美 ‘얼음으로 만든 화성 탐사로봇’ 개발하나…“현지 부품 조달 가능”

로켓을 사용해 우주선을 한 번 띄우려면 막대한 비용이 들어간다. 따라서 인류가 앞으로 진출할 화성에 보낼 물자는 한정돼 있는 것이 현실이다. 그렇다면 화성에서 탐사 임무를 수행할 로봇이 고장 났을 때 수리할 부품은 어디에서 가져가야 하는 것일까.

미국 펜실베이니아대 그랩스(GRASP) 연구실은 지난 5일(현지시간) 연구실 소속 데빈 캐럴 박사와 마크 임 부교수가 이 과제에 관한 해결책으로 ‘얼음으로 만든 로봇’(Robots Made From Ice)을 제시했다고 밝혔다.

발표에 따르면, 얼음은 화성에서도 쉽게 구할 수 있어 이를 재료로 하면 현지에서 부품을 교환하거나 수리할 수 있다.

이런 행성과 같이 물자가 제한된 환경에서 활동을 계속해 나가려면 자기 재구성과 자기 복제 그리고 자기 복구가 가능한 로봇 개념을 검토해야 한다. 이에 따라 캐럴 박사와 임 부교수는 이 과제에 임하는 첫 걸음으로 현지에서 조달할 수 있는 에너지와 재료에 주목했다.

우선 로봇을 움직이는 전력은 태양광 발전을 통해 얻을 수 있다. 이는 기존 화성 탐사로봇에도 적용돼 있기에 확실하다고 할 수 있다. 그다음으로 로봇의 본체나 바퀴에는 화성에도 존재하는 얼음을 채택한다. 이에 따라 만일 본체나 바퀴가 파손됐다고 해도 수리할 부품을 주위에서 쉽게 구할 수 있는 것이다. 다만 전지와 전자 기기 그리고 모터 등 핵심 부품은 얼음으로 만들 수 없어 이런 것은 지구에서 추가로 보내는 보충 물자에 의존해야 한다.

이번 연구는 얼음으로 만든 로봇을 기온이 낮은 지역에서 운용하는 것을 전제로 삼고 있다. 로봇에 의해 생성되는 열기 탓에 스스로 녹지 않으려면 기온이 매우 낮아야 하기 때문이다.

또 얼음으로 만드는 부품을 가공하는데는 3D 프린트나 CNC 가공(컴퓨터 수치 제어에 의한 기계 가공)보다 드릴로 깎는 단순한 가공 방법이 가장 에너지 효율이 높고 효과적인 것으로 확인됐다. 참고로 얼음으로 된 타이어와 금속으로 된 축 베어링을 결합하는 부분에서는 얼음의 재결합 특성을 이용하면 된다.

공개된 영상에서는 이들 연구자가 만든 중량 6.3㎏의 얼음 로봇을 시험 운전하는 모습이 담겨 있는데 상온에서도 금세 녹지 않는 것을 보여준다.

현재 연구 단계에서는 이런 얼음 로봇에 자기 복구 기능이 있는 것은 아니다. 단지 행성에서도 구하기 쉬운 재료를 이용하고 있을 뿐인 것이다.

하지만 캐럴 박사와 임 부교수는 앞으로 두 가지 방법으로 복구 기능을 갖출 수 있을지도 모른다고 생각한다. 첫 번째는 얼음 로봇에 스스로 주변을 탐색해 복구하는 데 필요한 얼음을 수집하는 기능을 갖게 하는 것이다. 그리고 나머지 하나는 얼음 로봇 자체에 자기 복구 기능을 갖추는 것이다.

본체에 균열이 생기면 자동으로 얼음 반창고를 사용해 균열을 밀폐, 더는 균열이 퍼지지 않도록 해야 한다.

연구진은 "얼음 로봇이 구상 초기 단계에 있다"면서 “자기 복구 로봇을 실현하려면 아직 갈 길이 멀었지만 앞으로도 이를 개선해 나갈 것”이라고 말했다.

자세한 연구 결과는 지난해 10월 29일 세계로봇학술대회(IROS·IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems)2020에서 공개됐다.

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr