지능로봇육성사업기획보고서

위험작업로봇 개발분야

(Robotics in Hazardous Environment)

2001. 9. 28

기획위원 : 장평훈, 이판묵, 박용운, 김승호

Executive Summary

1) 기본계획의 수립배경

○ 마이크로프로세서와 초정밀 가공기술의 극적인 발전

- 국내 로봇기술의 성숙

- 풍부한 로봇기술자 배양

- 로봇 관련기술의 성숙

○ 반도체 가공기술의 세계적 수준 도달

○ 세계화와 첨단기술의 중요성 인식에 따른 제어, 센싱, 시스템의 로봇 기술개발 당위성 고조

○ 단순 공정 작업용 로봇으로부터 비정형적인 작업 적용분야가 확장되고 있는 추세이며, 특히     위험작업 로봇 개발의 필요성이 국가적 차원에서 절실해지고 있음.

○ 위험구역에서의 극한작업로봇

1) 우주 로봇

- 우주탐사

- 우주환경분석

- 우주기지건설

2) 수중 로봇

- 해양과학조사

- 해저자원탐사체취

- 항만어장정화

- 항만감시

- 피시/수중보행

3) 방재 로봇

- 화재진압

- 매몰자 구조

- 오염제거 및 청소

4) 원자력 로봇

- 방사선 감시

- 핵연료검사

- 원자로내부 세척

- 방사선비상대응

- 원자로해체

5) 국방 로봇

- 지뢰 탐지 /제거

- 무선 탐색/감시

- 무선 전투차량

(2) 필요성

○ 우주개발은 국가의 미래를 준비하는 기술로써 원격로봇기술은 필수적인 핵심 기술임.

○ 삼면이 바다인 우리나라의 실정에서 해양 작업용 로봇개발은 시급하며, 적용범위도 광범위함.

- 심해 해양 과학 및 자원조사

- 해저 구조물 설치

- 해양공간 이용

○ 화재, 지진, 해양 및 원자력 사고, 건물붕괴, 화생방 등 산업화 재해와 자연재해가 빈번해지고 있으며, 인구가 밀집됨에 따른 피해 규모 증가에 대비한 방재로봇은 당면한 문제를 해결함

○ 국가산업의 기반이 되는 국내전력의 40%를 원자력에너지에 의존함에 따라 원전의 유지보수 및 감시점검이 안전성 확보차원에서 중요한 사안으로 부상되고 있음

○ 전세계에서 유일하게 군사적 대치상태에 있는 국내의 특수성을 감안할 때 국방용 로봇은 국지전에도 유용할 뿐만 아니라 화생방전 등을 감안할때 국가의 안전 및  생존과 직결되어 있음.

(3) 기술의 개념 및 특성

○ 위험 작업용 로봇은 대체적으로 다량생산이 요구되지는 않으나 로봇의 활용에 따른 파급효과가 크고, 특히 국가의 생존과 직결되어 있음.

○ 기술의 특수성(국가보안, 첨단기술 등)으로 해외 기술도입이 어려움

○ 비정형적인 작업을 완수해야 하므로 이동부, 조작기부, 관측 및 센싱부가 기본적으로 합체된 형태로 개발되어야 하며, 시스템이 복잡해짐에 따라 실시간 제어기술이 선결되어야할 핵심 기술임.

○ 또한 다수의 로봇이 협동하여 작업을 수행하는 것이 효율적이므로 협조제어 기술과 함께 고방사선, 고온, 고압 등 극한기술이 해결되어야함.

○ 본 기술은 IT, MEMS, 소형 모터 등 타 분야와의 긴밀한 연계하에 개발이 추진되어야함

(4) 핵심 개발기술

○ 고 신뢰도의 실시간처리 기술

- 멀티프로세서 등을 이용한  실시간 제어

- 군 및 원자력 등급에 적합한 품질보증

- 고장극복 기능 및 상실시 극복 기능(Fail Safe, Fault Tolerance)

○ 다중 로봇 협조제어 및 통합제어 기술

○ 내방사선, 고온, 고압, 초경량화, 초소형화, 장거리 무선통신 기술

(5) 추진전략

○ 국가출연연구소, 산업계와 학계의 밀접한 연계 및 업무분장을 통하여 추진

- 정부 : 범 부처 차원에서 연구개발 지원 및 조정

- 학계 : 핵심 요소 / 기반기술 개발

- 산업계 : 핵심부품 / 상품화 제작

- 연구소 : 시스템 통합 및 시제품 구현

○ 기 추진되고 있는  연구 프로젝트와의 상호 의존적 연계 및 각자의 기능을 극대화하는 정책적    배려를 통한 국가 전략 설정

○ 본 분야는 정확한 목표선정과 목표 지향적인 접근이 개발의 성공 여부를 결정한다는 사실과 개발 하고자하는 로봇의 종류와 관계없이 핵심 기술이 공통적이나 로봇의 설계는 목적에 부합해야 하는 양면성 숙지.

1. 제안하는 사업 및 기술개발의 개념, 목적, 목표

(1) 우주 로봇

1) 우주 로봇 개발 사업의 개념

우주 로봇은 현재 크게 표면 탐사 로봇, 우주환경 분석로봇, 그리고 우주기지 건설 및 보수 로봇으로 구분될 수 있으며 총체적인 공학의 결정체라 할 수 있음. 따라서 우주로봇 개발을 위하여 매우 다양한 분야의 종합적인 기술 접목이 요구되어 전반적 산업 기반 기술의 발전을 꾀할 수 있음.

2) 우주 로봇 개발 사업의 목적

우주공간에서 인공위성 및 유인·무인 탐사 우주선 등의 성공적인 개발에 따라 군사시설, 우주실험실, 그리고 우주 탐사기지로서 개척해야할 필수적인 대상으로 간주됨. 특히 먼 우주탐사를 위한 전진기지 역할을 하는 우주 정거장의 건설과 이들의 유지 및 보수, 그리고 탐사를 위한 특수 우주 로봇의 개발은 상호보완적인 요소임.

(2) 수중 로봇

1) 수중 로봇 개발 사업의 개념

수중작업용 로봇은 인간의 손이 닿지 않는 수중에서 작업하는 로봇으로써, 수상의 오퍼레이터가 원격제어를 통하여 목표하는 수중 작업 임무를 완수하는 시스템임. 원격제어 방식으로는 케이블을 이용하여 전원공급, 해저 상태 및 영상 취득, 제어입력을 전송하는 방식과 케이블이 없는 상태에서 초음파 통신에 의하여 정보교환을 이루는 무삭식 수중로봇으로 나눌 수 있음.

수중 로봇 기술은 심해의 극한 압력을 견디는 내압기술, 방수 기술, 케이블 및 케이블 핸들링, 원격 제어를 위한 광통신·초음파통신, 정밀 위치측정, 수중광학·초음파광학, 수중 로봇팔, 수중 신호처리, 내압추진·센서·계측, 장거리 항행 및 고효율 전원 기술 등이 복합된 시스템 기술임.

2) 수중 로봇 개발 사업의 목적

작업용 수중로봇은 해양산업 및 해양방위 기술의 근간이 되는 3C&I (Control, Communication, Command & Intelligence)를 기술의 축으로 하는 최첨단 극한기술로써, 육상 로봇기술 분만 아니라, 원격제어, 내압 및 방수기술, 수중 계측기술, 수중 광통신, 수중 음향 통신 및 수중 시각기술 등 다양한 분야의 기술을 종합적으로 인테그레이션(Integration)하는 기술임.

수중로봇은 우리 나라의 해양기술 자립에 필수적으로 요구되어지는 핵심기술이며, 이중에서도 열악한 환경에서 각종 작업을 수행할 수 있으며, 심해 해양과학조사를 비롯하여, 해저환경을 교란시키지 않는 기술, 정숙 항행 및 정숙 작업, 구난과 침몰선의 인양 작업 지원, 수중 오염원의 조사, 관측 및 오염원의 제거 작업, 광통신 케이블 보수 유지, 심해 자원의 개발 등 인간의 접근이 어려운 환경에서 해저탐사와 수중작업을 할 수 있는 기술이 필요함.

(3) 방재 로봇

1) 방재 로봇 개발 사업의 개념

재난 상황에서 로봇을 활용하는 것은 산업 현장에서 로봇을 활용하는 것보다 훨씬 난이도가 높다고 볼 수 있는데, 이는 정형화되어 있지 않은 상황에서 비 반복적인 작업을 정교하게 수행해야하고 동시에 훨씬 더 높은 신뢰성과 안전성이 요구되기 때문임.

이런 높은 수준의 난이도를 충족시키기 위해서는, 현 시점에서 가능한 모든 검증된 핵심 기술 뿐 아니라, 미래 지향형의 기술들도 발전적으로 검토되어야 하며, 동시에 인간이 가지는 지각과 인지능력도 최대한 이용되어, 이 모든 것이 총체적으로 종합되어야만 가능하다고 판단됨.

2) 방재 로봇 개발 사업의 목적

화재나 지진으로 인한 재해는 아직도 전 세계적으로 계속 발생하고 있고, 그로 인한 인명과 재산의 손실은 계속되고 있음. 이번 미국 뉴욕에 있었던 World Trade Center의 붕괴로 인한 매몰사건, 고오베와 터키의 지진, 그리고 도오꾜의 신주쿠 화재가 그 단적인 예가 됨. 더 나아가서 전쟁과 테러의 양상도 재래식 무기로부터 화학 물질, 세균, 방사능을 이용한 무기를 이용할 개연성은 점차적으로 높아지고 있음.  방재 로봇은 이러한 예상치 못한, 위험한 재난의 환경, 특히 구조요원의 접근 불가능한 지역에서도 인명구조 및 사고처리 임무를 안전하고 신속 정확하게 수행할 수 있으며, 특히 이번 미국 World Trade Center에서 경험한 수백 명의 구조요원의 안타까운 인명손실을 방지하는데 크게 기여할 수 있음.

(4) 원자력 로봇

1) 원자력 로봇 개발 사업의 개념

극한환경에 인간의 감각과 작업영역을 확장하기 위한 극한작업 원격로봇 기술은 원자력발전소 방사선 감시 및 점검, 폐기물 처리, 핵연료 취급 등과 같은 비제조업 분야에서도 널리 적용될 수 있는 첨단 기술이 가미된 기반 기술임. 원자력 시설 내부의 고방사선 구역에서는 고도의 기능을 구비한 로봇이 극한작업을 신속하고도 효율적으로 처리하게 함으로써 고방사선 환경 작업으로부터 작업자를 보호하며 작업여건도 개선시킬 뿐만 아니라 원전 이상사태를 효율적으로 감시하고 점검함으로써 원전의 안전성도 향상시킴.

2) 원자력 로봇 개발 사업의 목적

원자력 로봇은 극히 위험하여 인간이 작업하기 불가능한 환경에서 작업하는 로봇으로, 특수목적용이며 한정된 용도와 막대한 개발비가 소모되므로 상업적 가치가 미비함. 그러나 최첨단 기술파생효과가 매우 크고 로봇 기술을 선도하는 분야임.

