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2020년 7월 28일 (화) 10:14 판
아쿠아노트(Aquanaut)는 휴스턴 메카트로닉스(Houston Mechtronics)에서 공개한 수중 트랜스포머 로봇이다. 이 로봇은 소형 잠수함처럼 바닷속을 움직이다가 뚜껑 부분이 열리면서 휴머노이드 로봇처럼 변신한다. 수중에서 목적지까지 잠수함처럼 자율적으로 이동할 수 있으며 한번 작업 시 최대 200km까지 이동 가능하다. 잠수함 모드로 이동하다가 작업물 근처에 오면 잠수부처럼 휴머노이드형 로봇으로 변신한 후에 2개의 로봇팔을 이용하여 섬세한 작업을 할 수 있다.
개요
아쿠아노트(Aquanaut)는 통신이 매우 취약한 심해에서 자신의 모습을 바꿔가면서 복잡한 동작 또는 미션을 수행할 수 있는 수중 로봇이며, 휴스턴 메카트로닉스(Houston Mechtronics)에서 공개했다. 나사(NASA)가 우주 탐험을 위해 개발한 로봇 우주인 로보노트(Robonaut)나 휴머노이드 로봇 발키리와 유사한 특징을 지니고 있다. 심해에선 우주 환경과 마찬가지로 기존의 통신시스템이 제대로 기능을 하지 못하고 로봇의 제어도 원격에서 이뤄진다. 통신 속도는 매우 느리고 자주 끊기기도 한다.[1] 휴스턴 메카트로닉스는 나사에서 28년간 근무한 매트 온들러(Matt Ondler)와 레그 버카(Reg Berka)가 2014년 공동 창업했으며, 벤처캐피탈로부터 2,300만 달러 이상의 자금을 투자받았다. 휴스턴 메카트로닉스는 나사의 중성부력실험실(NBL)에서 테스트하고 있는 아쿠아노트를 공개했는데, 나사 중성부력실험실은 우주인이 우주 유영 훈련을 테스트하기 위해 만든 대형 수조 시설이다. 최대 수심 12m에 달하며 2350만 리터의 물을 담을 수 있다. 이 로봇은 소형 잠수함처럼 바닷속을 움직이다가 뚜껑 부분이 열리면서 휴머노이드 로봇처럼 변신한다. 수중에서 목적지까지 잠수함처럼 자율적으로 이동할 수 있으며 한번 작업 시 최대 200km까지 이동 가능하다. 잠수함 모드로 이동하다가 작업물 근처에 오면 잠수부처럼 휴머노이드형 로봇으로 변신한 후에 2개의 로봇팔을 이용하여 섬세한 작업을 할 수 있다. 원격조종무인잠수정(ROV)처럼 원격제어 방식으로 작업이 가능하다. 아쿠아노트는 자율무인잠수정(AUV)으로 이동하다가 작업 상황에서는 원격조종무인잠수정(ROV)으로 변신한다. 다른 수중 로봇과 달리 대형의 선박으로 이동시킬 필요 없이 소형 보트에서 전개할 수 있으며, 헬리콥터로 싣고 이동하다가 작업 해역에 이르면 공중에서 떨어뜨리는 것도 가능하다. 지원 선박이나 로봇과 연결하는 줄(tether)이 필요 없다는 점에서 혁신적인 기술로 주목받고 있다. 수중 건설 작업, 수중 광산 시설 등 섬세한 작업을 수행할 수 있는 로봇으로 활용될 것으로 보인다.[2]
휴스턴 메카트로닉스 매튜 온들러 대표는 "우리는 이 기술이 해저 로봇 기술의 혁명이라고 굳게 믿는다"라고 말했으며, 휴스턴 메카트로닉스는 해저의 아쿠아노트와 밀접히 연계돼 있는 해상의 커맨더(Commander) SW를 통해 더 풍부하고, 안전한 국방 및 상업용 목적의 해저 서비스를 제공하게 된다. 휴스턴 메카트로닉스는 텍사스 휴스턴에서 열린 원양기술컨퍼런스(OTC)와 콜로라도 덴버에서 열린 AUVSI X포넨셜컨퍼런스에서 잇따라 이 기술을 공개했다.[3]
