SCIENCE 로봇기술을 통해 안전한 바다를 꿈꾸다
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해양은 다양한 자원의 보고일 뿐만 아니라, 스쿠버다이빙, 수상스키 등 다양한 레저활동이 이루어지는 공간이다. 푸른 바다와 하늘이 맞닿는 사이, 하얀 거품의 파도는 아름다운 풍경을 만들어낸다. 물속의 해양 생태계가 만들어내는 이색적인 경치는 육지에서 보기 힘든 신선한 경험을 선사한다.
그러나, 이런 멋진 경험 이면에는 안전사고의 위험이 도사리고 있다. 실제로 한 논문에 따르면 2000년부터 2013년까지 약 14년간 발생한 310건의 다이빙 사고를 분석하고 있는데, 90%가 넘는 많은 수가 사망사고로 이어지며, 구조된 경우는 단 1건으로 보고되고 있다.(한국체육과학회지, 2015) 즉, 해양에서 사고는 생명을 앗아갈 수 있는 위험한 순간을 직면할 수 있다. 그런데 이러한 사고를 좀 더 살펴보면, 사람의 방심과 부주의가 대부분의 사고를 불러오는 것을 알 수 있다. 소방방재청의 2011~2013 물놀이 익사 사고 통계에 따르면, 안전 수칙 불이행(47.4%), 수영 미숙(27.2%), 음주 수영(10.5%) 등 대부분이 안전불감증과 방심에 의한 것임을 알 수 있다. 반대로 말하면 안전 수칙만 잘 지킬 경우, 해양은 멋진 경험을 제공하는 공간이 되어줄 것이다. 활동별로 다양한 안전 수칙이 있겠지만, 스쿠버다이빙을 예로 들면 크게 세 가지로 요약된다. 버디(동료)와 함께 다이빙할 것, 안전속도를 지키며 이동할 것, 호흡을 멈추지 말 것 등 조금만 주의하면 충분히 지킬 수 있는 것들이다. 모두 안전 수칙을 잘 지켜서, 해양에서 안전하고 멋진 경험을 가지길 바라본다.
해양레저 안전 지원 수중 로봇 형상 및 주요 탑재 기능 ⓒ한국로봇융합연구원 해양레저장비사업단
최근 해양 레저활동에서의 안전 모니터링 및 가이드를 위한 해양 레저 안전 지원 로봇 기술이 개발되고 있다. 안전 지원 로봇은 다이버가 수중에서 안전 수칙에 따라 이동 및 해양 활동을 할 수 있도록 가이드하며, 위험한 상황에 빠지지 않는지 모니터링을 수행한다. 이 로봇은 다이버가 해양활동을 하는 전 범위에서 안전 가이드를 수행하는 것을 목적으로 하는데, 주된 기능은 다음과 같다. 먼저, 다이빙 상황에 대한 정보를 제공하며, 안전 수칙을 준수하며 수중 이동을 할 수 있도록 가이드한다. 또한, 다이버 안전거리 유지 여부 및 이상 여부를 모니터링하며, 사진 촬영과 같이 즐거운 다이빙을 지원하는 기능도 가지고 있다. 해양에서 이와 같은 기능을 제공하며 편하게 활용하기 위해, 안전 지원 로봇은 몇 가지 주요한 특징들을 가지고 있다.
먼저, 안전 지원 로봇은 선박에서 혹은 다이버가 직접 핸들링하기 편하도록 소형 및 경량화된 형태로 설계되었다. 최종적으로는 한 명이 쉽게 물에 넣고 회수할 수 있는 수준으로 작고 가볍게 만드는 것을 목표로 개발 중이다. 또한, 다이버의 위치와 상태를 모니터링하기 위한 다이버 인식 장치가 장착되어 있다. 광학카메라와 음파 카메라를 함께 사용하여 물이 흐린 경우에도 다이버를 모니터링하는 게 가능하다. 스크린 및 핸들은 다이버가 수중상황을 쉽게 파악할 수 있도록 화면을 통해 정보를 제공하며, 다이버가 로봇을 스쿠터처럼 직접 잡고 운용할 수 있도록 해준다. 로봇은 수중에서 자율적으로 움직이면서 다이버를 지원하며, 이를 위한 제어 및 항법 시스템을 갖추고 있다. 수중에서는 무선통신이 매우 제한적이며, 따라서 원격으로 조종하기 위해서는 테더 케이블이 연결되어야 하는데, 케이블 자체가 다이버의 안전에 위협이 될 수 있기 때문이다. 또한, 다양한 해양 활동을 지원할 수 있는 장비를 로봇 하단에 추가로 장착할 수 있는 구조도 갖추고 있다.
