한국과학기술원(KAIST)은 전기및전자공학부 명현 교수 연구팀(미래도시 로봇연구실)이 두더지 로봇인 ‘몰봇’(Mole-bot)을 개발했다고 4일 밝혔다.

몰봇은 석유, 석탄 등 기존 에너지원을 대체해 신 에너지원으로 사용 가능한 탄층 메탄가스(Coalbed Methane)나 전자기기에 이용되는 희토류 등이 매설된 지역의 탐사, 우주 행성의 표본 채취를 목표로 개발됐다.

기존 천부 굴착작업은 시추기와 파이프라인, 펌프 등 각종 장비를 조합해 작업을 진행해야 하지만, 몰봇 하나면 모든 작업을 원활히 수행할 수 있다. 이를 임베디드 방식이라고 표현하는데, 특히 몰봇 개발을 계기로 기존의 거대하고 복잡한 드릴링 장비 사용과 이로 인한 복잡한 공정, 환경 오염 유발 등 많은 문제점이 해결될 것으로 기대된다.

몰봇은 크게 드릴링부, 잔해 제거부, 방향전환을 위한 허리부, 이동 및 고정부로 구성된다. 크기는 지름 25cm, 길이 84cm이며, 무게는 26kg이다. 우선 드릴링 메커니즘은 이빨로 토양을 긁어내는 두더지 종 중의 하나인 ‘치젤 투스’(Chisel tooth mole)를 생체모방해 새로운 확장형 메커니즘을 개발했는데, 기존 기술 대비 높은 확장성을 가지며 안정적인 드릴링이 가능하다.

잔해 제거 메커니즘은 크고 강력한 앞발을 이용해 굴착 및 잔해를 제거하는 또다른 두더지 종인 ‘휴머럴 로테이션’(Humeral rotation mole)의 특별한 어깨구조를 모사해 설계했다. 휴머럴 로테이션은 길쭉한 형태의 견갑골을 가져 견갑골의 직선운동을 상완골에서 강력한 회전력으로 변환할 수 있다.

연구팀은 이러한 생물학적 구조를 모방해 효율적인 잔해 제거가 가능하도록 앞발 메커니즘을 새로 개발했다. 허리부는 두더지의 허리를 모사한 메커니즘을 통해 지하 내에서 360도 자유롭게 방향 전환이 가능하다. 이동부는 동일한 3개의 유닛을 삼각형 형태(120도 간격)로 균등 배치해 지하 내에서 안정적인 지지 및 이동을 할 수 있도록 설계됐다.

이밖에도 지하에서 로봇의 위치를 측정할 수 있는 센서시스템과 알고리즘이 탑재됐다. 지하 환경은 주변이 암석과 흙으로 이뤄져있어 무선통신 신호를 활용하기 어렵고 또 내부가 협소하고 어둡기 때문에 비전 및 레이저 센서를 사용하기 어렵다.

이를 해결하기 위해 몰봇에 자기장 센서가 포함된 관성항법 센서를 탑재했는데, 그 결과 지구 자기장 데이터의 변화를 측정해 로봇 위치를 인식할 수 있다.

몰봇은 한국산업기술시험원(KTL)의 공인인증 평가를 통해 성능을 검증했으며, 총 4개의 항목에서 평가를 받았다. 최대 굴진각은 100피트당 38도, 위치 인식 평균 제곱근 오차는 6.03cm, 굴진 속도는 시속 1.46m, 방향각 추정 오차는 0.4도로, 기존 세계 최고 방식과 비교할 때 굴진 속도는 3배 이상, 방향각 추정성능은 6배 이상 향상된 성능을 보였다.