보통 수중 로봇은 자율적으로 동작하는 자율무인잠수정(AUV, autonomous underwater vehicle)과 지상에서 원격 제어 하는 원격조종무인잠수정(ROV, remotely operated vehicle)으로 구분할 수 있다. 원격조종무인잠수정(ROV)는 로봇 제어를 위해 수상에 있는 선박과 선으로 연결되어 있는 게 일반적이다. 휴스턴 메카트로닉스가 공개한 아쿠아노트는 자율무인잠수정 모드로 이동하다가 작업 상황에선 원격조종무인잠수정(ROV)으로 변신한다는 특징을 갖고 있다. 자율무인잠수정(AUV) 모드인 경우 한 임무에서 최대 200km (108 해리)의 장거리를 여행하면서 주변 환경을 매핑하고 구조 검사를 수행 할 수 있다. 원격조종무인잠수정 모드에서 로봇은 밸브를 돌리고 해저 도구를 사용하며 다른 조작 작업을 수행 할 수 있다. 아쿠아노트는 힘 센서와 게(claw)처럼 생긴 그리퍼를 갖춘 로봇 팔, 헤드, 수중 추진장치 등을 숨기고 있다. 헤드 부분에는 스테레오 카메라, 3D센서, 소나 시스템 등을 장착하고 있다.[2] 뒷면에는 두 개의 추진기가 장착돼 있으며 무게는 1,050kg이다. 아쿠아노트가 해상 유정 목적지에 도달하면 특별하게 설계되고 제작된 4개의 선형 액추에이터가 작동하기 시작한다. 아쿠아노트는 주어진 작업을 수행하기 위해 적절한 부력을 유지하면서 머리와 가슴, 두 개의 조종 팔을 가진 로봇으로 변신한다. 아쿠아노트를 개발한 기술자들은 사무실의 스탠드업 책상이 오르내리는 것을 보고 잠수함에서 로봇으로 변신하는 해양 로봇에 대한 아이디어를 얻었다. 래드포드는 싱귤래리티 허브와의 인터뷰에서 "우리는 거대한 수중 스탠드업 데스크를 만들었다"라고 말했다.
특징
자율무인잠수정
자율무인잠수정(AUV)은 수중 조사 및 작업용 무인 로봇으로, 본체에 내장된 전원과 프로그램으로 작동되는 자율식 무인 잠수 체를 말한다.[4] 아쿠아노트는 자율무인잠수정(AUV) 모드일 때 해저 매핑 및 광역 구조 검사와 같은 일반적인 작업을 수행하면서 한 번에 200km(108nmi)를 주행한다. 아쿠아노트는 수직 추력 제어와 같이 다른 자율무인잠수정(AUV)과는 차별점을 두었으며, 360도 회전하는 헤드 유닛을 사용하여 구조물 아래를 검사한다. 아쿠아노트 자율무인잠수정 모드에서 조작한다면 변신한다. 한 번의 유체 이동으로 분리되어 두 개의 추가 제어추진기인 차량 팔을 노출하고 헤드 매커니즘에 자유도를 향상시킨다.[5]
- 작업 클래스 모드
자율무인잠수정 모드에서는 로봇이 해안이나 연안 시설에서 발사된다. 두 대의 리어 스러스터에 의해 추진된 이 차는 최대 7노트의 속도로 자율 주행한다. 이 과정에서 카메라나 음파탐지기 등 센서가 장착된 관절형 센싱 헤드 어셈블리를 이용해 음향, 광학, 지화학 원격 감지 등의 작업을 수행한다. 자율무인잠수정 모드는 대부분의 기능을 수행할 수 있지만, 미리 정해진 목적지에 도달하면 작업 클래스 모드(Work Class Mode)로 전환할 수도 있다. 그렇게 되면 선체가 열려 추가적으로 2개의 벡터드러스터, 2개의 8DOF 전기조작기 암(arms), 1개의 페이로드 베이가 노출된다. 또한, 감지 헤드는 또다른 8-DOF를 확보하여 수행중인 작업에 대한 양호한 시야를 유지하기 위해 피칭 및 롤링한다.