해양 레저 안전 지원 로봇은 안전한 해양 활동을 지원할 뿐만 아니라, 수중 로봇 기술을 진일보시킬 수 있을 것으로 기대된다. 기존의 수중 로봇은 케이블을 연결하여 원격제어를 통해 운용되거나(Remotely Operated Vehicle: ROV), 광범위한 영역을 자율적으로 움직이며 조사 작업을 하는 형태(Autonomous Underwater Vehicle: AUV)로 개발 및 운용되어 왔다. 즉, 수중에서 정밀한 조사 및 작업을 수행할 때는 ROV를 적용하며, 해저 탐사나 지형조사와 같이 넓은 영역을 조사하는 데는 AUV를 적용하여 작업이 가능하지만, 정교한 작업을 자율적으로 수행하는 것은 한계가 있다.
ROV (Remotely Operated Vehicle) ⓒ수중 굴삭기 로봇 팔로 암반 드르륵: 대한경제
AUV (Autonomous Underwater Vehicle) ⓒ어뢰형 자율무인잠수정의 수중 도킹 및 제어 전략:대한조선학회지
안전 지원 로봇은 기존의 ROV 및 AUV와는 다르게 사람에게 가까이 접근하여 정밀한 지원 작업을 자율적으로 수행할 수 있도록 설계되고 있다. 이를 위해서는 다이버의 상태를 정확히 인식하는 것과 로봇을 자율적으로 제어하는 기술이 중요하다. 그래서 인공지능에 기반하여 다이버를 인식하는 기술이 먼저 개발되고 있다. 광학카메라와 음파 카메라의 융합 정보를 이용하면 다이버의 위치, 자세 및 상태를 모니터링하는 것이 가능하다. 또한, 로봇을 자율적으로 움직이며 다이버를 지원하기 위한 자율제어 기술이 개발되고 있다. 이를 통해 조류와 같은 외란에도 강인하게 동작하며, 다이버의 시야에서 벗어나지 않도록 다이버-로봇 간 간격을 자율적으로 조정하면서 다이버를 지원하는 동작을 수행할 수 있게 된다.
(좌) 안전 지원 로봇의 다이버 모니터링 기술 (우) 자율제어 기술 ⓒ한국로봇융합연구원 해양레저장비사업단
안전 지원 로봇은 현재 개발을 진행 중이며, 프로토타입이 제작되어 각종 기능시험 및 알고리즘 검증이 진행되고 있다. 수조에서 다이버 인식에 필요한 데이터를 확보하는 시험을 진행했으며, 각종 센서의 성능 시험과 로봇의 기본적인 기능시험이 수행되었다. 또한 실제 바다에서 항법 시험과 로봇의 동작시험 등을 수행한 상태이다. 이상의 시험 결과를 바탕으로, 안전 지원 로봇의 성능과 활용성을 높이고자 노력할 예정이다.
해양레저 안전지원 수중로봇 수조 및 실해역 실험 모습 ⓒ한국로봇융합연구원 해양레저장비사업단
안전 지원 로봇은 현재 개발을 진행 중이며, 프로토타입이 제작되어 각종 기능시험 및 알고리즘 검증이 진행되고 있다. 수조에서 다이버 인식에 필요한 데이터를 확보하는 시험을 진행했으며, 각종 센서의 성능 시험과 로봇의 기본적인 기능시험이 수행되었다. 또한 실제 바다에서 항법 시험과 로봇의 동작시험 등을 수행한 상태이다. 이상의 시험 결과를 바탕으로, 안전 지원 로봇의 성능과 활용성을 높이고자 노력할 예정이다.
조건래
한국로봇융합연구원 조건래 본부장
2010년 KAIST 기계공학과에서 로보틱스 및 제어 분야 연구로 박사학위를 받았으며,
2010~2016년 동안 삼성중공업 중앙연구소에서 생산 자동화 로봇을 연구하였다.
2016년부터 지금까지 한국로봇융합연구원에서 로봇 및 제어 분야를 연구하고 있다.
주요 연구 분야는 수중 로봇, 물류 로봇, 강인제어, 강화학습 등이다.