요약:
싱가포르 기술디자인대학교(SUTD) 연구팀은 ALBATROSS라는 새로운 생체공학 로봇 플랫폼을 개발했습니다. 디자인 컨셉은 '단풍씨처럼 떨어지고 범선처럼 항해한다'로 요약할 수 있다. 이 시스템은 해안에서 멀리 떨어진 원격 해역의 장기 모니터링 문제를 해결하도록 설계되었습니다. 환경 모니터링을 위한 저비용, 고효율 솔루션을 제공하여 앞으로 몇 주 동안 해상에서 계속 작업할 것으로 예상됩니다.
ALBATROSS는 "부력 자동 회전 항해 센서를 갖춘 공중 착륙선"을 의미합니다. 연구원들은 항공 플랫폼의 신속한 배치의 장점과 해상 항법 장비의 오래 지속되는 내구성을 결합하여 로봇이 항공기에서 목표 해역으로 직접 투하되고 물에 빠진 후 자동으로 자세를 조정하며 풍력을 사용하여 자율적으로 항해할 수 있기를 바라고 있습니다.
오랫동안 해양 환경 모니터링은 딜레마에 직면해 왔습니다. 기존 선박은 임무 지역에 오랫동안 머물며 데이터를 수집할 수 있지만, 목표 위치에 도달하는 데는 오랜 시간이 걸리는 경우가 많습니다. 항공기는 지정된 지역에 빠르게 도달할 수 있지만 모니터링 작업을 수행하기 위해 지속적으로 머물 수는 없습니다. 연구팀은 ALBATROSS가 두 가지 장점을 결합해 신속하게 배치하고 오랫동안 현장에 머무를 수 있다고 믿고 있습니다.
실제 사용 시나리오에서 항공기는 ALBATROSS를 대상 해역으로 운송하고 공중 투하를 구현합니다. 로봇에는 두 개의 견고한 날개 돛이 장착되어 있습니다. 이러한 윙세일은 하강 속도를 늦출 뿐만 아니라 범선이 물에 빠진 후 동력원 역할을 하기 때문에 추가적인 낙하산이나 특별한 랜딩 기어가 필요하지 않습니다.
하강 과정에서 날개 돛은 단풍나무 씨앗처럼 수동적으로 회전하여 회전을 통한 안정화 효과를 생성하고 낙하 속도를 늦추며 안정된 자세를 유지합니다. 플랫폼이 물에 닿으면 특별한 무게 분산 설계로 로봇이 자동으로 올바른 자세를 회복하는 데 도움이 됩니다. 이어 두 개의 날개 돛이 바람의 에너지를 이용해 플랫폼을 앞으로 밀기 시작했고, 물고기 꼬리 구조를 본떠 설계된 방향타 표면이 코스를 제어하는 역할을 했다.
연구팀은 ALBATROSS의 디자인 컨셉이 자연 환경에 맞서 싸우는 것이 아니라 자연의 힘을 최대한 활용하여 작업을 완료하는 것이라고 밝혔습니다. 로봇은 안전한 착륙을 완료하기 위해 수동 회전을 사용하고 무게 중심 설계를 통해 자동 복원을 실현한 다음 풍력을 사용하여 연속 동작을 달성합니다. 연구진은 이러한 상대적으로 단순한 기계 구조가 비용을 크게 절감하고 기존 방법으로는 도달하기 어려운 분야에 대규모 배치를 촉진할 것으로 기대하고 있습니다.
순항 상태에 들어간 후 ALBATROSS는 3개의 액추에이터와 3개의 내비게이션 센서에만 의존하여 미리 설정된 여러 웨이포인트 사이를 자율적으로 이동할 수 있습니다. 연구팀은 디자인 효과를 검증하기 위해 한번은 프로토타입을 고도 150m에서 발사한 바 있다. 테스트 결과에 따르면 로봇은 하강하는 동안 안정성을 유지하고 낮은 충격력으로 물에 들어가 자율 정정 및 탐색 작업을 성공적으로 완료한 것으로 나타났습니다. 연구원들은 회전 감속 시스템이 없으면 유사한 플랫폼이 물에 빠졌을 때 경험하는 충격 에너지가 약 18.5배 증가할 것으로 추정합니다.
싱가포르 저수지의 현장 테스트에서 더 큰 ALBATROSS 프로토타입은 시속 약 1km의 최고 속도를 달성했으며 약 3시간 동안 지속적으로 작동했습니다. 이 기간 동안 항공 센서는 습도, 온도, 풍향과 같은 환경 데이터를 성공적으로 수집했습니다.
연구팀은 이 플랫폼이 향후 환경 모니터링, 기후변화 연구, 수색구조 작전, 해양안보 등 분야에서 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 믿고 있다. 추진력은 주로 풍력 에너지에 의존하기 때문에 에너지 소비를 줄이면서 임무 수행 시간은 크게 연장될 것으로 예상된다.
그러나 현재 ALBATROSS는 주로 통제된 환경에서 테스트되고 있으며 아직 실제 바다에서 엄격한 테스트를 경험하지 못했습니다. 연구원들은 다음 작업 단계에서는 가혹한 바다 조건에서 구조적 강도, 내구성 및 신뢰성을 향상시키는 것을 포함하여 플랫폼을 실제 해양 환경 응용 프로그램으로 전환하는 데 중점을 둘 것이라고 말했습니다.
또한 ALBATROSS의 향후 버전에는 수중 센서, 소나 시스템, 대용량 에너지 저장 장치 등 더욱 풍부한 감지 장비를 탑재하여 더욱 복잡하고 장기적인 해양 관측 작업을 수행할 계획입니다.
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