미국 해안경비대(Coast Guard)와 국토안보부(Department of Homeland Security)가 북극의 미래 유해물질 및 기름 유출에 대한 대비의 일환으로 자율 수중 로봇(AUV)을 테스트하고 있다.

‘워크보트’에 따르면 고위도 지역으로 더 많은 선박을 수송하는 환경 변화에 따라 해안경비대는 기름 유출 대응에서 중요한 도전에 직면해 있다. 초점은 유출의 성격과 규모에 관한 초기 및 지속 정보에 대한 접근을 보장해 효과적인 정화를 돕는 것이다.

해안경비대 석유오염 연구조정위원회(Interagency Coordinating Committee on Oil Pollution Research)의 책임자인 커스틴 트레고(Kirsten Trego)는 "얼음이 덮혀있고 거리가 매우 멀기 때문에 북극에 있는 자원과 자산을 빠른 방법으로 끌어올리기가 어렵다”며 “더 나은 실시간 데이터로 보다 효과적인 대응 전략을 구현할 수 있다”고 말한다.

해양경비대가 진행하는 빙하에서의 기름 유출 작업을 돕기 위해 DHS 과학기술국(S&T)은 지난 4년 동안 DHS 엑셀런스 센터, 알래스카 앵커리지 대학의 ADAC(Actic Domain Awareness Center)를 통해 수중 로봇 작업을 해왔다. WHOI(Woods Hole Oceanographic Institute), 몬트레이베이수족관연구소(Monterey Bay Aquarium Research Institute)도 협력기관으로 참여했다.

S&T 프로그램 매니저인 테오 게멜라스(Theo Gemelas)는 "S&T가 ADAC를 만들었을 때 해안경비대는 연구 우선 순위로 북극 해역의 오일 유출에 대한 매핑을 언급했다"고 말했다. 이 연구의 결과는 '테티스 장거리자율주행잠수정(LRAUV:Tethys Long Range Autonomic Underwater Vehicle)'으로 오일 센서와 내비게이션 기능을 갖춘 헬리콥터 휴대형 어뢰 형태의 시스템이다.

원유, 디젤 등 오일 유출의 3차원 지도 제작, 전송

이 로봇은 원유, 디젤, 가솔린, 등유 유출의 3차원 지도를 제작, 전송함으로써 최초 대응자들에게 실시간 데이터를 제공할 수 있다. ADAC는 최근 캘리포니아에서 이 기술을 테스트했으며 얼음 아래 지역을 비롯해 올해와 내년에 더 많은 테스트를 할 계획이다.

2015년 1월부터 시작된 LRAUV 프로젝트는 2010년 멕시코만에서 발생한 딥워터 호라이즌(Deepwater Horizon)의 유출에 대한 대응으로 나타난 단점들을 극복하기 위한 움직임이다.

게멜라스에 따르면 이전에는 '제한된 센서 및 단기간 플랫폼'을 사용한 측정으로 인해 대응 노력이 큰 어려움을 겪었다고 한다. LRAUV는 배터리를 재충전하지 않고 최대 15일, 373마일(600km)을 항해할 수 있다. 최신 프로토타입은 시속 4.8km로 움직인다. LRAUV는 얼음 위에 설치된 부표와 함께 작업하면서 유출에 대한 귀중한 데이터를 제공할 수 있다.

ADAC의 집행위원장인 랜디 처치 키(Randy Church Kee)는 "이런 종류의 차량으로는 최초이다. 우리는 이전에 단단한 얼음 팩 아래에서는 수중 차량으로 기름 유출을 특성화할 수 없었다"고 말한다. 이 기술은 해안경비대의 대응능력을 확장시켜준다.

예를 들어 러시아와 알래스카가 만나는 러시아 추크치 해(Chukchi Sea)에서 기름 유출이 발생해 미국 영해로 흘러 들어간다면 해안경비대원들은 재빨리 팀을 동원해 LRAUV를 배치할 수 있다. 배치 후 로봇으로부터 전송되는 데이터를 감시할 수 있으며 특히 이 로봇은 얼음 아래나 주변에 있는 기름을 스캔해 특별히 설치된 부표를 통해 전송한다.

광대한 북극에는 셀룰러 커버리지가 없기 때문에 인공위성을 통해 데이터를 전송하는 초고주파 안테나를 갖춘 부표가 LRAUV의 주요한 성공 요소이다. 일단 배치되면 부표가 로봇의 배터리를 재충전하기 위해 태양 또는 파장을 제공해 원격에서 충전을 유지해주기 때문에 효과적이다. 키는 "태양광 장치는 점점 더 민감해지고 있다"며 "어두운 날씨와 눈이 많이 내리는 환경에서도 태양 전지판은 얼음으로부터 반사된 빛을 포착할 수 있다"고 설명한다.

2019년 언더아이스 등 모든 테스트 완료

LRAUV 프로토타입은 9월 27일 캘리포니아 몬터레이베이에서 오픈워터 테스트를 통해 기름 유출의 특징을 파악하고 데이터를 해안으로 전송하는 작업을 벌였다. 트레고는 "연구원은 LRAUV가 어떻게 작동하는지를 보여주었다"며 "이것은 오일 센서와 데이터 전송이 작동하는 첫번째 테스트였다"고 회고한다.

연구원들은 수중 로봇에 화학 센서를 장착하고 독성이 없는 네온 녹색 바다 염료를 물에 '누출'시킴으로써 선박에서 유출된 기름을 시뮬레이션 했다. 이 염료는 오일과 마찬가지로 물기둥의 13피트(396cm) 위에 떠 있을 수 있지만 몇 시간 내로 햇빛에 생분해된다.

키는 "이번 특수한 물 테스트는 기름 유출을 특성화하기 위해 새로 제작된 차량의 모든 이전 작업을 점검하기 위한 것"이라고 말했다. 로봇은 몇 분마다 표면으로 나와 제어 선박으로부터 데이터를 전송 및 수신하고, 셀룰러 연결을 통해 위치를 확인했다. 몇 시간 후 LRAUV는 전체 지역을 성공적으로 스캔했고 분석을 위해 데이터를 해안으로 전송했다.

LRAUV는 현재 미국 매사추세츠주 우즈홀(Woods Hole)에 있는 WHOI 연구소로 수송돼 또 한번의 테스트를 준비하고 있다. 연구진은 테스트에서 탐색 성능 데이터를 처리하고 결과에 따라 탐색 알고리즘을 조정한다. 그 후 연구팀은 3개의 통신 부표를 만들고 얼음 아래에 있는 로봇으로 테스트를 벌이게 된다. 겨울 동안 뉴햄프셔, 동부 그레이트레이크 혹은 알래스카의 큰 호수에서 언더아이스 테스트를 수행할 계획이다.

ADAC는 2019년 6월 말까지 언더아이스 테스트를 포함한 모든 엄격한 시험과 통신 릴레이 부표 건설을 완료할 계획이다. 트레고는 "9월 시연은 LRAUV의 독특한 역량을 강조했는데 이는 오일 유출 사고를 다루는데 사용된 도구세트에 큰 도움이 될 것"이라고 말했다.