상쾌한 봄날 남극의 McMurdo 기지에서 연구원들이 빙하의 구멍을 통해 작은 원통형 로봇을 투하하며, 수중로봇 탐사 역사에 또 다른 페이지를 장식하였다.
2007년 10월 15일, SCINI(Submersible Capable of under Ice Navigation and Imaging, 빙하 아래 내비게이션 및 이미징이 가능한 잠수정) 로봇의 빙하 밑 처녀항해는 해양연구 및 탐사용 ROV(Remotely Operated Vehicle, 무인 잠수정) 사용에 새장을 열었다.
어는점보다 2℃가 낮은 남극 빙하 아래로 잠수하는 것은 위험한 일이다.
따라서 미국과학재단은 SolidWorksⓡ 3D 설계 및 COSMOSWorksⓡ Designer 분석 소프트웨어를 사용하여 SCINI ROV를 개발 및 제작함으로써 이 일을 성공시켰다. <편집자 주>
●● 1000피트 빙하 밑 탐사 가능한 SCINI ROV의 개발
·SolidWorksⓡ 3D 설계 및 COSMOSWorksⓡ Designer 분석 소프트웨어
남극의 McMurdo 기지의 빙하 밑은 어둡고 조류를 거스르기가 어려우며 수심 130피트까지만 안전하게 다이버가 내려갈 수 있었지만, 빙하 위와 아래의 험난한 남극환경으로 인해 다이빙 탐사 활동은 연구 기지(특히, McMurdo 기지에서 1년 내내 가동되는 과학 커뮤니티)의 제한된 반경 범위 내의 물기둥의 상층으로 제한되어 왔다.
빙하 밑 환경탐사의 위험과 한계를 극복하기 위해 미국과학재단(National Science Foundation) 후원 기관의 선임 엔지니어인 Robert Zook는 이전에 탐사되지 않은 전체 남극 영역보다 1000피트 아래의 해양저에 서식하는 해양 생물을 연구원들이 조사할 수 있도록 SCINI ROV를 개발 및 제작하였다.
Zook는 SolidWorksⓡ 3D 설계 및 COSMOSWorksⓡDesigner 분석 소프트웨어를 사용하여 고해상도 5Mp 비디오카메라, 추진 장치용 모델 헬리콥터 모터, PVC 하우징, 여러 개의 압력 밀봉식 전자장치 보틀, 긴 생명줄을 결합한 SCINI 설계를 만들었다.
이로써 ROV는 해양저의 상세 이미지를 제공하여 과학자들이 40년 넘게 수행하지 못했던 실험을 할 수 있게 할 것이다.
·과학연구, 상용개발, 교육까지… 다목적 ROV에 대한 수요 증가
이처럼 SCINI ROV는 해양 로봇공학의 증가하고 있는 최근 활동의 한 예이며, 교육 분야에서 수중 ROV의 중요성이 증가하는 것을 의미한다.
오늘날 연구원, 학술기관, 일반기업에서 이전에는 개발되지 않았던 지구의 마지막 자원인 해양의 탐사와 개발을 점점 확대함에 따라 수중 ROV 개발이 로봇공학의 성장 분야로 대두되고 있다.
심해저를 조사할 수 있는 새 기회가 증가함에 따라 인간이 해저로 향하는 간접여행에 참여할 수 있고 과학 표본을 채취할 수 있는 다목적 ROV에 대한 수요가 과학 연구 및 상용 개발영역은 물론 교육적인 로봇 대회의 장에서도 계속해서 증가하고 있다.
사실, Zook의 SCINI 제작에 대한 열정은 1997년에 그가 남극에서 만났던 친구이자 동료인 Tom Rebold가 로봇공학 강사로 재직하고 있는 몬테리아 반도 대학(Monterrey Peninsula College)의 MATE Center에서 개최된 여러 차례의 MATE(Marine Advanced Technology Education) 회의에 참석하면서 시작되었다.
이 같은 활발한 해양 로봇공학 연구 및 교육 활동 사이의 필수적인 연결을 통해 미래의 과학자와 로봇 엔지니어가 현재 완성된 혁신적인 ROV 제품을 기반으로 앞으로 나아갈 수 있을 것이다.
지난여름, Zook가 SCINI ROV를 출시할 준비를 하고 있는 동안, 중학교, 홈스쿨, 고등학교 학생부터 전문대학, 기술학교, 대학생까지 모든 연령의 청소년들이 지구 반대편의 캐나다 뉴펀들랜드주의 세인트존에서 개최한 MATE의 ‘제6회 국제 ROV 대회(Annual International ROV Competition)’에 참가했다.
●● ROV 대회, 학생들이 해양에서 가질 수 있는 기회 경험
·수중 ROV만을 위한 대회 ‘MATE’
MATE 국제 ROV 대회는 여러 면에서 지난 15년 이상 확산되어 온 더욱 전통적인 학교의 로봇공학 클럽, 팀 및 대회와 유사하다.
MATE 이벤트와 다른 로봇 시합과의 근본적인 차이는 주최측에서 수중 ROV만을 대상으로 하며, 해당 관련 직업을 위한 장래 인력을 양성하는 것을 목표로 한다는 것이다.
이렇게 대상을 단순화함으로써 MATE 대회에서는 지구상에서 가장 어려운 작동 환경이라고 할 수 있는 수중에서 작동해야 하는 원격작동 로봇을 개발하는 과제를 학생들이 수행하도록 재미와 교육적 설정을 제공한다.