그런 다음 제자리에 맴돌 수 있고, 필요에 따라 움직이며, 오일 배출 플랫폼의 밸브와 같은 해저 물체를 조작할 수도 있다. 일부 기본 업무를 자율적으로 수행되어야 하며, 업무수업 모드에 있는 동안 원격으로 운영되어진다. 그러나, 일반 원격조종무인잠수정(ROV)과는 달리 표면에 있는 값비싼 완전 나사형 지지선까지 달리는 테더를 통해 운영자와 통신할 수 없다. 대신에, 비용절감을 위한 조치로 해안가에 다시 위치하게 된다.[6]
원격조종무인잠수정
원격조종무인잠수정(ROV)은 원격으로 조정되는 심해자원 탐사 및 개발용 무인잠수정을 말한다. 모선에 장착된 컨트롤러(Controller)를 통해 원격으로 제어가 가능하여 사람이 작업하기 힘든 해저 환경에서 해저 자원의 탐사, 침몰된 선박의 인양 작업, 바다 밑바닥의 기름 제거 작업, 해저 케이블 설치, 각종 수중 구조물의 설치 및 수리 등에 사용된다.[7] 아쿠아노트 원격조종무인잠수정 모드는 밸브를 조정, 해저 도구 사용, 구조 스캔 등 몇 번의 마우스 클릭으로 이런 고급 해저 작업을 수행할 수 있다. 휴스턴 메카트로닉스는 "조이 스틱이 아닌 마우스 클릭 기능을 사용하여 아쿠아노트를 작동한다. 모든 로봇에 고대역폭 사용자 입력을 추상화하는 기술이 내장되어 있어, 원격 조작할 필요가 없다."고 안내했다.[5]
- 사용 편의성
- 기존의 원격조종무인잠수정과 같이 조이스틱을 사용하는 대신에 사용자가 컴퓨터와 마우스로 정기적으로 설정하여 아쿠아노트에 명령을 보낼 수 있다. 전기전자기술자협회(IEEE) 스펙트럼 보고서에 따르면, 아쿠아노트는 널리 사용되는 로봇 개발 소프트웨어 제품군인 로봇운영체제(ROS)에서도 작동한다. 또한, 리튬이온 배터리로 전기를 공급받는다. 아쿠아노트는 유선 연결이 되지 않으며, 기존의 원격조종무인잠수정 처럼 실시간 카메라 피드를 보유하는 대신 음향 모뎀을 사용하여 통과해야 하는데, 이는 데이터를 전송할 때 대역폭이 낮고 대기 시간이 오래 걸린다는 것을 의미한다. 하지만, 아쿠아노트는 3D 지도 중 압축된 부분만을 사용자에게 보낸다. 또한, 원격조종이 원활히 진행될 수 있도록 상공 궤도를 선회하는 통신위성 사이에 데이터를 중계해 기계와의 중간인 역할을 할 무인잠수정을 해양 표면에 배치했다.[8]
다목적 운용
아쿠아노트는 자율무인잠수정(AUV)에서 원격조종무인잠수정(ROV)에 이르기까지 특허 형태의 변환 기술을 사용해 다목적으로 운용이 가능하다. 지원 선박이나 로봇과 연결하는 줄(tether)이 필요 없다는 점에서 혁신적인 기술로 주목받고 있다. 이 로봇은 장거리에서 데이터를 효율적으로 수집할 수 있을 뿐 아니라 기존 비용보다 훨씬 저렴하게 해저 대상물을 조작할 수 있다. 심해에서 로봇의 형태를 변화시키면서 작업을 수행한다. 휴스턴 메카트로닉스의 매트 온들러(Matt Ondler) 대표는 "우리는 이 기술이 해저 로봇공학의 혁명이라고 믿고 있다"며 "상업 및 방위 고객에게 더 풍부하고 안전한 해저 서비스가 가능하도록 아쿠아노트와 긴밀히 결합한 초수평선(over-the-horizon) 소프트웨어인 '커맨더(Commander)'를 제공한다"고 밝혔다. 그의 팀은 미국 항공우주국(NASA)이 제작한 최첨단 로봇 중 일부를 개발했으며, 기밀 고객을 위해 수년간 고급 해저 로봇 기술을 개발해왔다. 또한, 아쿠아노트는 회사의 전문성과 경험이 집약된 결과물이다.