특히 복합 첨단기술과 공학적 엔지니어링이 유기적으로 종합되어야만 가능한 극한작업용 다기능 로봇인 원자력용 로봇은 기술 집약적 분야로서 국내의 기술기반은 상당히 취약한 실정임

원자력용 로봇기술의 개발은 산업적 파급효과와 부가가치가 지대할뿐만 아니라 방사선 관련된 기술은 국가 전략적 차원과 관계된 부분으로서 선진국에서는 기술장벽을 한 차원 높여 방어하고 있어 기술도입 또한 불가능한 실정이어서 자체기술 개발의 필요성이 절실한 분야임.

(5) 국방 로봇

1) 국방 로봇 개발 사업의 개념

현대전은 직접 군인을 투입하기 이전에 첨단의 기능을 갖춘 로봇을 투입하면 전투력의 손실을 예방하고 효율적인 전투를 수행할 수 있음.

국방 로봇의 기능 수행에 필요한 기술은 사회 전반의 기술들이 총 망라되는 기술의 집약 분야로써 국방 로봇에 적용되는 기술로는 비전/적외선 영상 등을 이용한 적군/시설의 탐지, 자동 추적과 표적획득, 전자광학 탐색, 원격 고속 통신, 자율주행, 화학가스 탐지 등 수많은 기술을 들 수 있고, 이러한 정보를 신속히 자동적으로 전송함으로써 아군의 전투력을 현저히 배가시킬 수 있음.

2) 국방 로봇 개발 사업의 목적

국방 로봇은 현재 군인이 수행하고 있는 거의 모든 정찰-감시-표적획득, 도시 지형에서의 군사 작전, 폭발물 처리, 로봇 보초병을 이용한 순찰, 감시, 그리고 지뢰제거 및 적의 갱도 파괴 등의 임무 수행 이 가능함.

전시에 군인을 직접 투입하여 전쟁을 수행하거나 지뢰나 테러용 폭발물의 제거와 같이 위험한 임무 수행 시 로봇을 이용하면 귀중한 인명을 아낄 수 있음

2. 제안하는 사업 및 기술개발의 필요성

(1) 우주 로봇

1) 우주 로봇 개발의 필요성

□   구 소련이 쏘아올린 살류트와 미르를 비롯하여 미국이 만든 스카이랩, 그리고 현재 미국, 러시아, 유럽우주기구, 일본등 15개 나라가 참여하여 건설한 국제 우주 정거장(ISS)은 앞으로 우주시대의 전초기지 역할을 할 것임.

□  우주는 자원의 보고로 새롭게 인식되고 있으며 나아가 포화상태에 이르고 있는 인류의 생존을 위해 개척해야할 필수적인 대상임을 세계가 인식하고 있음. 특히 인공위성 개발과 우주발사기지 건설 등 우주 연구개발에 한발 늦게 참여하여 선진국과의 경쟁을 시작한 우리나라로서는 이에 따른 우주로봇개발의 연구의 출발이 필요한 시점임.

2) 국가적 수요 측면에서의 전략성과 필요성

□  우주로봇 개발을 위하여 매우 다양한 분야의 종합적인 기술 접목이 요구됨. 즉 전기, 전자, 컴퓨터, 기계, 제어계측, 재료 등 모든 공학요소가 로봇의 각 부분과 로봇이 필요로 하는 기능을 수행하는데 없어서는 안될 핵심을 이루고 있음. 이들 분야의 완벽한 조합을 이루지 않은 상태에서 우주 로봇의 탄생은 불가능함. 따라서 서로 다른 분야의 상호 커뮤니케이션과 공동 연구가 요구됨.

3) 우주 로봇 개발을 정부 차원에서 수립/추진해야 할 배경 및 시급성

□  우주 로봇의 작업환경은 무중력 상태일뿐 아니라 우주 방사선에 노출되는 위험한 환경이라는 것이 지구상의 환경과는 상이한 고기능과 고도의 안전성이 요구되는 분야임.

□  우주 로봇의 개발은 로봇의 임무에 따라 시스템의 설계와 기능이 상당히 달라지므로, 개발하기 전 임무에 대한 총괄적이고 충분한 고찰이 필요함.

□  특히 우주로봇개발 분야는 선진국에 비하여 시기적 기술적인 차원에서 상당히 뒤진 부분이므로  국가적 차원에서의 포괄적인 기술 및 인력의 병합과 효율적인 관리가 없으면 선진국과의 갭을 극복하는데 있어 많은 시간이 소요될 뿐만 아니라 상당한 국가 재원의 낭비가 예상됨.

(2) 수중 로봇

1) 수중 로봇 개발의 필요성

○   수중로봇은 우리 나라의 해양기술 자립에 필수적으로 요구되어지는 핵심기술이며, 이중에서도 열악한 환경에서 각종 작업을 수행할 수 있으며, 심해 해양과학조사를 비롯하여, 해저환경을 교란시키지 않는 기술, 정숙 항행 및 정숙 작업, 구난과 침몰선의 인양 작업 지원, 수중 오염원의 조사, 관측 및 오염원의 제거 작업, 광통신 케이블 보수 유지, 심해 자원의 개발 등 인간의 접근이 어려운 환경에서 해저탐사와 수중작업을 할 수 있는 기술이 가장 중요함.

○  수중로봇은 해양과학, 해양산업 및 해양방위에 그 필요성이 증대되어 왔으며, 수중로봇의 핵심기술이 진보됨에 따라 수중로봇의 활용성이 증대되었고, 최근에는 해양과학과 해양 산업분야에 다양한 형태로 활용되고 있다. 또한 군사목적으로 활용이 가능한 수중로봇이 여러 가지 형태로 발전하였으며, 미국 등과 같은 수중로봇 기술 선진국에서는 수중로봇 선단을 구성하여 수중에서 임무를 완수하는 시나리오가 기술적으로 가능해짐에 따라 해군의 작전개념을 새로 정립되어야 하는 단계에 이르렀음.

2) 국가적 수요 측면에서의 전략성과 필요성

○  수중로봇은 다양한 분야의 기술이 종합된 시스템으로 전분야의 기술개발을 위한 일률적 인력과 재원의 투자는 비효율적일 뿐만 아니라 성공의 가능성도 낮다. 따라서 수중로봇 분야의 전략 핵심기술을 선정하고 이에 집중된 인력과 재원의 투자가 뒤따라야 함.

3) 수중 로봇 개발을 정부 차원에서 수립/추진해야 할 배경 및 시급성

○   최근 국가간의 간섭이나 자국의 자원 및 해양환경 보존을 위한 적극적인 노력이 경주되면서, 200해리 배타적 경제수역의 선포나 공해상의 자원을 선점하기 위한 경쟁에 따라 UN 해양법 협약을 통한 새로운 해양질서의 개편이 모색되고 있음.

○  UN 해양법, 국내 해양개발 기본법에 따라 효율적인 해양개발, 활용, 해양보존 등에 대한 정책은 국가적 차원으로 추진되어야 함. 해양자원, 해양과학, 해양산업 및 해양외교 등 국가 해양개발 잠재력을 증대시키기 위한 국가적 차원의 해양개발 정책과 체계적인 개발추진이 절실히 요구됨.

(3) 방재 로봇

1) 방재 로봇 개발의 필요성

○  현실적으로, 화재, 지진, 붕괴사고, 화생방(화학, 생물, 방사능)오염, 해양/해저 오염 등 각종 재난상황에서 기존 장비를 이용한 방재 요원의 투입이 갖는 한계점은 이미 잘 알려진 사실임. 방재 요원들의 안전을 심각하게 위협하는 요소들이 곳곳에 산재해있기 때문임. 이러한 극한 환경에 방재 요원을 직접 투입하는 대신, 로봇을 활용하는 것은 매우 바람직한 선택이 될 수 있음.

2) 국가적 수요 측면에서의 전략성과 필요성

○  방재 로봇이 갖춰야 할 높은 수준의 난이도를 충족시키기 위해서는, 현 시점에서 가능한 모든 검증된 핵심 기술 뿐 아니라, 미래 지향형의 기술들도 발전적으로 검토되어야 하며, 동시에 인간이 가지는 지각과 인지능력도 최대한 이용되어, 이 모든 것이 총체적으로 종합되어야만 가능하다고 생각됨. 따라서 종래의 로봇공학의 검증된 기술(기계설계, 구동, 제어, 센서)들과 첨단기술(로봇vision/센서데이터 처리, 인공지능, 인터넷 기술), 그리고 Human operator에 의한 원격제어등을 망라할 필요가 절실히 요구됨.

3) 방재 로봇 개발을 정부 차원에서 수립/추진해야 할 배경 및 시급성

○  무엇보다 중요한 것은, 각각의 재난 상황에 대해 범 국가적 차원에서 로봇이 수행해야할 사명(mission)을 정확하게 분석하고, 이러한 사명과 목적에 부합되도록, 시스템을 설계하는 접근임.

(4) 원자력 로봇

1) 원자력 로봇 개발의 필요성

□  일반 산업용 로봇은 자동차 산업이나 전기, 전자 산업분야에서 부품조립, 용접, 도장 등 단순하며 반복적인 작업을 정해진 프로그램의 순서대로 수행하지만, 산업화가 복잡하며 거대해짐에 따라 우주, 심해, 원자력, 광산, 화재 등 작업자의 접근이 극히 제한되고 작업자의 안전이 절대적인 환경에서 작업을 수행할 필요성이 높아지게 됨. 그러므로 이러한 작업은 주위환경의 변화를 센서를 통하여 항상 감시하여야 하며 상황이 변화함에 따라 로봇이 자율적으로 작업계획을 수정하고, 작업을 결정해야 하기 때문에 일반적인 산업용 로봇으로서는 적절히 작업을 처리할 수 없음.

□  최근 무인 자동화기술의 발달과 마이크로프로세서 기술의 혁신적인 성장에 힘입어 일반산업현장에서 사용되고 있는 로봇은 단순공정의 제조업분야에서부터 복잡하고 다양한 작업이 요구되는 극한 환경 작업에도 그 적용분야가 확장되고 있는 추세임.

□  원자력 로봇은 극히 위험하여 인간이 작업하기 불가능한 환경에서 작업하는 로봇으로, 특수목적용이며 한정된 용도와 막대한 개발비가 소모되므로 상업적 가치가 미비함. 그러나 최첨단 기술파생효과가 매우 크고 로봇 기술을 선도하는 분야임.

2) 국가적 수요 측면에서의 전략성과 필요성

□  원자력용 로봇기술의 개발은 산업적 파급효과와 부가가치가 지대할뿐만 아니라 방사선 관련된 기술은 국가 전략적 차원과 관계된 부분으로서 선진국에서는 기술장벽을 한 차원 높여 방어하고 있어 기술도입 또한 불가능한 실정이어서 자체기술 개발의 필요성이 절실한 분야임.

□  특히 복합 첨단기술과 공학적 엔지니어링이 유기적으로 종합되어야만 가능한 극한작업용 다기능 로봇인 원자력용 로봇은 기술 집약적 분야로서 국내의 기술기반은 상당히 취약한 실정임

3) 원자력 로봇 개발을 정부 차원에서 수립/추진해야 할 배경 및 시급성

□  우리나라는 일본과 중국의 사이에 위치하여 지정학적으로 또는 역사학적으로 이들 두 국가의 영향을 받으면서 발전하여 왔음. 중국의 사회개방정책 이후 첨단 기술개발에 지대한 투자를 전력함으로써 항공, 우주, 국방 등의 첨단기술이 눈부시게 날로 발전하고 있음. 이에 영향을 받은 일본은 우리나라에 기술장벽을 높이고 있는 추세이며, 첨단분야는 더욱 심화되고 있음.