지난 몇 년 동안 MATE Explorer 팀을 후원하고 있는 캘리포니아주 롱비치의 2년제 지역 컬리지인 롱비치 시티 대학의 전기기술학과(Electrical Technology Department) 학과장인 Scott Fraser는 다음과 같이 말한다.
“학생들에게 수중에서 작동해야 하는 전기 구성품을 이용하여 작업을 하는 것보다 더 어려운 것은 없을 것입니다.
물은 전기 시스템의 적으로서 성공적인 수중 ROV를 개발하기 위해 학생들이 극복해야 할 난제이기도 합니다.
육상용 로봇 관련 메커니즘, 모터, 어셈블리, 전기 시스템을 이용한 작업 경험을 얻는 것 외에도 학생들은 펌프, 변압기, 추진장치, 압력 씰, 방수 하우징, 센서, 카메라, 기타 광학 기술을 이용하여 작업하는 것을 배웠습니다.
수중 ROV에 대한 작업을 하게 되면 학생들은 실제 로봇 설계 시 직면하게 될 전반적인 잠재적 장애 요소를 경험하게 됩니다.”
MATE Center는 국제 학생 ROV 대회 및 미국, 캐나다, 홍콩, 스코틀랜드에서 개최하는 17개의 지역 ROV 시합 네트워크를 조정한다.
학생과 교사는 이러한 행사에서 활발한 로봇 대회의 재미와 흥미를 경험하게 될 뿐만 아니라 해양 업계의 기업가 및 실무 전문가와도 만나게 되고, 해양 관련 직업을 갖기 위해 필요한 기술, 문제 해결, 결정적 사고, 팀워크 기술을 발전시킬 때 이들로부터 해양 관련 직업 기회에 관해 배우게 되는 것이다.
●● 수중 ROV 교육 프로그램 구축
교육 기관에서는 학생들이 자신만의 MATE 관련, ROV 기반 로봇공학 프로그램을 수립함으로써 장차 해양 ROV 개발에 대비하도록 지원할 수 있다.
롱비치 시티 대학의 전기기술학과는 Fraser 학과장이 몬테리아 반도 대학(Monterrey Peninsula College)의 MATE Center에서 수중 로봇공학 수업에 참석한 후 2003년에 산업용 로봇공학 과목을 추가하였다.
“저는 수중 로봇공학을 이용해 작업할 기회가 주어졌을 때 학생들이 얼마나 열광했는지 직접 보았습니다.
많은 학생들이 로봇공학은 자신들의 수준 밖이라고 생각했지만 해양으로 들어가는 것을 제작하는 개념을 익히게 된 후로는 모든 것을 수월하게 받아들였습니다.”라는 Fraser 교수는 롱비치 시티 대학에 돌아온 즉시 수중 로봇공학 과목을 개설하고, MATE 팀을 구성하고, 이들을 지원하기 위해 학교에서 필요한 기술을 평가하기 시작했다.
Fraser는 인근 판금 회사에서 SolidWorks 3D 설계 소프트웨어의 데모를 보고, 이 소프트웨어가 학교의 기존 2D 설계 도구에 비해 로봇 개발을 촉진시킬 것이라고 인식하였다.
그는 “로봇 구성품을 설계하기 위해 2D 도면 패키지 사용 방법을 학생들에게 가르치는 데 시간과 노력을 허비하는 대신, 단지 설명서를 이용하여 SolidWorks 소프트웨어 사용 방법을 학생들 스스로 배울 수 있었습니다.
이 과목에서 저는 SolidWorks를 가르치지 않습니다.
저는 학생들과 함께 수중 ROV를 개발하고 있으며 SolidWorks는 설계를 가시화하고 개념에 대한 의견을 교환하는 데 사용하는 도구입니다.”라고 덧붙였다.
또, 다음은 2년제 전기 기술 전공의 롱비치 시티 대학 MATE Explorer 팀 팀장인 Ian Jasper의 말이다.
“우리는 우주에 대해 아는 것보다 심해에 대해 아는 것이 더 적습니다.
에너지 회사들은 오일과 가스를 찾아 점점 더 깊게 시추를 하고 있습니다.
수중 ROV 개발은 흥미로운 분야입니다.
유정에 개스킷을 설치하기 위해 운영자가 작동할 수 있는 오일 업계용 ROV에 대한 작업을 하던 해저 탐사를 수행하고 새 생명체의 표본을 채취할 수 있는 잠수 가능한 로봇을 개발하든 해수면 아래로 실제 로봇공학을 응용하는 데 참여한다는 것은 매우 보람있는 일입니다.
SolidWorks 같은 도구를 통해 ROV의 모델링 방법에 중점을 두기보다는 ROV 설계에 중점을 둘 수 있습니다.
또한, 이를 통해 부품을 가시화하고 소형 패키지에 많은 구성품을 탑재할 때 중요한 공차와 클리어런스를 점검할 수 있습니다.”
Fraser 역시 “3D는 또한 더 효과적인 통신을 지원합니다.
한 팀원은 말로는 설명하기 어려웠던 연동 면 부재를 사용하여 혁신적인 개념을 개발하였습니다.
나머지 팀원들은 그가 무슨 말을 하는지 이해하지 못했습니다.
그러나 그가3D 모델을 열자마자 모두들 이해하게 되었습니다.”라고 전했다.