메카트로닉스의 닉 래드포드(Nic Radford) 최고기술책임자는 아쿠아노트와 함께 상업 및 방위 해저 시장을 근본적으로 바꿀 수 있는 좋은 기회를 갖게 됐으며, 이 로봇은 육상 운영자 감독을 통해 수평선을 운영하도록 설계됐다"라고 말했다. 아쿠아노트는 해적 작업에서 현장 선박 혹은 사람들의 필요성을 제거하는 동시에 운영자의 상황인식과 고객이 요구하는 임무를 수정할 수 있는 능력을 보유하고 있다. 이 같은 역량은 산업을 변화시킬 수 있으며, 전투기에 있어서는 대치 거리를 늘려 더욱 안전한 상황을 만들어준다. 상업 분야 사용자의 경우에는, 훨씬 적은 비용으로 더욱더 많은 기능을 제공받을 수 있다. 휴스턴 메카트로닉스는 전통적인 수중 로봇의 혁신을 꾀하고 있다.[9]
장점
때로는 원격조종무인잠수정(ROV)가 필요하고, 다른 경우에는 자율무인잠수정(AUV)가 필요할 수 있다. 휴스턴 메카트로닉스는 아쿠아노트를 두 플랫폼 모두에서 좋은 성능을 발휘하도록 설계했다. 해저를 조작할 수 있으며, 자율무인잠수정(AUV)의 모든 원격 기능을 가지고 있다. 원격제어 방식 수중 로봇인 원격조종무인잠수정은 지원 선박이 필요한 데 반해 아쿠아노트는 원격 제어와 자율 운행이 가능한 하이브리드 방식 수중 로봇이다. 소형 선박으로도 충분히 운용 가능하다. 또한 원격조종무인잠수정은 전력공급과 제어를 위해 케이블과 연결되어 있지만, 아쿠아노트는 30kWh 이상 용량의 배터리를 내장하고 있어 자체적으로 전력을 공급받을 수 있다. 음향신호를 통해 매우 제한적으로 통신을 할 수 있지만, 기존의 UUVs에는 전혀 없는 정교한 수준의 자율 기능을 갖췄다.[1]
- 비용절감(cost reduction)
- 쿠아노트는 작업을 위한 유인 표면 플랫폼(manned surface platform)이 필요하지 않아서 많은 비용을 절감할 수 있다. 석유 및 가스를 사용하는 사람들은 아쿠아노트 기반 서비스를 사용한다면 30%~40%를 절약할 것이다. 아쿠아노트는 로봇이 환경에 어떤 일을 하고 있고, 환경이 로봇에 어떤 영향을 미치는지 감지할 수 있도록 수많은 센서를 장착했다. 아지모프(Azimov)라는 아쿠아노트에 안전 시스템에 모든 데이터를 입력함으로써, 로봇이 사람과 장비를 안전하게 상호작용하도록 도와준다. 음향, 라디오 또는 하드 라인에 상관없이 로봇을 안전하게 만드는 방법이 12가지 이상 있다.[5]
작동원리
아쿠아노트는 배나 헬리콥터를 통해 해수면으로 이송된다. 상용버전은 음향네트워크에서 최대 3,000m 깊이에 있는 물체를 상업적 용도로 작업 대상을 절단, 이동, 회전시키라는 명령 및 제어를 할 수 있다. 군사용 버전은 보다 더 깊이 갈 수 있는 것으로 믿어지고 있지만, 휴스턴 메카트로닉스는 이에 대한 언급을 거부했다. 아쿠아노트는 30kWh보다 큰 배터리 용량을 가진다. 무게가 1050kg인 이 로봇은 2개의 후방 추진기로 작동하며 30kWh 배터리 팩을 한번 충전해 주는 것만으로도 최대 7노트(시속9.26km)로 200km 이상의 거리를 왕복할 수 있다. 이 로봇은 팔을 팔을 밖으로 2.87~3.5m까지 뻗을 수 있으며 작업장과 작업장 사이의 수백km를 이동할 수 있다. 작동자는 로봇이 팔을 펼치면 수십 km밖에서도 음향 통신기기 모뎀으로 작업을 지시하게 된다.[3] 아쿠아노트가 반 인간형 로봇으로 변신하는 과정은 다음과 같다. 먼저 유선형 잠수함 모드에서 해저 작업장으로 이동한다. 로봇이 현장에 도착하면 선체의 윗부분이 올라와 두 개의 거대한 팔과 머리가 드러난다. 스테레오 카메라, 3D 센서 및 소나 시스템을 장착한 헤드가 제자리로 회전한다. 그다음 로봇은 힘 센서와 발톱 모양 그리퍼가 장착된 강력한 팔을 펼친다.[10]
구성
상세 구성 내용 특징 전기 자동차, 높은 수준의 자율성, 기존 원격조종무인잠수정(ROV)와 같이 지원 선박이 필요하지 않음,
잠수함 모드 200km 이상 이동 가능, 최대 운용 깊이 300m높이 97cm (닫힘), 160cm (열림) 길이 350cm 폭 152cm 무게 1050kg 속도 13km/h8mph 센서 엔드 이펙터에서 조인트 절대 위치와 힘 및 토크 감지 기능이있는 조작기, 차체에는 관성 항법 시스템,
