아쿠아노트

아쿠아노트(Aquanaut)는 휴스톤 매카트로닉스(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 작업시 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 휴스톤 메카트로닉스(Houston Mechtronics)에서 공개한 수중 트랜스포머 로봇이다. 휴스톤 매카트로닉스는 나사(NASA)에서 28년간 근무한 매트 온들러(Matt Ondler)와 레그 버카(Reg Berka)가 2014년 공동 창업했으며, 벤처캐피탈로부터 2300만 달러 이상의 자금을 투자받았다. 휴스톤 매카트로닉스는 나사 NBL(Neutal Buoyancy Laboratory)에서 테스트하고 있는 아쿠아노트를 공개했는데, 나사 NBL은 우주인이 우주 유영 훈련을 테스트하기 위해 만든 대형 수조시설이다. 최대 수심 12미터에 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 작업시 최대 200km까지 이동 가능하다. 잠수함 모드로 이동하다가 작업물 근처에 오면 잠수부처럼 휴머노이드형 로봇으로 변신한 후에 2개의 로봇팔을 이용하여 섬세한 작업을 할 수 있다. 원격조종 무인잠수정(ROV)처럼 원격제어 방식으로 작업이 가능하다. 아쿠아노트는 자율무인잠수정(AUV)로 이동하다가 작업 상황에서는 원격조종무인잠수정(ROV)로 변신한다. 다른 수중 로봇과 달리 대형의 선박으로 이동시킬 필요없이 소형 보트에서 전개할 수 있으며, 헬리콥터로 싣고 이동하다가 작업 해역에 이르면 공중에서 떨어뜨리는 것도 가능하다. 지원 선박이나 로봇과 연결하는 줄(tether)이 필요없다는 점에서 혁신적인 기술로 주목받고 있다. 수중 건설 작업, 수중 광산 시설 등 섬세한 작업을 수행할 수 있는 로봇으로 활용될 것으로 보인다.

매튜 온들러 휴스턴 메카트로닉스 최고경영자(CEO)는 “우리는 이 기술이 해저 로봇 기술의 혁명이라고 굳게 믿는다”고 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. 아쿠아노트는 자율무인잠수정(AUV)에서 원격조종무인잠수정(ROV)에 이르기까지 특허 형태의 변환 기술을 사용해 다목적으로 활용 가능하다. 이 로봇은 장거리에서 데이터를 효율적으로 수집할 수 있을뿐 아니라 기존 비용보다 훨씬 저렴하게 해저 대상물을 조작할 수 있다. 심해에서 로봇의 형태를 변화시키면서 작업을 수행한다. 휴스턴 매카트로닉스의 CEO인 '매트 온들러(Matt Ondler)'는 "우리는 이 기술이 해저 로봇공학의 혁명이라고 믿고 있다"며 "상업 및 방위 고객에게 더 풍부하고 안전한 해저 서비스가 가능하도록 아쿠아너트와 긴밀히 결합된 초수평선(over-the-horizon) 소프트웨어인 '커맨더(Commander)'를 제공한다"고 밝혔다. 휴스턴 메카트로닉스는 전통적인 수중 로봇의 혁신을 꾀하고 있다.

보통 수중 로봇은 자율적으로 동작하는 ‘자율무인잠수정(AUV,autonomous underwater vehicle)’와 지상에서 원격 제어하는 ‘원격조종무인잠수정(ROV,remotely operated vehicle)’로 구분할 수 있다. 원격조종무인잠수정는 로봇 제어를 위해 수상에 있는 선박과 선으로 연결되어 있는게 일반적이다. 이번에 휴스턴 메카트로닉스가 공개한 ‘아쿠아노트’는 자율무인잠수정 모드로 이동하다가 작업 상황에선 원격조종무인잠수정으로 변신한다는 특징을 갖고 있다. 자율무인잠수정 모드 인 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 힘센서와 게(claw)처럼 생긴 그리퍼를 갖춘 로봇 팔, 헤드, 수중 추진장치 등을 숨기고 있다. 헤드 부분에는 스테레오 카메라, 3D센서, 소나 시스템 등을 장착하고 있다. 뒷면에는 두 개의 추진기가 장착돼 있으며 무게는 1050kg이다. . 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’고 말했다.

작동원리

아쿠아노트는 배나 헬리콥터로 해수면으로 이송된다. 상용버전은 음향네트워크에서 최대 3000m 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 매카트로닉스는 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 200km이상의 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(모뎀)로 작업을 지시하게 된다. 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, 3D센서 및 소나 시스템을 장착한 헤드가 제자리로 회전한다. 그다음 로봇은 힘 센서와 발톱 모양 그리퍼가 장착된 강력한 팔을 펼친다.

특징

• 장점

때로는 원격조종무인잠수정(ROV)가 필요하고, 다른 경우에는 자율무인잠수정(AUV)가 필요할 수 있다. 휴스톤 매카트로닉스는 아쿠아노트를 두 플랫폼 모두에서 좋은 성능을 발휘하도록 설계했다. 해저를 조작할 수 있으며, 자율무인잠수정(AUV)의 모든 원격 기능을 가지고 있다. 다른 선박을 기다리지 않아도 된다. 아쿠아노트는 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 하고있고, 환경이 로봇에 어떤 영향을 미치는지 감지할 수 있도록 수많은 센서를 장착했다. 그리고 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.

• 자율무인잠수정(AUV)

자율무인잠수정은 수중 조사 및 작업용 무인 로봇으로, 본체에 내장된 전원과 프로그램으로 작동되는 자율식 무인 잠수체를 말한다. 아쿠아노트는 자율무인잠수정 모드일 때 해저 매핑 및 광역 구조 검사와 같은 일반적인 작업을 수행하면서 한번에 200km(108nmi)를 주행한다. 아쿠아노트는 수직 추력 제어와 같이 다른 자율무인잠수정과는 차별점을 두었으며, 360도 회전하는 헤드 유닛을 사용하여 구조물 아래를 검사한다. 아쿠아노트 자율무인잠수정모드에서 조작한다면 변신한다. 한번의 유체 이동으로 분리되어 두개의 추가 제어추진기인 차량 팔을 노출시키고 헤드 매커니즘에 자유도를 향상시킨다.

• 원격조종무인잠수정(ROV)

원격조종무인잠수정은 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. 아쿠아노트 원격조종무인잠수정모드는 밸브를 조정, 해저 도구 사용, 구조 스캔 등 몇번의 마우스 클릭으로 이런 고급 해저 작업을 수행할 수 있다. 휴스톤 매카트로닉스는 "조이 스틱이 아닌 마우스 클릭 기능을 사용하여 아쿠아노트를 작동한다. 모든 로봇에 고 대역폭 사용자 입력을 추상화하는 기술이 내장되어 있어, 원격 조작할 필요가 없다."고 안내했다.

구성

상세 구성	내 용
특징	전기 자동차, 높은 수준의 자율성, 기존 원격조종무인잠수정(ROV)와 같이 지원 선박이 필요하지 않음, 잠수함 모드 200km 이상 이동 가능, 최대 운용 깊이 300m
높이	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 조명
작동	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

참고자료

• 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〉, 《전기 전자 기술자 협회》, 2019-05-01
• 조인혜, 〈휴스턴 메카트로닉스가 개발한 변신 수중 로봇은...〉, 《로봇신문》, 2019-05-01
• 휴스톤 매카트로닉스 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/

같이 보기

• 인공지능
• 로봇

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