‘로보월드 2018’ 기간에는 산업통상자원부와 한국로봇산업진흥원이 주최하고 제어로봇시스템학회가 주관하는 ‘국제로봇컨퍼런스(KRC 2018)’가 열린다. 지난 2012년, 2016년, 2017년에 이어 4번째로 개최되는 올해 국제로봇컨퍼런스는 ‘국제로봇기술포럼’ 형식으로 10월 12일 진행된다.

이번 포럼은 생체모방로봇 및 기술을 주제로 열린다. 한국과학기술정보연구원에서 2014년 10대 미래유망기술 중 하나로 선정한 생체모방로봇 기술은 지난 몇 년간 꾸준히 관심을 받고 있다. 특히 최근 육군에서 드론봇(드론+로봇)이라는 합성어를 만들고 생체모방로봇이 하나의 큰 축을 담당하게 되면서 생체모방로봇에 대한 관심은 더욱 높아졌다.

생체모방은 생명체의 구조적 특징, 동작 메커니즘 등의 특성을 정확하게 이해하고 이를 기반으로 기존의 이슈를 해결하거나 더 나은 성능을 구현하는 것으로, 최근 미세전자기계시스템(MEMS)과 같은 초소형화 기술, 3D 프린팅 등의 정밀 제조 기술, 스마트 소재 기술, 유연전자회로 기술 등의 발전으로 인해 더욱 정교한 생체모방로봇 구현이 가능해졌다.

해외에서는 학계를 중심으로 다양한 생체모방로봇 연구가 활발히 진행돼 왔다. 특히 미국에서는 방위고등연구계획국(DARPA)의 MAST 프로그램과 같은 프로젝트를 통해 국가적 차원에서 지원을 지속적으로 했고, 이러한 지원을 기반으로 치타 모방 로봇(Cheetah Robot), 바퀴벌레 모방 로봇(DASH, RHex), 벌새 모방 로봇(Nano Hummingbird), 벌 모방 로봇(Robobee) 등 다수의 생체모방로봇을 개발했다.

DASH는 UC버클리의 론 피어링(Ron Fearing) 교수 연구진이 개발한 로봇으로 관련 연구자들이 창업을 통해 로봇 상용화에도 성공했다. 나노 허밍버드(Nano Hummingbird)는 2011년 타임지에서 선정한 50개의 최고 발명품에 선정됐다. 로보비(Robobee)는 하버드대 로버트 우드(Robert Wood) 교수 연구진이 개발한 초소형 로봇으로 곤충로봇의 새로운 가능성을 보여줬다.

유럽에서는 독일 훼스토(Festo) 기업이 개미 로봇으로 시작해 캥거루 로봇, 잠자리 로봇, 문어 로봇, 코끼리 로봇 등으로 연구를 확장, 발전해가고 있다. 국내에서는 주요 대학을 중심으로 연구실 수준의 기초 연구가 진행되어 왔다. 가시적 성과로 서울대의 소금쟁이 로봇, 카이스트의 뱀형로봇, 한국생산기술연구원의 4족 보행 로봇, 건국대의 장수풍뎅이 로봇 등이 있었으나 전반적으로 해외에 비해서는 그리 활발하게 연구되지 않았다.

최근 생체모방로봇 분야에 대한 관심이 증대되고 필요성이 대두되면서 서울대에 생체모방자율로봇 특화연구센터(BMRR)가 2013년 10월 설립됐다. BMRR 센터에서는 단순 기구적, 기계공학적 접근을 취하는 대부분의 기존 연구와 달리 기계·항공, 전기·전자·제어계측·통신, 컴퓨터공학 전문가의 집단적, 통합적 접근을 기반으로 생체모방로봇의 원천기술 연구를 진행하고 있다. 군 적용은 물론 재난 구조, 탐사, IoT 적용 등의 다양한 생체모방로봇 활용 가능성 때문에 국방 및 산업계에서 두루 관심을 보이고 있다.

이번 국제로봇기술 포럼은 생체모방로봇 연구와 향후 생체모방로봇의 활용에 필요한 핵심 요소기술을 같이 소개하는 자리로 마련됐다. 이번 포럼 발표자와 발표내용을 간략히 소개한다.

◇조동일 교수(서울대 및 생체모방로봇 특화연구센터)
주제:Nature Inspired Sensing with Scalable SiNW Technology for Mass Applications

곤충 감각모의 기계 수용체를 모방한 실리콘 나노와이어를 이용한 효과적인 생체모방 센싱 기술을 소개한다. 실리콘 나노와이어는 고종횡비, 큰 표면적 대 부피비를 가진 구조로 뛰어난 압저항 효과를 가지고 있어, 미세 소관의 형태학적 구조와 고민감도 기능적 특성을 모두 모방할 수 있다.

먼저, 새로운 톱다운(top-down) 방식의 나노와이어 제조 방법을 제시한다. 다음으로 응력 집중 모델과 피에조핀치 효과를 기반으로 압저항 저항 효과를 예측하는 새로운 분석 모델을 보여준다. 마지막으로 유체, 촉각, 가속 및 회전의 생체 모방 감지에서 나노와이어의 응용 가능성을 제시한다.