□  또한 극한작업용 로봇 기술은 작업 대상에 따라 시스템의 설계가 결정되므로 특정 대상에 응용하기 위한 기술은 적용 대상에 따라 그 효용성이 좌우됨. 아울러 핵심 부품을 표준품이나 일반 상용화된 부품을 사용하기가 곤란하기 때문에 핵심 부품의 개발 능력 및 시스템 구축 기술이 시스템 성능에 큰 영향을 미치게 됨. 따라서 기술 도입은 비효율적일 뿐만 아니라 블랙박스를 허용함으로써 지속적인 기술격차를 유발하고 기술 예속이 불가피하게 됨.

(5) 국방 로봇

1) 국방 로봇 개발의 필요성

□  실제 군인을 투입하여 작전 수행이 불가능한 극한환경이나 극복 불가능한 장애물이 존재하는 전투 지역에서 무인 국방 비행체나 무인 지상 이동체 등의 국방 로봇을 사용하면 작전 수행 능력을 현저히 향상시킬 수 있고 현재 군인이 수행하고 있는 거의 모든 군사적 활동을 대체함으로써 신속하고 안전하게 아군의 인명손실을 최소화 하면서 작전을 수행할 수 있음.

□  특히, 최근 남북 협력의 진전에 따라 군사분계선 지역에서의 지뢰제거 작업시에 안전하고 효율적으로 임무 수행이 가능하고, 후일 남북통일에 대비하여 남북의 군사분계선에 존재하는 수많은 지뢰의 제거를 위해서도 현시점에서의 국방 로봇 개발의 필요성이 대두됨.

2) 국가적 수요 측면에서의 전략성과 필요성

□  국방과 관련된 잔략 전술은 군의 고유하고도 기밀유지가 요구되는 중요한 업무이므로 이와 관련된 국방 로봇의 개발은 국가적 차원에서 주도적으로 개발되는 것이 당연함.

□  국방 로봇의 특성상 개발된 이후 시험단계 및 적용기술개발에 있어서도 군의 정책적 기술적 공조가 필수불가결함 사항임.

3) 국방 로봇 개발을 정부 차원에서 수립/추진해야 할 배경 및 시급성

□  선진국에서는 오래 전부터 정부 주도로 국방 로봇 개발을 착수하여 현재 상당한 가시적인 실적을 나타내고 있음. 그러나 이는 공개된 일부에 지나지 않는다는 것이 사실로 보임.

□  국방로봇의 특성상 국가적 차원의 정책 수립이나 연구지원이 없이는 학교나 산업체 독자적으로 추진하기에는 현실적인 어려움이 있음.

□  따라서 선진국에 비해 현저히 뒤진 현재의 국방로봇 관련 분야를 정부차원에서 정책 수립과 병행하여 연구개발에 박차를 가해야 할 시점이라고 판단됨.

3. 제안하는 사업 및 개발의 개념 및 특성

(1) 우주 로봇

1) 우주 로봇 개발의 개념 및 분류

□  현재 우주 로봇의 주 수행임무는 탐사 기능, 우주기지 건설, 우주선 유지 보수, 수송, 우주선 유지 보수 등으로 분류됨.

□  각 분야별 우주 로봇연구 경향

- 제어기술: 환경에 능동적으로 대처하면서 자기 할 일을 찾아하는 로봇이 필요하며 이를 생체모방 제어기술이라 함. 즉 생명체가 가지고 있는 지각능력, 변화하는 환경에의 대응능력, 그리고 효율적이면서 신뢰도 높은 동작특성을 가질 수 있도록 하는 기술.

- 센서기술: 생명체의 감각에 해당하는 감각 대응센서 개발. 촉각, 시각, 온도, 거리등을 감지하여 신호처리할 수 있는 센서기술 개발. 특히 극한환경에서 수명을 유지하기 위한 내구성에 관한 연구가 수행되고 있음.

- 통신기술: 여러 대의 로봇이 사람의 도움없이 주위환경을 이해하면서 원활하게 공동작업을 수행하기 위하여 로봇사이의 커뮤니케이션이 필수적임.   또한 원격조정 시 로봇에 부착된 센서로부터 전달된 정보를 수집하고 로봇에 적절한 명령을 전달할 수 있는 빠르고 정확한 통신기술이 필요함.

-  재료공학: 액튜에이터(작동부)의 개선. 철 이외의 세라믹이나 플라스틱, 형상기억합금, 사람의 생체조직과 유사한 신소재 개발 및 정밀설계를 통해 같은 소재를 사용하면서도 무게를 줄일 수 있는 방안 연구.

-  에너지: 장기간 탐사하는 로봇의 경우 동력 전달이 문제가 됨. 태양 에너지 등 주변환경을 이용한 에너지 공급이 주 연구대상이 되고 있음.

2) 우주 로봇 개발의 특성

□  우주로봇개발에 따른 기술 요구 조건으로 우주선 발사 과정에서의 막대한 추진에너지를 절감하기 위하여 중량을 줄여야 하는 문제와 영상 100℃에서 영하 100℃를 오르내리는 극초저온 및 고온에 강한 내구성을 가지며, 무중력 상태, 우주방사선의 노출에 강한 내방사화 기술이 요구됨.

□  임무 수행을 위한 다양한 센서기술과 원거리 무인 제어에 있어서 문제점인 프로그램 명령의 시간 지연의 해결이 필요하고 전달된 명령이 원격지의 우주로봇시스템에 의하여 해석되고   착오 없이 수행되기 위한 제어방법에 대한 연구가 중요함.

3) Market/Product Technology

(2) 수중 로봇

1) 수중 로봇 개발의 개념 및 분류

○  수중 로봇의 기술분류는 다음에서 활용 가능함.

- 해양 과학 조사

- 해저 자원 탐사

- 해양구조물 유지보수

- 해양환경 감시 및 보존

- 해양 오염 방제 및 해양폐기물 처리

- 해저 구난 및 해양방위

- 해양수산 응용 및 해양 레저산업 응용

○  원격제어 방식으로는 케이블을 이용하여 전원공급, 해저 상태 및 영상 취득, 제어입력을 전송하는 방식과 케이블이 없는 상태에서 초음파 통신에 의하여 정보교환을 이루는 무삭식 수중로봇으로 분류할 수 있음.

2) 수중 로봇 개발의 특성

○  수중 로봇 기술은 아래의 기술계통도에 나타나 있는 바와 같이 심해의 극한 압력을 견디는 내압기술, 방수 기술, 케이블 및 케이블 핸들링, 원격제어를 위한 광통신·초음파통신, 정밀 위치측정, 수중광학·초음파광학, 수중 로봇팔, 수중 신호처리, 내압추진·센서·계측, 장거리 항행 및 고효율 전원 기술 등이 복합된 시스템 기술임.

3) Market/Product Technology

(3) 방재 로봇

1) 방재 로봇 개발의 개념 및 분류

○  현실적으로, 화재, 지진, 붕괴사고, 화생방(화학, 생물, 방사능)오염, 해양/해저 오염 등 각종 재난상황에서 기존 장비를 이용한 방재 요원의 투입이 갖는 한계점은 이미 잘 알려진 사실임. 방재 요원들의 안전을 심각하게 위협하는 요소들이 곳곳에 산재해있기 때문임. 이러한 극한 환경에 방재 요원을 직접 투입하는 대신, 로봇을 활용하는 것은 매우 바람직한 선택이 될 수 있음.

○  그러나, 이러한 재난 상황에서 로봇을 활용하는 것은 산업 현장에서 로봇을 활용하는 것보다 훨씬 난이도가 높다고 볼 수 있는데, 이는 정형화되어 있지 않은 상황에서 비 반복적인 작업을 정교하게 수행해야하고 동시에 훨씬 더 높은 신뢰성과 안전성이 요구되기 때문임.

2) 방재 로봇 개발의 특성

○  방재 로봇에서 높은 수준의 난이도를 충족시키기 위해서는, 현 시점에서 가능한 모든 검증된 핵심 기술 뿐 아니라, 미래 지향형의 기술들도 발전적으로 검토되어야 하며, 동시에 인간이 가지는 지각과 인지능력도 최대한 이용되어, 이 모든 것이 총체적으로 종합되어야만 가능하다고 판단됨. 따라서 종래의 로봇공학의 검증된 기술(기계설계, 구동, 제어, 센서)들과 첨단기술(로봇vision/센서데이터 처리, 인공지능, 인터넷 기술), 그리고 Human operator에 의한 원격제어등을 망라할 필요가 절실히 요구됨.

○  또한 무엇보다 중요한 것은, 각각의 재난 상황에 대해 로봇이 수행해야할 사명(mission)을 정확하게 분석하고, 이러한 사명과 목적에 부합되도록, 시스템을 설계하는 접근임.

3) Market/Product Technology

(4) 원자력 로봇

1) 원자력 로봇 개발의 개념 및 분류

□  극한환경에 인간의 감각과 작업영역을 확장하기 위한 극한작업 원격로봇 기술은 원자력발전소 방사선 감시 및 점검, 폐기물 처리, 핵연료 취급 등과 같은 비제조업 분야에서도 널리 적용될 수 있는 첨단 기술이 가미된 기반 기술임. 원자력 시설 내부의 고방사선 구역에서는 고도의 기능을 구비한 로봇이 극한작업을 신속하고도 효율적으로 처리하게 함으로써 고방사선 환경 작업으로부터 작업자를 보호하며 작업여건도 개선시킬 뿐만 아니라 원전 이상사태를 효율적으로 감시하고 점검함으로써 원전의 안전성도 향상시킴.

□  이러한 극한작업용 원격로봇은 일반 산업용 로봇에 비해 훨씬 더 높은 신뢰성 및 안전성이 요구되므로 원격로봇 기술이 성공적으로 개발되기 위해서는 원격제어, 고성능 센서, 센서데이터 처리, 정밀서보제어, 로봇 비젼 등의 첨단 핵심 요소기술 들이 총체적으로 종합되어야만 가능한 기술 집약적 분야임.

원자력용 로봇	구성 장치	관련 요소 기술
방사선 감시로봇	-방사선 측정장치 -스케닝장치 -이동장치 -영상처리장치	-방사선 감지/핵종분석/데이터 처리 -2축 스케닝 유니트/ 유니트 제어 -평행주행/ 장애물 승월 -방사선 감지 및 영상화 식별
핵연료 검사로봇	-3축 이송장치 -영상처리장치 -측정장치 -수중감지장치	-3축 유니트 제어 -형상인식 및 캘리브레이션 -3차원 제원 미세측정 및 방사화판정 -수중 모니터링
원자로 내부 세척로봇	-바닥세척 및 이물질 제거장치 -원자로내부 검사장치	-동작 시뮬레이션/ 제염 -영상 처리인식/ 초음파 검사
방사선 비상대응 다목적 로봇	-서보 제어기 -기구부 -환경인식 시스템 -제어시스템	-아날로그 제어기/ 디지털(위치,힘 제어기 -조작기/ 4각 보행 -지형인식(영상, 초음파)/ 방사선 감지(영상매핑)/ -원격관리 제어반/ 실시간 최적제어
원자로 해체 로봇	-해제용 조작기, 절단기 -원격조작 제어장치	-플라즈마 토취 절단/ 고출력 절단용 레이저/ 경중 하중용 조작기 -원격조작기/ 지능형 제어기

2) 원자력 로봇 개발의 특성

□  특히, 로봇의 작업이 방사선환경에서 이루어지므로 방사선 피폭시 심각한 피로와 예상치 못한 오동작을 일으키는 보이는 로봇의 모든 전자부품 등에 대하여 방사선 영향평가가 선행되어야 하며, 로봇 자체의 내방사선화가 필수라는 점이 일반 산업용 로봇과는 엄격히 구분되는 특성을 나타냄.

