걸 직접 해봐야 알 수 있거든요. 요령 가치 있는 정보는 논문에 절대 쓰지 않구요. 거짓말은 당연히 쓰지 않죠. 이것은 그 논문 그대로를 한번 해봐야 알 수가 있습니다. 세상에 많은 일들이 그래요. 외부에서 클릭을 하는 것도 그렇고 증권도 광고도 그렇구요. 거기서 진짜 돈 되는 정보하고 거짓말은 나오지 않아요. 발로 뛰어야 해요 그러니까 많은 이런 로봇 만드는 공부를 할 때 직접 발로 뛰어서 많은 경험을 하고 체득해 나가는 게 중요한 거 같습니다.
* 참고 자료:
- 카이요우 승선 리포터 블로그를 보시면 배안에서의 연구활동을 일기형식으로 보실 수 있습니다.
- 실험실 홈페이지: http://hero.postech.ac.kr/
* 인터뷰 진행: 장지현 리포터
* 촬영 및 편집 : 박수진 (event1412@nate.com)
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