▲ 해양 측정 장치에 시트렉의 에너지 하베스팅 모듈 S1을 양쪽에 부착한 모습(사진=시트렉)

해양 환경 조사 또는 수중 생태계 연구에 활용되는 수중 글라이더 및 수중 자율 드론에 ‘에너지 하베스팅(Energy Harvesting·에너지 수확)’ 기술을 접목하려는 연구가 진행되고 있다.

에너지 하베스팅 기술을 수중 로봇에 적용하면 수중 글라이더나 수중 자율 드론을 재충전하기 위해 부유 장치나 로봇 검사 장치를 회수하지 않고도 장기간 탐사 및 조사 활동에 투입하는 게 가능해진다.

IEEE 스텍트럼에 따르면 미 항공우주국(NASA) JPL(제트추진연구소) 출신 엔지니어인 '이 차오(Yi Chao)'가 설립한 에너지 하베스팅 기술 스타트업인 ‘시트렉(SeaTrec)’은 바다물의 수온 차이를 이용해 에너지를 얻는 에너지 하베스팅 기술을 개발하고 수중 자율드론과 수중 자율로봇에 적용하려는 시도를 하고 있다.

시트렉에 따르면 현재 전세계 해양에는 해양 생태계 연구를 위해 수많은 로봇 글라이더와 부유 센서들이 설치돼 운영되고 있다. 이들 기기는 임무가 종료되거나 배터리가 완전히 방전된 이후에는 회수되지 않고 바다속에 그대로 버려진다. 이들 장비를 회수해 재충전하려면 로봇 측정장치나 수중 글라이더가 설치되어 있는 곳으로 선박을 보내야 하는데 동원할만한 선박들이 충분치 않고 회수 비용도 많이 들어간다.

이렇게 버려진 로봇 글라이더와 부유 센서들의 안에는 리튬이온 배터리가 들어있는데, 바다 속으로 가라앉아 해양 생태계의 오염을 초래하는 원인이 된다.

시트렉의 이 차오(Yi Chao) CEO는 “우리의 목표는 에너지 하베스팅 기술을 수중 로봇에 적용해 로봇의 회수 없이도 바다 현장에서 바로 재충전할 수 있도록 하는 것”이라고 말했다.

미 캘리포니아에 위치한 시트렉은 열에너지 하베스팅 시스템인 S1을 개발해 1천m 수심의 바다속에서 테스트를 진행했다. 열에너지 하베스팅과 연결된 로봇 측정 장치는 해양 생태계 데이터를 수집해 전송하는 역할을 한다.

여기서 한발 더 나아가 시트렉은 방산업체인 노드럽 그루먼과 제휴해 이 회사의 자체 절연 전기 케이블 기술과 자사의 에너지 하베스팅 기술을 결합해 수중 재충전 스테이션 개발 프로젝트를 진행하고 있다. 이 시스템이 개발되면 수중 자율 드론은 수중에서 계속 배터리를 재충전받을 수 있게 된다.

시트렉의 에너지 하베스팅 기술은 고체가 액체로, 다시 액체가 기체로 변화하는 과정에서 발생하는 압력의 차이를 이용한다. 물체의 형태가 고체에서 액체로, 다시 액체에서 기체로 바뀌려면 온도의 변화가 필요한데 바다물은 깊은 바다와 얕은 바다간에 온도 차이가 존재한다. 이 온도 차이가 결국 압력의 변화를 일으켜 에너지를 만들어내는 것이다.

▲ 에너지 하베스팅 기술의 로봇 적용 개념도(이미지=시트렉)

시트렉이 개발한 에너지 하베스팅 모듈은 깊은 바다와 얕은 바다를 수직 방향으로 이동하면서 온도차에 따른 에너지 수확이 가능하다. 이 모듈을 수중 로봇에 부착하면 로봇이 심해와 얕은 바다를 수직으로 움직이면서 에너지를 재충전할 수 있다. 에너지를 재충전 받은 수중 로봇 또는 수중 드론은 별도의 회수 절차 없이도 에너지를 공급받아 데이터의 측정 및 전송 등 작업을 수행할 수 있게 된다.

시트렉은 이 로봇 시스템이 개발되면 해양 생태계를 연구하는 해양과학자뿐 아니라 군사용 및 정부 기관용으로도 활용될 수 있을 것으로 보고 있다. 장기적으로는 바다에 양식장을 운영하고 있는 양식업자들도 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.