□  이동장소가 협소하고 계단 장애물이 존재하므로 이에 적합한 이동부의 개발이 이루어져야함. 이동부는 바퀴식, 각식, 무한궤도식이 있을 수 있음. 따라서 각 형식이 적절히 조합된 이동장치 개발이 선행되어야함.

3) Market/Product Technology

(5) 국방 로봇

1) 국방 로봇 개발의 개념 및 분류

□  우리나라는 남북이 군사적으로 대치되어 있는 유일한 국가로서 군사용 로봇의 개발은 국가의 생존과 직결되어 있음. 최근 지능제어 기술, 마이크로 프로세서기술, 센싱기술이 극적으로 발전함에 따라 무인 전투로봇이 가능하며 이 분야의 기술확보는 국방력의 척도가 될 것임.

2) 국방 로봇 개발의 특성

□  국방관련 기술은 국가간의 수출금지 항목으로 분류되어 자체의 기술 개발에 의존하는 수 밖에 없는 분야이며, 현재 여타 기술분야에 비해 개발이 더디게 진행된 상태임.

□  특히, 남북이 대치된 상태와 중국, 일본, 소련 등 열강들과 지리적으로 가깝게 위치한 우리나라의 현실을 고려할 때 시급히 자체적인 연구개발에 박차를 가햐야 할 부분이라고 판단됨.

3) Market/Product Technology

4. 제안하는 사업 및 기술개발의 성공을 위한 전략적 접근

(1) 우주 로봇

1) 주요 선진국의 육성정책 및 기술동향

□  미국

- 소저너: 1997년 패스 파인더호의 화성탐사에 사용됐던 소저너(sojourner)는 길이 63cm, 높이 28cm, 무게 11.5kg의 로봇으로 지구에서 내린 명령을 받아 6개의 바퀴로 험한 화성을 달리며 각종 기술테스트를 수행함. 생체의 제어를 모방한 행위기반 제어방식을 가장 성공적으로 응용한 시스템으로 유명함. 소저너는 사람이 가본 적이 없는 화성에서 작업을 해야 하므로 어떠한 상황이 일어날지를 대비해 미리 준비해서 일일이 프로그램을 할 수 없었음. 따라서 기존의 수학적 모델링을 근거로 한 고전적인 제어방법보다는 생명체의 행위패턴을 모방한 행위기반 제어구조를 사용하였음.

<소저너의 화성탐사 모습>

-  로보: 소저너를 개량한 탐사로봇 로보는 개미의 행동양식을 모방하는 제어기술이 응용되었으며 길을 가다 장애물을 만나면 돌아가는 제어 기술을 사용함. 2003년 화성탐사에 탑재할 예정임.

-  로봇 뱀: 나사가 개발중인 로봇 뱀(snakebot)은 가로세로 5cm크기의 육면체 모듈 여러 개가 붙었다 떨어졌다 하면서 평지에선 탱크의 무한궤도 모양으로 굴러가다가, 계단을 만나면 뱀처럼 길게 늘어져 기어 올라가고 울퉁불퉁한 곳에서는 거미모양으로 변함. 예측불능의 화성탐사에 유용하게 활용될 전망임. 로봇뱀 제작에 앞서 선보인 시험 로봇뱀은 행성 표면의 균열속으로 쉽게 미끄러져 들어가거나 복잡한 장애물도 넘을 수 있어 거칠고 가파른 지형을 쉽게 통과할 수 있음. 시험 로봇뱀은 컴퓨터 두뇌와 전원을 나르는 전선으로 구성되며 관절모양은 모두 동일한 모듈로 만들어 졌고 서로 고리처럼 연결되어 있음. 각각의 관절 마디에 모터가 있으며 이 모터를 통해 컴퓨터 두뇌의 신호를 받아 작동이 이루어 짐. 또한 로봇 스스로가 자신의 센서를 이용해 무엇을 할것인가를 결정할 수 있도록 두 개의 마이크로 제어기와 초소형 컴퓨터가 관절에 부착되어 있음. 향후 인공 플라스틱이나 고무물질로 로봇뱀의 근육을 제작해 더욱 쉽게 구부릴 수 있도록 할 계획이며 스스로 경험을 통해 배워나갈 수 있는 소프트웨어를 설치하여 학습기능을 부여하는 연구를 수행중.

<로봇뱀>

□  캐나다

-  캐나담(canadarm): 우주공간에서 대활약을 보인 캐나담은 이 분야에서 대표적인 로봇. 캐나다의 에어로스페이스사가 개발한 이 로봇은 우주왕복선에서 통신위성을 발사대로 옮기거나 고장난 위성을 수리하는데 활용된 원격조종 매니퓰레이터임. 초기 캐나담은 우주정거장에 영구히 고정된 형태로 설계되었으나 2001년 발사된 엔데버호에 실려서 국제우주정거장(ISS)에 장착된 캐나담 2는 영구 고정형이 아님. 끝부분에 있는 손가락 형태의 고정물을 이용해 마치 꼬리를 머리에 오그려 붙이며 몸을 앞으로 기어나가는 자벌레처럼 움직임.  캐나담 2에는 자극을 감지할수 있는 촉각센서가 있으며 주위를 볼 수 있는 카메라와 컴퓨터 시스템이 장착돼 있음. 270°를 자유롭게 움직이는 7개의 관절을 이용하여 국제 우주정거장을 기어다니면서 각종 난이도 높은 건설작업에 참여할 예정.

<캐나담2>

2) 국내현황

□  아직까지 우주로봇에 대한 전반적인 연구가 이루어지고 있지 않으나, 인공위성등에 탑재되는 센서 기술 등 부가 기술들에 대한 연구가 단발적으로 진행되고 있으며 이러한 기술들이 축적되어 우주공간에서 임무를 수행할  수 있는 우주 로봇의 기반기술이 탄탄해 질 것으로 기대됨.

□  KIST에서는 우주로봇의 지상제어 시스템 구축에 대한 연구가 수행되었슴. 지상에서 만들어진 프로그램 명령은 시간지연을 거쳐 원격지 우주로봇 시스템에 전달됨. 따라서 Telesensor programming 제어 방법에 의하여 목표물을 잡을 수 있는 연구를 수행함.

□  극한 환경에서 인간을 대신할 로봇의 개발은 우주 뿐만 아니라 원자력 발전소 및 수중작업, 극지방 탐사, 방재로봇 등에 필요한 분야임. 현재 우리나라에서도 극한 환경에서의 로봇기술의 중요성을 인지하고 여러 연구소 및 학교에서 연구가 진행중임.

강 점	약 점
-전자 부품 및 소자분야에서의 세계적 경쟁력 확보 -폭넓은 분야에 걸친 산업체 전반적 기술수준 발전 정도의 향상 -인공위성 등 관련 우주연구개발에 대한 정부의 적극적 관심 및 지원	-우주환경개발 의지 수립에서의 후발성 -우주 산업분야의 관련 전문가 부족 -실험환경 등 우주연구시설 미확보 -우주분야 연구수행에 대한 인식부족
기 회	위 협
-범 국가적 우주개발 추진에 따른 산업체 전반적 발전 가능성 증대 -우주 산업의 중요성 확대 및 우주개발에 대한 선진국과의 공동참여 기회제공 -국가 번영에 기술의 중요도 증가	-선진국의 기술금수 및 정보차단으로 단기간 기술 추월 한계 -국방관련 기술과의 연계에 대한 선진국의 의혹 불식 -선진국의 기술장벽 강화로 인한 기술적 예속

<SWOT 분석>

3) 기술수준 및 시장 경쟁력 분석

□  극한 환경용 로봇들, 즉 고 준위 방사선 구역과 극지방 탐사를 위한 로봇개발들이 이루어지고 있으나 아직 그 결과가 미비함.

□  우주로봇은 특정 임무에 따라 시스템의 설계가 달라지므로, 개발하기 전 임무에 대한 충분한 고찰이 필요함. 여러 로봇 제어기술들이 한국에서도 개발되고 있으며 무엇보다도 개발된 기술들의 병합과 환경 데이터베이스 구축이 필요함. 우주 로봇의 작업환경이 일반 지구상의 환경과는 상이한 고기능과 고도의 안전성이 요구되는 극한 구역이므로 앞으로 핵심 기술개발에 상당한 노력이 필요함.

4) 선택과 집중

□  영상 100℃에서 영하 100℃를 오르내리는 극초저온 및 고온에 강한 내구성을 가지며, 무중력 상태, 우주방사선의 노출에 강한 내방사화 기술이 요구됨.

- 임무 수행을 위한 다양한 센서기술이 요구됨. (거리 센서, 온도 센서, tactile 센서, vision  센서 등)

- 원거리 무인 제어에 있어서 문제점인 프로그램 명령의 시간 지연의 해결이 필요함. 전달된 명령이 원격지의 우주 로봇 시스템에 의하여 해석되고 착오 없이 수행되기 위한 제어방법에 대한 연구가 요구됨.

- 정밀한 작업을 효율적으로 수행하기 위한 마이크로 로봇개발.

(2) 수중 로봇

1) 주요 선진국의 육성정책 및 기술동향

○  국외에서는 민수용의 AUV, ROV, SAUV와 군수용의 MDV가 이미 상품화되어 시판되고 있으며, 기능의 다양화와 고도화 그리고 시스템의 소형화를 위해 계속인 연구가 수행되고 있음. 미국의 Perry Tritech에서 제작한 중작업용 ROV인 TRITON, GATOR 등은 수중 케이블의 유지보수를 위해 이미 국내에도 도입되어 운용중이고, 스위스에서 제작한 MDV인 PLUTO PLUS도 국내에 도입되어 해군에서 기뢰제거를 위해 운용중에 있음. 국외에서 도입된 수중로봇은 기술적인 면에서 국내기술에 비해 앞서 있으나, 가격이 고가이고, 계속적인 유지·보수를 위해 막대한 외화가 투입되고 있음.

○  미국은 해군연구소, 해양과학연구소(WHOI) 등의 연구기관과 Perry Tritech 등의 산업체, MIT, Univ. of Hawaii 등의 대학을 중심으로 ROV, AUV, 및 SAUV에 대한 연구가 활발히 진행되고 있음. Perry Tritech 에서는 매니퓨레이터를 장착한 중작업 ROV와 AUV를 판매하고 있고, MIT에서는 AUV ODYSSAY를 HAWAII 대학에서는 AUV ODINII를 각각 개발하였음. 현재 미국에서는 10,000m의 심해저에서 작업이 가능한 무인잠수정 기술이 개발되어 있는 상태이며, 상업용으로는 2000m급이 주종을 이루고 있다. 매니퓨레이터의 경우 해군의 첨단 기술을 기반으로 Woods Hole 해양연구소와 펜실바니아 대학에서 subsea teleprogramming system' "을 개발하여 인터넷 베이스 제어기를 개발한 바 있음.