◇조규진 교수(서울대 및 생체모방로봇 특화연구센터)
주제:Jumping and Gliding of Small Biomimetic Robots

생체모방 점핑 로봇, 크롤링 및 점핑이 가능한 멀티모달 로봇, 글라이딩이 가능한 멀티모달 로봇을 소개한다. 점핑과 크롤링이 통합된 멀티모달 로봇은 점프 높이, 크롤링 속도, 점프 궤도를 제어할 수 있으며 주어진 상황에 따라 크롤링 또는 점프하여 지형을 보다 효과적으로 탐색할 수 있다.

또한, 글라이딩과 점핑이 결합된 멀티모달 로봇은 점핑을 통한 이동거리를 효율적으로 증가시킬 수 있으며, 글라이딩은 안정적이고 정확한 착륙 위치를 유도하여 로봇의 연속적인 이동이 용이하도록 한다.

◇Nick Kohut CEO(Dash Robotics)
주제:DASH–Research to Retail: 100,000 Folding Robots

대쉬 로보틱스(Dash Robotics)는 생체모방로봇 분야의 선도 연구 그룹인 UC 버클리 론 피어링(Ron Fearing) 교수 연구실에서 창업한 벤처 회사이다. 기초 연구에서 회사 창업에 이르기까지의 과정을 소개한다. 바퀴벌레를 모방한 6족 보행 로봇 DASH를 개발하고 종이접기 제조 방식을 채택해 상용 장난감 제품에 적용했다. 실험실의 기술을 매장으로 가져오고 궁극적으로 고객의 손에 가게 하는 문제에 대해 자세히 설명한다.

◇박훈철 교수(건국대 및 생체모방로봇 특화연구센터)
주제:KUBeetle - Insect-Like Tailless Flapping-Wing Robot

딱정벌레의 비행을 모방한 플래핑 기반 비행 로봇 KUBeetle 연구를 소개한다. 딱정벌레는 조류의 플래핑 메커니즘과 달리 플래핑 각도가 180도까지 되는 플래핑 메커니즘을 가지고 있다. 그리고 곤충은 꼬리 날개가 없기 때문에 자세 제어를 위해서는 두 날개의 플래핑을 비대칭적으로 제어할 수 있어야 한다. 이를 위해 flapping-angle-change,trailing-edge-change,stroke-plane change 메커니즘을 개발했다. KUBeetle은 3개의 서보를 가지고 있고 무게가 19.7g이며 2분30초 동안 정지 비행할 수 있다. 현재 전진 비행을 위해 개발 중에 있다.

◇박세웅 교수(서울대 및 생체모방로봇 특화연구센터)
주제:IoT Mesh for Disaster Communications with Mobile Sensor Devices

사물인터넷(Internet of Things:IoT)은 저전력 및 손실 네트워크 (LLN)의 넓은 영역에 배치된 리소스가 제한된 임베디드 장치에 인터넷 연결을 제공하는 것으로 학계 및 산업계의 기술 메가 트렌드이다.

IoT 환경에서 여러 응용 프로그램 영역에 적용 가능한 BLE(Bluetooth Low Energy) 네트워크를 소개한다.

먼저, 마켓넷(MarketNet)이라고 하는 비대칭 양방향 통신 아키텍처에 대해 설명한다. 둘째, BLE 기반의 멀티 홉 IoT 네트워크를 제공하기 위해 프로토콜 아키텍처를 설계한다. 마지막으로 모바일 센서 장치를 사용한 재난 통신에 적용 가능성을 보여준다.

◇Pakpong Chirarattananon 교수(홍콩시립대)
주제:Biologically Inspired Robots: Flying Like a Fly, Swimming Like a …. Fly?

벌을 모방한 초소형(millimeter scale) 비행 로봇에 대한 연구 성과와 제작 및 제어에서 발생하는 이슈들에 대해 다룬다. 초소형 비행 로봇 개발의 주요 이슈는 구동, 전력, 복잡한 유체 구조의 상호작용이다. 수년 동안의 반복적인 이론적 모델링, 설계, 실험을 통해 초소형 생체모방 비행 로봇의 비행을 입증하였으며 복잡한 기동도 실현했다. 개발한 로봇은 날거나 벽에 착륙할 수 있으며, 수영을 하거나 물에서 빠져 나갈 수 있다.

◇안성훈 교수(서울대 및 생체모방로봇 특화연구센터)
주제:Scale Effects of Soft Robots and Actuators Using Shape Memory Alloy

스마트 소재는 센서, 액추에이터 및 로봇 분야에서 널리 사용되고 있으며, 스마트 소재의 다기능적인 능력은 엔지니어링 응용 프로그램의 질을 높인다.

스마트 소재의 한 예로서 형상기억합금(SMA)과 소프트 스마트 복합 재료(SSC)에 대한 연구들을 다룬다.

먼저, 낮은 강성과 신축성을 가진 형상 기억 니트 액추에이터 연구에 대해 소개한다. 다음으로 메소/마이크로 레벨로의 스케일 축소를 통해 25~40 um두께를 가진 SMA 와이어를 보여준다. 얇은 SMA 구조의 광 구동 기반 동작 방식은 최대 1,600 Hz까지 작동 주파수를 향상시킨다. 마지막으로 SMA 기반 생체모방 로봇에 대해 자세히 설명한다.