도플러 속도 로그(DVL, Doppler Velocity Logs), 머신 비전 카메라, 전진 음파탐지기,
수중 음파탐지기, GPS, 맞춤형 3D 구조 조명작동 전기 전원 충전식 리튬 이온 컴퓨팅 맞춤형 제어 및 컴퓨팅 패키지 소프트웨어 ROS 프레임워크를 기반으로 구축된 맞춤형 소프트웨어 자유도(DOF) 26 (팔 : 7 DoF x 2; 팔 엔드 이펙터 : 1 DoF x 2; 추진력 : 7 DoF; 헤드 : 2 DoF; 변환 메커니즘 : 1 DoF) 자재 합성 오버레이가있는 합성 폼 비용 N/A
동영상
각주
- ↑ 1.0 1.1 장길수, 〈수중 로봇 전문업체 '휴스턴 로보틱스', 2천만 달러 투자 유치〉, 《로봇신문》, 2018-04-30
- ↑ 2.0 2.1 로봇사랑, 〈휴스턴 메카트로닉스, 수중 트랜스포머 로봇 '아쿠아노트' 공개〉, 《네이버 블로그》, 2019-08-05
- ↑ 3.0 3.1 이재구 기자, 〈영화 트랜스포머처럼...잠수정이 해저 3000m에서 로봇으로 변신〉, 《디지털투데이》, 2018-05-09
- ↑ AUV 네이버 사전 - https://dict.naver.com/search.nhn?query=AUV&ie=utf8
- ↑ 5.0 5.1 5.2 휴스턴 메카트로닉스 공식 홈페이지 - https://www.houstonmechatronics.com/
- ↑ Ben Coxworth, 〈Shape-shifting Aquanaut combines two types of underwater robot〉, 《뉴아틀라스》, 2018-05-01
- ↑ ROV 네이버 지식백과 - https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=2075335&cid=50305&categoryId=50305
- ↑ Kimberley Mok, 〈Aquanaut, the Shapeshifting Subsea Autonomous Robot〉, 《더뉴스택》, 2019-08-08
- ↑ 조인혜, 〈Meet Aquanaut, the Underwater Transformer〉, 《로봇신문》, 2019-07-25
- ↑ Evan Ackerman, 〈Meet Aquanaut, the Underwater Transformer〉, 《전기전자기술자협회》, 2019-05-01
참고자료
- 장길수, 〈수중 로봇 전문업체 '휴스턴 로보틱스', 2천만 달러 투자 유치〉, 《로봇신문》, 2018-04-30
- 로봇사랑, 〈휴스턴 메카트로닉스, 수중 트랜스포머 로봇 '아쿠아노트' 공개〉, 《네이버 블로그》, 2019-08-05
- 이재구 기자, 〈영화 트랜스포머처럼...잠수정이 해저 3000m에서 로봇으로 변신〉, 《디지털투데이》, 2018-05-09
- Evan Ackerman, 〈Meet Aquanaut, the Underwater Transformer〉, 《전기전자기술자협회》, 2019-05-01
- 조인혜, 〈휴스턴 메카트로닉스가 개발한 변신 수중 로봇은...〉, 《로봇신문》, 2019-05-01
- 휴스턴 메카트로닉스 공식 홈페이지 - https://www.houstonmechatronics.com/
- AUV 네이버 사전 - https://dict.naver.com/search.nhn?query=AUV&ie=utf8
- ROV 네이버 지식백과 - https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=2075335&cid=50305&categoryId=50305
- IEEE 로봇 공식 홈페이지 - https://robots.ieee.org/
- Ben Coxworth, 〈Shape-shifting Aquanaut combines two types of underwater robot〉, 《뉴아틀라스》, 2018-05-01
- Kimberley Mok, 〈Aquanaut, the Shapeshifting Subsea Autonomous Robot〉, 《더뉴스택》, 2019-08-08
같이 보기
