▲델타 암 조작기(매니퓰레이터)가 장착된 주문 제작 드론을 사용한 에어리얼 AM 시멘트 재질 3D 인쇄. (사진=에어리얼 로보틱스랩, 런던 임페리얼 칼리지)

미국,영국,스위스의 대학·연구소 다학제 공동 연구진이 완전 자율 방식 군집 비행을 통해 시멘트 구조물을 건축 및 수리하는 3D프린팅 드론 기술 실현에 성공했다고 펜투데이가 지난 22일(현지시각) 보도했다.

이에 따르면 미국 펜실베이니아대 와이즈만 스쿨 연구원들은 벌로부터 영감을 받아 비행 중 건축 재료를 일괄적으로 3D 프린팅할 수 있는 드론 떼를 만들어 무한히 구조물을 만들고 수리할 수 있도록 하는 기술을 개발했다. 이는 스위스연방 재료과학연구소(Empa) 및 런던 임페리얼 칼리지대 연구원들과의 협업을 통해 이뤄졌다.

3D 프린팅의 등장은 연구자, 학생, 기업가 및 대규모 공장이 디지털 디자인을 손에 잡히는 대상으로 빠르게 전환할 수 있도록 함으로써 많은 산업을 변화시켰다. 이 기술은 건설업계에서 점점 더 많이 사용되고 있지만 이 기계의 크기와 운송 능력에 따른 배치의 어려움으로 인해 건설 능력이 제한되는 상황에 맞닥뜨리곤 한다.

새로운 3D 프린팅 접근 방식은 이러한 과제를 해결하고자 군집 비행 로봇(드론)을 사용함으로써 벌과 말벌과 같은 자연 협력 건설자들에게서 영감을 얻은 집단 건축 방법을 활용한다. .

공중 적층 제조로 알려진 드론 비행대는 하나의 청사진에서 협력적으로 작동하면서 진행 중인 기술을 채택한다. 이 드론들은 비행 중 완전히 자율적이다. 하지만 인간관제사는 이들이 제공하는 정보를 바탕으로 진행 상황을 확인하고 감시하며 필요한 경우 개입하게 된다.

이 프로젝트는 로버트 스튜어트스미스 펜실베이니아대 조교수(스튜어트 와이즈먼 디자인스쿨 및 펜 엔지니어링 GRASP 랩 교수진)와 머코 코백 교수(런던 임페리얼 칼리지대 및 스위스 연방재료과학 기술 연구소) 간의 오랜 협력에서 비롯됐다.

이 일련의 프로젝트는 코백 교수와 펜실베이니아대, 임페리얼 칼리지대, 런던 칼리지대, 배쓰대, 런던 퀸메리대, 뮌헨공대의 다학제 연구팀 연구원인 스테판 류터거, 비제이 파와르, 리처드볼, 크리스 윌리엄스 등이 수년간 공동으로 연구해 개발했다.

스튜어트스미스 교수는 “높은 건물이나 다리처럼 접근하기 어렵거나 위험하거나 도전적인 높이에 있는 지역에서의 건설 방식에 영향을 미칠 수 있는 잠재력있는 흥미로운 연구다. 이 작업은 초기 개념 증명 단계에 있지만, 분산형 적응형 제조라는 접근 방식은 건설의 흥미로운 추세와 건물 설계의 새로운 기회와 나란히 하고 있다”고 말했다.

이 팀의 연구 결과는 최근 네이처에 ‘여러 개의 자율 로봇을 이용한 에어리얼 적층 제조’라는 제목으로 게재됐다.

▲에어리얼 AM 로봇 팀의 멀티 에이전트 조정을 보여주는 저속촬영 광선 추적. (사진=펜실베이니아대 자율 생산랩, UCL)

▲3D프린팅 군집 로봇(왼쪽)과 이 로봇들이 3D 프린팅해 만든 시멘트 구조물. (사진=에어리얼 로보틱스랩, 런던 임페리얼 칼리지대)

앞으로 연구진은 건설사와 협력, 자신들이 개발한 솔루션을 검증하고 수리 및 제조 역량을 제공할 예정이다. 그들은 이 기술이 전통적인 수동식 프린팅 방법에 비해 상당한 비용 절감과 위험 감소를 제공할 것이라고 믿는다.

스튜어트스미스는 “펜실베이니아대 팀은 현재 런던과 스위스의 동료들과 계속 협력하고 이 연구의 역량을 높이는 데 관심이 있는 산업 파트너들과 대화하면서 이 접근 방식의 건설을 활용하는 빌딩 설계 솔루션을 개발하고 있다”고 덧붙였다.

그는 디자인 과학 석사들을 위한 로봇 및 자율시스템(MSD-RAS) 학위 프로그램 편성자이자 와이즈만 디자인 스쿨의 건축학 조교수이자 펜실베이니아공대 GRASP랩 교수다. 또한 펜실베이니아공대 건축과에서 자율생산랩(Autonomous Manufacturing Lab)을 이끌고 있으며 런던칼리지대 컴퓨터과학과에서 공동으로 자매 연구소를 이끌고 있다.