○  일본은 JAMSTEC에서 유인잠수정 SHINKAI 시리즈와, 10,000m급의 중작업 ROV인 KAIKO의 개발에 성공하였고, 동경대학에서는 1,000m급 AUV인 AE1000을 개발하였음. 현재 일본에서는 2000m급 AUV의 개발이 이미 완료된 상태이며, 1998년부터 AUV개발을 위한 2단계 연구사업으로 동경대학과 JAMSTEC의 공동연구가 시작되었음. 또한, 매니퓨레이터 기술에 있어서는 공업기술원을 중심으로 극한 작업로봇 프로젝트에서 석유 시추선의 점검 및 보수 유지를 위하여 유압 구동형 제어 시스템을 개발하였고 또한 이들은 거리, 시각, 힘, 압력등의 수중 센서도 자체 개발하고, 매스터 암과 슬레이브 암도 개발하였음.  제어 알고리즘으로 2개 매니퓨레이터의 협조 작동 시스템도 개발하였음.

○  영국은 군사목적으로 활용 가능한 SAUV의 개발이 이미 완료된 상태이며, 성능개선, 기능 다양화 및 초소형화에 대한 연구가 진행 중이 있다. 수중 매니퓨레이터 분야에 있어서는 Heliot-Watt 대학이 기업과 공동으로 수중 비파괴 검사, 수중 그라인딩 작업, 코넥터 조립 작업 등을 수행할 수 있는 위치/힘 혼합제어형 메니퓨레이터를 개발한 바 있음. 이 밖에도 캐나다, 러시아, 노르웨이, 이태리, 프랑스, 영국, 독일, 중국 등이 무인잠수정에 대한 활발한 연구를 수행하고 있음.

○  이상의 수중로봇분야의 개발성과에도 불구하고 수중이라는 극한환경에 의해 육상에서 실현되는 많은 기능들이 제한되고 있으며, 이를 실현시키고, 기존장비의 소형화 다기능화 고성능화를 위해 세계의 연구소와 학교 기업은 현재도 연구에 몰입하고 있음.

2) 국내현황

○  우리 나라는 선진해양국에 비하여 수중로봇 개발 분야에 늦게 뛰어 들었으나, 다양한 선박의 건조기술을 바탕으로 해양장비의 제조 및 시운전기술을 꾸준히 축적해 가고 있음.

< 해양연구원 >

○  1986년에 수심 250m급 탐사용 유인 잠수정 해양250 개발에 성공하여 동해안에서 시운전을 성공적으로 마치어 해양장비개발을 위한 기반 기술을 확보하였음.

○  1989년부터 3년간 과기부의 국책연구사업으로 해양작업시스템 개발 과제를 수행하였고, 이 결과를 이용하여 1993년에는 수심 300m급 유삭식 무인탐사기 CROV300을 국내 최초로 개발하였음. CROV300은 자체 개발된 초음파 고도계와 방위각 센서 및 심도 센서를 내장하고 전방을 관측할 수 있는 카메라와 조명장치가 탑재되었음. 수중에서 4자유도 운동제어가 가능하고 자동자세제어 및 호버링(hovering)이 가능하며, 개발기술이 한국철력(주)에 기술이전되어 상품화된 바 있음.

○  1994년부터 과기부와 삼성중공업의 지원을 받아 4년간의 연구 끝에 1997년에는 200m급 자율무인잠수정 (AUV) 테스트베드(test-bed)인 VORAM호를 개발하여 수조시험을 성공적으로 마쳤음. VORAM호는 SSBL과 자세센서 신호를 융합하고 유속계 신호를 이용하여 항법 필터를 구현한 하이브리드(hybrid) 항법 시스템으로 운용되며, 수상선과 수중 음향을 이용한 통신으로 실시간으로 정보를 교환하는 시스템을 채택하였음.

○  1997년부터 2000년까지 과기부의 특정연구 사업으로 고성능 중작업용 수중 로봇의 설계기술을 개발한 바 있으며, 또한, 1999년부터 과학기술부 민군과제의 일환으로 KIST, 대양전기(주)와 공동으로 반자율무인잠수정(semi- autonomous underwater vehicle, SAUV)에 장착되는 전동식 해저 로봇팔 기술 개발과 수중 초음파 관성 항법에 관한 기술개발이 진행되고 있음.

○  한국해양연구원은 해양수산부의 지원으로 2001년부터 5개년 연구사업으로  6,000m급의 심해용 무인잠수정 개발 사업을 진행 중에 있음. 이 무인잠수정은 수중 진수장치, ROV 및 AUV로 구성되며, 해저의 샘플채취 및 코어링 기능을 보유하며, 심해저의 열수광상을 정밀 조사하고, 해저 과학조사와 해저 자원탐사를 목표로 함.

○  이상과 같이 다양한 수중장비가 개발되고 있어서 수중장비의 3대 분야인 유인잠수정, 무삭식 무인기 및 유삭식 무인기를 모두 개발한 실적을 보유하고 있음. 특히 수중장비의 핵심요소기술인 운용 계측 제어 신호처리 항법 수중통신 센서 초음파 응용 소프트웨어 및 하드웨어 Hardware System Integration에 관한 능력이 확보되어 있어서 모든 수중장비의 개발이 가능한 기술기반이 조성되어 있음.

< 대우중공업 >

○  대우중공업은 1993년에 러시아의 IMTP로부터 6,000m급 AUV의 기술을 도입하여 AUV 개발에 필요한 요소기술을 확보하였으며, OKPO-6000 AUV를 개발하였다. AUV에 장치된 Still Camera, TV Camera와 Side Scan Sonar를 이용하여 해저지형 및 해저에 있는 망간단괴 등의 자원과 가라앉은 선박 등을 탐사할 수 있음.

○  대우중공업은 음향위치확보시스템의 핵심 요소인 트랜스폰더를 대우통신과 공동으로 제작하였으며, 소형의 압력 Chamber를 구입하여 내압선체의 압력실험을 하였고, 시스템 대부분을 자체 제작하였다. 거제만 해역에서 천수시험을 거쳐 동해시험을 수행하였으며, 최근에는 해양연구원과 공동으로 태평양 클라리온-클리프톤(C-C) 지역의 탐사에 투입된 바 있음.

< 삼성중공업 >

○  수중장비에 대하여 개발된 실적은 없으나, 1994년부터 한국해양연구원 선박해양공학분소와 협동으로 200m급 AUV 개발에 참여한 바 있음. 수중장비에 대한 제작경험은 없으나, 해저파이프 매설과 관련한 장비의 설계, 제작 및 운용기술을 확보하고 있음.

강 점	약 점
-수중로봇개발 관련 산학연 연구체제 기 구축 및 해양 산업체의 수요 방대 -산업체를 중심으로 한 해양기술 개발 경험 풍부 -디지털 시대가 도래하여 있음	-국가적인 R & D 전략모형 미 수립 -연구개발 분야의 관련 전문가 부족
기 회	위 협
-IT 산업의 성장에 따른 RT 산업 동반 성장 분위기 고조 -해양산업 중요성 확대 및 해양국가로의 선도적 위치 확보 -해양산업의 국가발전 기여도 주도 -국내 해양산업의 세계 주도	-아국의 국가해양산업의 발전에 따른 해양 선진국의 견제 수위 고조 -특화기술(기계요소설계, 초정밀가공, 센싱기술)의 개발의지 미미 -선진국의 기술장벽 강화로 인한 기술적 예속

<SWOT 분석>

3) 기술수준 및 시장 경쟁력 분석

○  우리나라는 수중로봇의 설계 기술을 보유한 상태이며, 수중로봇의 설계기술을 활용하여 태평양 심해저에서 활용 가능한 무인잠수정 개발을 진행중인 수준에 와 있으나, 특수 목적의 심해 작업을 위한 요소 기술측면에서 기술 수준이 미진함.

○  우리나라는 세계 1위의 조선 선진국으로서 내압선체 설계·제작 및 수중로봇의 동력학 해석 부분은 세계적인 기술 수준이나, 수중로봇의 핵심 기술 중에서 수중 초음파 시각 및 정밀 항행을 위한 센서 기술, 고효율 밧데리 기술, 정밀 위치추적 기술, 해양과학 조사를 위한 수중 계측장비 기술, 초고압의 해양환경조건을 유지한 상태의 데이터 샘플링 기술, 고정밀 해저면 영상 취득 기술 등의 분야가 취약한 상태임.

4) 선택과 집중

○  우리나라는 삼면이 바다로 접해 있으며, 대륙붕이 넓게 분포되어 있어서 넓은 해양영역을 보유하고 있고, 국토의 연장인 경제활동의 영역으로서 적법한 절차에 의해 공해상의 자원 개발권을 확보(예 : 태평양 C-C 지역(75천□))하고 있음.

○  연 근해 대륙붕 및 심해저는 수산식량, 광물, 에너지 및 공간 등 풍부한 해양자원의 보고로서 21세기 우리의 생존문제와 직결됨. 즉, 전 세계 석유, 천연가스의 28%가 대륙붕에서 생산되고, 2000년대에는 40%를 상회할 것으로 예상되며, 심해저 광물, 에너지의 이용률도 급격히 증가할 것으로 예상됨.

○  최근에는 국가간의 간섭이나 자국의 자원 및 해양환경 보존을 위한 적극적인 노력이 경주되면서, 200해리 배타적 경제수역의 선포나 공해상의 자원을 선점하기 위한 경쟁에 따라 UN 해양법 협약을 통한 새로운 해양질서의 개편이 모색되고 있음.

○  UN 해양법, 국내 해양개발 기본법에 따라 효율적인 해양개발, 활용, 해양보존 등에 대한 정책은 국가적 차원으로 추진되어야 한다. 해양자원, 해양과학, 해양산업 및 해양외교 등 국가 해양개발 잠재력을 증대시키기 위한 국가적 차원의 해양개발 정책과 체계적인 개발추진이 절실히 요구됨.

○  이러한 상황에서 해양개발에 대한 수요의 증가와 더불어 다양한 종류의 수중 로봇의 수요가 증대될 것으로 전망됨.

○  그러나 수중로봇은 다양한 분야의 기술이 종합된 시스템으로 전 분야의 기술개발을 위한 일률적 인력과 재원의 투자는 비효율적일 뿐만 아니라 성공의 가능성도 낮음. 따라서 수중로봇 분야의 전략 핵심기술을 선정하고 이에 집중된 인력과 재원의 투자가 뒤따라야 함.

(3) 방재 로봇

1) 주요 선진국의 육성정책 및 기술동향

○  미국

-  1997년 동경 소방청은 지하실에 접근한 후 화점을 조준하여 진화하는 기능을 보유한 로봇을 전시한 바 있으나, 실용여부는 확인되지 않고 있음. 한편 영국의 웨스트 요크셔 소방청과 JCB special products에 의해 개발된 FireSpy가 1999년 2월 BBC 온라인에서 보도된 바 있는데, 이 로봇은 소방 요원의 접근이 불가능한 빌딩에 투입되어 진화작업을 하는 기능을 보유하고 있음.

-  재난을 지진, 붕괴사고, 화생방오염 등으로 그 범위를 좀더 확장하면, 1983년부터 1990년까지 일본 통산성 주관으로 추진된 원자력발전소 작업로봇, 해저 탐사로봇 및 방재로봇을 개발하기 위한 국가 프로젝트를 주목할 수 있는데, 방사능 오염, 고압, 고온 및 진공환경 등, 극한 작업환경 하에서의 인력대체를 그 목적으로  함. 미국의 경우, 1979년 펜실바니아 주 Three Mile Island 원자력발전소에서 방사능 누출 사고가 발생했을 때 투입된 몇 가지 로봇들의 활약으로 로봇 공학의 사회 기여 가능성을 훌륭히 입증한 계기가 되었음. 그러나, 국내에서는 소위 화생방 오염의 위험성이 상존함에도 불구하고, 이러한 수준의 로봇이 자체 개발되지 못한 실정임.

2) 국내현황

○	1980년 중반부터 일반 기업체를 중심으로 산업용 로봇기술은 꾸준히 발전되고 보급되어왔음. 자동차 용접 및 도장, 가전부품 조립, 반도체 생산라인 등  단순 반복 작업에 로봇이 활용되어왔음. 한편 국내 대학에서 로봇의 기본이 되는 핵심 요소 기술을 연구하여 온 결과, 최근 제어기술, 로봇 설계기술 등이 꾸준히 향상되어 오고 있음. 그러나 방재용 로봇은 거의 전무한 상태임.

○	한국원자력(연)에서는 원전에의 로봇 기술 적용을 목표로 안전성 시설 주위를 자유롭게 이동할 수 있는 이동 메카니즘 기술과 고방사선 환경을 고려한 기계 및 전자 재료 기술에 대한 기초연구를 1989 년부터 수행하여 왔으며, 1992 년부터 원자력시설내 안전성 관련 기기의 유지보수 작업용 로봇 시스템 및 발전소내 점검감시를 위한 이동형 경작업 로봇을 원자력 중장기 계획에 따라 개발 추진하여 왔음.

○	한국과학기술원은 화재진압용 로봇을 설계하여 프로토타입을 완성한 상태인데, 이 로봇은 대형 빌딩의 지하실에서 화재가 발생할 때, 투입되어 초기 진화를 하도록 설계되어있음. 비상 엘리베이터를 통해서 화재현장으로 접근하여 적외선 센서를 이용하여 화점을 인식하고 소화액을 분사하여 소화하게 됨.

강 점	약 점
-비교적 풍부한 고급 전문인력 -IT, 반도체 및 전자기술 등 유관 분야의 기술 수준의 향상 -비교적 진취적인 정책 의지	-재해에 대한 전반적인 불감증 -국가적, 거시적인 대책의 결여 -체계적이고 장기적인 연구투자의 부족 -방재 관련 전문가 부족 -시스템 설계 기술의 취약
기 회	위 협
-각종 대형 재해로 방재 분야 투자의 중요성 확대 및 연구의 필요성 증대 -이 분야 기술 선점의 높은 가능성 -IT 산업의 성장에 따른 RT 산업 동반 성장 분위기 고조	-특화기술(시스템 및 기계요소설계, 구동기, 센싱기술)의 개발의지 저하 -선진국의 기술장벽 강화로 인하여 시스템 및 요소 기술확보의 어려움

<SWOT 분석>

3) 기술수준 및 시장 경쟁력 분석

○ 우리나라는 1980년대부터 로봇과 관련된 소위 첨단 분야에 비교적 의욕적인 투자를 해왔다고 보여짐. 그 결과, 제어 기법, machine vision의 응용 등 몇 가지 분야에서는 선진국에 비하여 별로 기술차이가 나지 않는 형편임.

○ 그러나, 로봇과 같이 하나의 system을 설계하고 제작하는 데 있어서, system의 목표를 정의하고 그것으로부터 일관된 설계와 제작을 이루어 가는 면에서는 선진국들에 비해 매우 취약한 형편임.

○ 뿐만 아니라, actuator 기술, 센서 기술 등의 핵심기술 면에서 아직도 선진국에 많이 뒤지고 있어, 구동기, 센서 등은 선진국에 의존하는 바가 크다고 본다. 그리고 가공기술도 미국, 일본에 비해 우리가 취약한 부분임.

4) 선택과 집중

○  선진국에 비해 여러 가지 면에서 기술적인 열세에 처해있는 것은 기지의 사실임. 그러나 향후 기술경쟁에서 우위를 점하기 위해서는 좀더 전략적인 사고가 요구됨. 그것은 로보틱스가 많은 사람들에게 주었던 환상을 버리고, 엔지니어링의 기본원리 (특별히 설계의 기본원리)에 뿌리를 두고, 정확한 목표선정과 목표지향적(Target oriented)인 접근을 하는 것을 의미함.

○  방재로봇의 경우, 우선 Task가 비교적 간단한 화재 진압용 로봇으로 출발하여, 연구와 개발과정에서 검증된 각종 기술과 know-how를 조심스럽게 다른 용도의 로봇의 개발에 원용하도록 함. 이것은 로봇은 그 종류에 관계없이 대부분의 핵심기술들이 거의 공통적이라는 사실과, 그러나 로봇의 설계는 그 목적에 정확하게 부합되어야한다는 양면성 때문임.

(4) 원자력 로봇

1) 주요 선진국의 육성정책 및 기술동향

□  미국

-  극한작업 로봇을 최초로 산업체에 적극적으로 적용되고 개발된 분야는 원자력분야로써 1940년대 미국 맨허턴 프로젝트에 참여한 아르곤 국립연구소(ANL: Argonne National Laboratory)의 원격 핵물질 취급용 로봇 조작기 개발을 들 수 있음.

-  아르곤 국립연구소는 1950년대에 「CP-5」 원자로를 해체하기 위하여 원자로 해체 로봇을 개발함. 이 로봇은 6피트 길이의 두 개 금속 팔은 275파운드까지의 무게를 들어올려 로봇에 달린 부속물이 1,000파운드의 압력을 가할 수 있는데 이는 3/8인치 두께의 알루미늄 막대기를 절단하기에 충분한 힘을 가짐. 또한 이 로봇은 폐쇄회로 TV 카메라와 마이크 크기의 두 개의 조이스틱을 이용해 운전원의 조작에 의해 운전이 가능하며 그 정밀도는 작은 볼트와 스크루를 원하는 위치에 부드럽게 갖다 놓을 수 있음.

-  INEEL(Idaho National Engineering and Environmental Laboratory)에서는 우주시대 용도의 로봇 팔과 다른 여러 가지 첨단 장치를 이용하여 지하 액체 방사성 폐기물 저장 탱크의 내부를 조사하고 1999년 2월에 탱크에서 추출한 폐기물 찌꺼기 샘플을 추출함.

-  TMI(Three Mile Island) 사고이후 사후처리용으로 개발이 시작되어 미국 CMU 의 RRV, RWV 를 필두로 하여 원자력 선진국을 중심으로 비상대응 시스템이  활발하게 연구 개발되었음. EPRI에서 개발한  Suveyor 와 Remotec 의 Surbot는 비상대응을 위하여 많은 실증 시험과 현장 적용에 대한 시도가 이루어졌으며, 1990년대에 들어 에너지성 주도로 고준위방사성 폐기물 탱크 또는 주변토양의 오염상태분석 및 회수작업을 동시 다발적으로 수행하기 위하여 가상현실기법을 이용한 다중로봇 제어기법에 관한 기술을 개발 중임.

-  GEC Alsthom사의 Schilling Robotics Division에서는 TITAN, GAMMA, HYDRA Series등의 원자력용 유압식 서보매니퓰레이터 개발하여 상용화 함.

<증기발생기 조작기>

<원전 이동형 로봇>

-  피츠버그 로봇 연구실에서는 인간이 접근할 수 없는 고온, 고방사능 지역인 체르노빌 원자로 4호기 탐사를 위해 파이오니어 로봇을 이용함. 이 로봇은 무게가 약 1톤이며 방사선에 저항력이 있도록 피츠버그 소재의 RedZone Robotics사가 제작한 것으로서, 작은 불도저와 같이 구조물 내의 통로를 따라 움직임. 파이오니어 로봇은 체르노빌에 투입된 적이 있는 20∼30개 로봇 중에서 가장 저돌적인 로봇이며 시료채취, 환경측정 및 3차원 컴퓨터 모델의 생성을 통해 우크라이나 당국이 청소작업을 가장 효율적으로 수행할 수 있도록 공구, 센서 및 스테레오 카메라 꾸러미를 장착함. 이 탐사의 목적은 작업원이나 다른 로봇이 붕괴조짐을 보이고 있는 석관에 대해 보강작업을 시작할 수 있도록 사고현장의 청소작업을 수행하는 것임.

□  일본

-  기업체를 중심으로 가시화하고 현장에 적용하고 있음. 1983년부터 1990년에 걸친 원자력용 다기능 로봇 개발을 통산성 주도로 수행하여 이 분야의 요소 기술 확보에서 선두를 유지하고 있으며, 당시 개발된 기술은 산업체로 이전되어 미쓰비시사에서 원자력발전소의 적용을 목표로 개발중인 로봇만 하여도 50여종에 이르고 있음.

-  일본 도시바는 원자력발전소의 배관검사에 이용하는 소형 로봇을 개발함. 이 로봇은 탑재한 비디오 카메라로 내부의 상황을 촬영하는 외에 각종의 검출장치를 연락해 관내를 이동하면서 방사선량 등을 측정할 수 있으며, 미리 경로를 가르쳐주면 자동운전이 가능함. 개발한 로봇은 직경 71mm, 길이 270mm의 배관모양으로 원자력발전소에서 많이 사용되고 있는 직경 3인치의 배관을 대상으로 한 크기로 무게는 약 500g이며, 라이트와 41만 화소의 CCD 카메라가 붙어 있고 어두운 관 안을 비추면서 이물질과 관에 금이 가 있는가 등을 발견할 수 있고, 전후에 각각 4개의 바퀴(車輪)가 있고 관에 바퀴를 꽉 누르면서 모터로 돌려 전후로 이동함. 수평으로 된 관 안에서는 최고로 초속 22mm의 빠르기로 움직이며, 몸체부분에는 공기압을 더하면 몸을 흔드는 특수한 장치가 있고 분기 있는 T자관과 커브로도 적절하게 방향을 바꾸어 목적지로 향할 수 있음.

-  일본 원자력 연구소 내의 토카이 연구소에서는 원자력 사고가 일어났을 때 사람을 대신해 현장 상황을 확인하는 로봇을 2001년 3월에 개발함. 정보 원격 수집 로봇은 무한궤도나 타이어 등을 부착하여 이동할 수 있으며, 사고 직후 감마선이나 중성자선 양 등을 계측하는 □초기 정보 수집 로봇□ 2대와 영상이나 음성, 실내의 장애물 위치도 파악하는 □상세 정보 수집 로봇□, 현장에서 발생한 기체나 액체 등 오염물을 채취할 수 있는 □시료 등 정보 수집 로봇’1대 등 모두 4대로 구성되어 있음.

-  길이 10mm, 무게 0.5Kg의 마이크로 로봇이 공개됐는데, 이는 현재까지 개발된 로봇 중 가장 작은 크기임. 미니 로봇은 워낙 크기가 작기 때문에 발전소를 정지시킬 필요가 없어 유리하여 화력 발전소나 원자력 발전소에 이상이 생겼을 때 파이프라인 틈새로 들어가 수리를 할 수 있음.

□  유럽

-  영국, 독일, 프랑스 등도 원자력산업용 내방사선 로봇 개발에 착수하여 고방사성폐기물/부품 등을 선별적으로 회수하기 위한 로봇을 개발하고 있으며, 프랑스의 Framatar도 시험 가동중인 3개의 발전소에서 실증 시험을 수행하였으며, 독일의 MF-2,3,4 등은 체르노빌 사고시 현장에 투입되었음.

-  영국 AEA Technology사의 NEATER Series는 산업용 조작기의 구성부품을 내방사선 부품으로 교체하여 원자력용 조작기로 상품화하여 사용함. 또한 MAGNOX사에서 개발한 SNAKE는 여러 자유도를 가진 유지보수용 조작기로 유압을 구동원으로 사용함.

2) 국내현황

□  일반 산업용 로봇기술은 산업체 주도 하에 국내 대학의 메카트로닉스, 기계, 전자, 전산학과 등을 비롯하여 연구소에서 생산성 향상을 위해 단순 작업용 로봇을 1985년부터 개발하여 자동차 용접 및 도장, 가전부품 조립, 반도체 생산라인 현장에 단순 반복 작업 로봇이 상용화되어 있음.

□  일반적으로 단순작업 산업로봇은 순차제어기를 사용한 로봇이 주종을 이루어 보급되어 있으며, 반도체기술, 첨단 제어기술, 센싱기술, 로봇 설계기술 등의 발전에 힘입어 선진국 수준으로 향상되며 다기능 고지능 로봇의 개발로 전환되고 있는 추세임. 그러나 극한 환경 작업용 로봇에 대한 개발은 미미한 실정임.

□  한국MT시스템은 하수관의 누수부분을 측정하고 유지하는 이동형 로봇과 대형건물환기구로봇은 중소기업을 중심으로 개발하고 있음.

□  인간과 유사한 오감과 지능을 가지고 이동하며 작업하는 자율형 로봇인 휴먼 로봇을 범용성을 지닌 로봇은 국가 출연 연구소인 한국과학기술연구소에서 추진되었고, 해저 탐사용 로봇은 한국기계연구원이 대우 등 여러 기관과 역할 분담하여 연구하였음.

□  심해저 탐사 및 개발을 위한 수중작업 로봇을 개발 중이며, 개발 기술로서는 200m급 수밀 구조형 ROV 개발, 초음파 신호전달 시스템을 현재 해양연구소에서 개발 중임.

□  원전에의 로봇 기술 적용을 목표로 안전성 시설 주위를 자유롭게 이동할 수 있는 이동 메카니즘 기술과 고방사선 환경을 고려한 기계 및 전자 재료 기술에 대한 기초연구를 1989년부터 수행하여 왔으며, 1992년부터 원자력시설내 안전성 관련 기기의 유지보수 작업용 로봇 시스템 및 발전소내 점검감시를 위한 이동형 경작업 로봇을 한국 원자력 연구소에서 원자력 중장기 계획에 따라 개발 추진하여 왔음.

□  원자로는 일반 기계나 건축물과 달리 고방사선이라는 특수환경이므로 구석구석까지 자연과 인체에 치명적인 방사능 물질에 오염돼 있는 것이 특징을 가지는데, 국내 최초의 원자로로서 'Triga Mark Ⅱ, Ⅲ' 에 대한 해체를 위해 원격조종 로봇을 이용하여 분리, 자연증발, 제염기술 등을 활용하여 2002년까지 원자로를 해체할 계획임.

□  국내 개발연구여건 : 1985년부터 로봇전문가가 지속적으로 증가하여 풍부한 연구인력이 확보되어 있으며, 원자력분야의 연구개발이 국가출연연구소를 주체로 진행되어 인프라가 구축되어 있음.

강 점	약 점
-반도체 및 전자기술 향상 -풍부한 로봇 전문인력 양성 -IT 산업의 집중적 정책적 지원	-국가적 전략모형이 미수립 -원자력 산업분야의 관련 전문가 부족 -필요성에 대한 인식 부족 -산발적인 연구 국부적 수행
기 회	위 협
-IT 산업의 성장에 따른 RT 산업 동반 성장 분위기 고조 -원자력 산업의 중요성 확대 및 원전의 유지보수 필요성 증대 -국가 번영에 기술의 중요도 증가	-일부 선진국의 핵심기술 선점 -특화기술(기계요소설계, 초정밀가공, 센싱기술)의 개발의지 저하 -선진국의 기술장벽 강화로 인한 기술적 예속 -국내 원자력 산업의 발전에 따른 선진국의 견제 증대

<SWOT 분석>

3) 기술수준 및 시장 경쟁력 분석

□  국내에서는 그동안 주로 단순 반복 작업용 산업 로봇이 학계, 산업계를 중심으로 개발되어 왔으며 다기능 고기능 로봇 기술수준은 선진국에 비해 현저히 낮은 상태임.

□  원자력 로봇의 작업환경이 일반 산업체의 환경과는 상이한 고기능과 고도의 안전성이 요구되는 고방사선 구역이라는 현실을 감안할 경우 현재의 단순 로봇기술을 원자력 로봇에 적용하기에는 상당히 무리가 있음.

4) 선택과 집중

□  우리나라는 일본과 중국의 사이에 위치하여 지정학적으로 또는 역사학적으로 이들 두 국가의 영향을 받으면서 발전하여 왔음. 중국의 사회개방정책 이후 첨단 기술개발에 지대한 투자를 전력함으로써 항공, 우주, 국방 등의 첨단기술이 눈부시게 날로 발전하고 있음. 이에 영향을 받은 일본은 우리나라에 기술장벽을 높이고 있는 추세이며, 첨단분야는 더욱 심화되고 있음.

□  특히 원자력용 로봇 같은 극한작업용 다기능 로봇은 복합 첨단기술과 공학적 엔지니어링이 유기적으로 종합되어야만 가능한 기술 집약적 분야로서 기술의 파급효과와 부가가치가 지대하므로 선진국에서는 기술장벽을 한 차원 높여 방어하고 있는 실정임.

□	본 기술이 확립되면 국내의 첨단 자동화기술 수준이 선진국 수준으로 급 상승수 있는 기반이 마련되어 고가의 원격조정 장비 수입, 기술 도입비 절감, 전문가활용 자문비를 극소화할 수 있으며, 더 나아가 국내 기술의 선진국으로 역수출이 가능케 됨.

□  이러한 상황을 고려하여 볼 때 모든 기술을 개발하는 것은 한정된 인력과 재원으로써 불가능할 뿐만 아니라 비효율적임. 그러므로 시급하고 개발에 따른 임펙트가 큰 분야부터 선별하여 집중적으로 초점을 맞춰 개발해야 함.

하드웨어가 결부되어 있지 않은 단순한 정보 기술은 궁국적으로 적용의 한계에 도달하게 되므로 소프트웨어와 하드웨어가 결부되어 시스템 엔지니어링이 이루어진 고부가, 기술 집약적인 분야를 선택하여 집중적으로 개발 추진해야 함.

□  성공의 가능성이 높이기 위하여 개발 초기 단계에서 분야를 신중히 선택하여야하며, 개발 후 현장 적용의 가능성과 필요성이 큰 분야에 초점을 맞추어서 재투자를 유도하고 이에 따라 타 로봇 분야에의 투지의지를 촉진 시켜야함

□  우리나라는 부존자원이 빈곤하여 에너지가 타 국가에 의존적으로 될 수밖에 없음. 그러므로, 원자력 발전은 필연적으로 선택할 수밖에 없는 필연적인 에너지원임. 이러한 뜻에서 국내의 전력을 40% 이상을 점유하고 있는 원자력 에너지의 원천이 되는 원자력 발전소의 감시점검 및 유지보수는 국가적인 측면에서 중요함.

□  고도의 기술이 요구되는 보수, 정비에 대한 로봇기술확립하고 향후 기술적으로 더욱 복잡하고 어려운 다양한 작업들을 수행할 수 있는 고도의 지능과 조작성 및 이동성을 구비한 고지능 다기능 로봇의 개발은 원자력발전소 유지보수작업의 무인화를 앞당길 수 있을 것으로 전망되어 원전의 안전성과 신뢰성을 향상시키는데 크게 기여할 것으로 예상됨.

□  결론적으로 국내에 사정과 국제적인 상황을 비추어 볼 때 우리에게 가장 시급한 것은 안전한 원자력 발전이 밑바탕 되어야 함. 따라서 극한 환경 작업용 고지능 로봇이 국가적 요청에 부합하는 과제로서 사료되므로 집중적으로 개발되어야 함.

(5) 국방 로봇

1) 주요 선진국의 육성정책 및 기술동향

□  선진 5개 동맹국에서 첨단센서, 진보적인 의사결정구조, 통신과 네트워크, 로봇공학, 전원과 에너지 분야에 기술개발 주력하고 있음. (International Defense Review지 2001년 2월호)

□  지능화 기계 시대에 접어들면서 자동화 로봇의 개발이 군의 전술과 편성 방법이 크게 달라질 가능성이 매우 높아짐에 따라 5가지 기술 분야를 효과적으로 적용할 시 앞으로 수십 년간 군사력의 우위를 장악할 수 있음.

<선진 5개국 국방 관련 연구 개발동향>

연 구	과 제 명	특 징
기초연구	첨단센서연합	- 전기광학 지능센서 - 첨단무선통신 - 마이크로 센서
	진보적의사결정 아키텍쳐연합	- 정보수집, 분류, 상관성, 집합, 융합, 경고 및 전파 - 행동발생, 전장에서 예비
	통신,네트워크연합	- 동적, 무선 이동통신 구조제공 - 각 기기간의 네트워킹
	전원,에너지연합	- 큰 소형 휴대장치 - 첨단 연료전지
응용연구	로봇공학	- 지능형 - 소형화

□  미국의 경우 처음으로 기존의 유인 전투차량의 부분 기능을 분리하여 몇 개의 로봇과 중안에서 통제를 담당하는 유인통제차량을 혼합 운용하는 미래전투시스템(FCS:Future Combat System)을 2000년 5월에 관련업체와 계약하여 Demonstrator를 개발중이며 국방성의 예산으로는 로봇분야의 가장 큰 규모의 투자로 2003년 3월에 데모를 수행할 예정이며 설계개념은 다음의 그림에서 보여줌.

<미래전투시스템>

<미래전투시스템 설계개념>

□  미국 내쉬빌의 반더빌트(Vanderbilt) 대학의 가르시아와 골드팝 교수는 크레딧 카드 크기의 1/3쯤 되는 로봇 곤충을 개발하고 있는데 이는 군사용 및 우주에서의 지능체 채집 목적에 사용될 예정임. 이 연구는 미 국방고등연구기획청(DARPA)에 의하여 지원을 받고 있는데, 이들은 군사용 목적의 날아다닐 수 있고, 크기가 작은 로봇 곤충(마이크로 플라이어)도 개발할 계획임. 이들 곤충은 지뢰밭이나 보병대들이 앞에 있는 언덕 너머에 무엇이 있는가를 파악하는데 도움을 주는 것과 같은 해묵은 군사문제에 큰 도움을 줄 것임. 만일 적들의 위치와 그 능력을 제대로 파악할 수 있다면, 적절한 위치에 포격을 가할 수도 있을 것임.

□  NASA의 제트 추진 연구소(JPL)에서는 도시에서 운용될 수 있는 소형 전술용 이동 로봇을 개발하고 있음. 이 기술 개발에는 약 18개월이 소요될 예정이며, 400만 달러가 투입되는 컨소시움 형태로 된 기술 개발 계약이다. 여기에서 개발될 로봇의 크기는 약 40□ 정도 되는데, 이쯤 되면 가방에 넣어 짊어지고 다닐 수 있게 되며 가볍고, 기동성이 있고, 네비게이션을 위한 실시간 인식과 정찰이 가능하게 될 전망임. 이렇게 되면, 이 로봇은 군인 한 사람이 들고 다닐 수 있을 정도로 작아질 것인데 철조망에 부딪쳐도 끄덕 없고 문지방을 넘거나 장애물을 건널 수 있도록 견고하게 제작될 전망이며, 또한 계단이나 장애물을 신속히 오르내리며 정밀한 정찰과 내부 및 외부 환경의 지도 제작과 적군의 위치 감지와 파악 기능을 갖추게 됨

2) 국내현황

□  현재 민군 겸용 과제를 통하여 반인반수형 로봇 개발이 기업체 유진로보틱스와 공동으로 위험지역 작업용 로봇 기술 개발중이며, 미국의 FCS 사업이 로봇 기술을 기반으로 진행 중이므로 미래의 전투시스템에 로봇이 센서나 무기 등의 작동에 중추적인 역할을 할 것으로 예측하고, 약 7년 정도 자율주행분야의 연구를 학계(포항공대)를 통하여 진행하여 왔고 시스템 개발을 위한 핵심연구는 기초연구가 끝나고(□02) 기반 기술이 확보된 후에 실제 개발 진행이 국방과학 연구소 주도로 이루어지고 있음.

□  심해저 탐사 및 개발을 위한 수중작업 로봇을 개발 중이며, 개발 기술로서는 200m급 수밀 구조형 ROV 개발, 초음파 신호전달 시스템을 해양 연구소에서 개발 중임.

□  한국원자력 연구소에서는 원자력 중장기사업의 □원자력 내방사선 로봇 개발과제□ 수행을 통해 이동로봇 설계 응용기술과 □고방사선환경 로봇 핵심기술 개발□과제를 통하여 원격 현장감 구현 기술을 확보하였음. 이러한 연구는 화생방전 발생 시에 실전에 투입되어 상황을 판단하고, 이에 대처하여 피해를 최소화하는데 활용 가능하며, 화학 물결 및 생물학 물질 탐지 기능을 추가함으로써 활용분야를 확대할 수 있고, 위험물 감시, 점검, 유지 및 보수 기술의 국제의 국제 경쟁력을 강화시키고 개발된 기술의 산업에 이전 및 국외 수출이 가능함.

강 점	약 점
-국가의 안전 보장과 국민의 생존권 수호 차원에서 필수적으로 추진되어야함 -국과연 중심으로 국방 관련연구가 지속되어왔으며 풍부한 기술저변 인력 확보되어 있음 -IT 산업에 대한 정부 차원에서의 집중적 지원이 이루어지고 있음	-핵심 부품(센서, 고신뢰도 전자부품 등)의 확보가 어려움 -목적 기반의 시스템 엔지니어링 기반이 구축되어있지 않음 -선진국의 견제로 인한 국방관련 지속적 연구가 저해된 상태임
기 회	위 협
-학연을 중심으로 장기적인 국방관련 연구수행을 통해 고부가가치의 기반기술(서보제어, 인텔리전스기술) 확보 가 가능함 -기반기술(IT, 통신, 인공지능 등)이 구축되어 있으므로 시스템 쪽으로의 목표가 설정되면 개발의 성공을 가속화시킬 수 있음	-첨단 국방기술개발에 대한 선진국의 이해 대립 및 견제 심화 -미국을 중심으로 선진국의 대규모 개발기획이 기 추진되고 있어 현재 국내 기술개발이 지연될 경우 국방기술종속을 탈피할 수 없음

<SWOT 분석>

3) 기술수준 및 시장 경쟁력 분석

□  범용성을 지닌 이동 작업 자율형 로봇 등은 국가 출연 연구소인 한국과학기술연구소나 한국기계연구원 등의 국가 연구소와 일부 산업체를 통하여 연구를 수행하였음.

□  국방관련 센서 기술에 관한 소규모의 연구 프로젝트가 국내 대학 연구소를 통하여 수행된 바 있으나, 종합적 장기 플랜이 수립된 기술 집약적인 중장기 계획은 아직 수행된 바가 없음.

4) 선택과 집중

□  도시형 로봇, 정찰, 수중해 탐사 등 다양한 로봇개발이 국방분야에서 이루어져야 하며, 이러한 다수 로봇 개발의 어려움에도 불구하고 전 세계적으로 유일하게 남북 대치상태에 있는 우리 현실에 비추어 볼 때 로봇 개발은 단순한 첨단 기술개발 차원을 넘어 국가 생존과 직결된 문제이므로 시급히 개발되어야 함.

□  한국의 지형은 산악으로 구성되어 있고, 하천 등 시외 지형 또한 로봇의 이동성을 크게 저하시키고 있으므로, 한국에 적합한 이동형 로봇으로만 형상 가변형 무한궤도가 적합하게 좀더 작동기 기술 수준이 향상되면, 소형의 로봇이 새로운 형태의 전술 로봇으로 각광받을 수 있으며, 국내에서 응용이 될 것임.

□  국내의 전투는 화생방을 위주로 국지전이 예상됨.

□  국내에서 개발되어야 하며 로봇도 자동화, 농업 무인화 등 다양분야에서 요구되고 있으나, 국방로봇은 국가의 안전보장과 관련된 분야로서 타 로봇개발 보다 우선적으로 선택되어 개발추진 되어야 하며, 또한 국외 정세로 미루어 보다 시급성의 높으므로 집중적이고도 지속적인 국가지원이 요망됨.

5.  제안하는 사업 의 기술개발 추진계획

(1) 우주 로봇

1) 우주 로봇 개발 사업

□  극한환경 작업 로봇: 우주 환경에서 잘 적응하며 비교적 수명이 긴 핵심 부품들의 개발이 요구됨. 이러한 핵심 부품의 개발은 우주 로봇 뿐 아니라 원자력, 방재, 군사용 로봇에 널리 사용될 수 있음.

□  센서기술: 정확한 작동을 위하여 시각, 청각, 촉각 또한 후각까지도 대신할 수 있는 센서 기술이 요구됨. 뿐만아니라 우주 환경분석을 위한 방사선 입자 검출기 및 분광분석 기등 다양한 기능이 탑재된 로봇의 개발이 필요함.

□  원거리 무선통신기술: 지상제어 시스템의 제어기술의 발전을 통하여 보다 높은 임무수행 확률을 기대할 수 있음.

□  구동기와 제어기술의 다양화: 지형 극복형 형상가변 구동기와 제어기술의 균형적 발전.

□  우주 로봇은 현재 크게 표면 탐사 로봇, 우주환경 분석로봇, 그리고 우주기지 건설 및 보수 로봇으로 구분될 수 있으며 총체적인 공학의 결정체라 할수 있음. 따라서 전반적 산업 기반 기술의 발전을 꾀할 수 있음.

2) 추진계획

□  우주 기지 보수 및 건설 로봇, 우주환경 분석로봇, 표면 탐사 로봇으로 크게 구분하여 추진함.

□  각 목표마다 세부 추진계획을 세우고 연차 계획에 따라 추진함. 센서, 제어, 기계, 통신등 각 분야의 필요 기술들을 단계별로 수행하여 병합함.

(2) 수중 로봇

1) 수중 로봇 개발 사업

단 계	기 간	단계별 개발 목표	중점 개발 내용
1 단계	2002 ∼ 2004	다중선체 수중 로봇	해양과학조사로봇(I) 해저주행로봇(I) 해양오염 방제 로봇
2 단계	2005 ∼ 2007	고정밀 수중 로봇	해양과학조사로봇(II) 해저주행로봇(II) 항만 감시 로봇 해양폐기물 제거 로봇
3 단계	2008 ∼ 2011	고기능 특수목적 수중 로봇	장거리 항행 수중자율로봇 해저 보행 로봇 능동형 자율어뢰

2) 추진계획

○  극한 환경 작업용 고지능 로봇이 국가적 요청에 부합하는 과제로서 사료되므로 집중적으로 개발되어야 함.

-	과학기술 분야를 비롯하여 해양수산 분야, 방위산업 분야 및 해양장비산업 분야 등에서 활용가능한 수중 로봇 개발을 과학기술부, 해양수산부, 국방부, 및 산업자원부 등의 유관 기관이 범부처 차원에서 연구개발을 지원함.

-	해양수산부가 주체가 되어 수행중인 심해과학 조사용 무인잠수정과 국방과학용 수중로봇과 같이 국가적 차원에서 개발해야 하는 전략기술분야는 국가가 주체가 되어 연구개발을 진행하며, 산업응용이 가능한 천해역의 다기능 수중로봇 기술분야는 연구소와 기업이 공동으로 개발을 진행하며, 이에 소요되는 핵심 요소기술은 연구소와 학계를 통하여 기술개발을 진행함.

-	극한환경 수중로봇 기술의 단계별 개발은 우선 대심도의 수중 로봇을 개발하여 국가적 차원의 수중 로봇 인프라 시스템을 구축하며, 수중 로봇 개발을 위한 대형 내압 시험시설, 수중 로봇 지원시스템, 운용요원 훈련장치 등의 성능평가를 위한 인프라를 국가적 차원에서 구축하며, 수중로봇에 장착되는 계측장비 및 해저 작업장비 기술을 점차적으로 개발하는 과정으로 추진전략을 수립함.

(3) 방재 로봇

1) 방재 로봇 개발 사업

□  국방 로봇기술은 지뢰 탐지로봇, 무선 탐색 감시 로봇, 무선 전투차량 로봇의 개발을 목표로 구성됨.

단 계	기 간	단계별 개발 목표	중점 개발 내용
1 단계	2002 -2004	지뢰탐지 로봇	탐지장치 제거 장치 자율주행장치
2 단계	2005 -2007	무선 탐색/감시 로봇	전자광학 탐색 장치 원격고속 통신장치 저속 자율주행장치
3 단계	2008 -2011	무선 전투차량 로봇	초대역 다중센서 기구/구동장치 고속통신장치 고속 자율주행장치

2) 추진계획

□  원자력로봇의 개발은 단일기능로봇, 다기능로봇개발, 고지능 다기능로봇의 총 3단계로 구분하여 추진함.

□  제 1단계에서는 방사선 감시로봇과 핵연료 검사로봇 개발을 목표로 세부 기술과 시스템을 중심으로 연차별 계획에 따라 추진함. 제 2단계는 원자로 내부 세척로봇과 방사선 비상대응 다목적로봇을 개발하고, 제 3단계에서는 원자로 해체 로봇을 개발을 개발함으로서 고방사선 작업환경용 원자력로봇의 개발을 성공적으로 수행함.

(4) 원자력 로봇

1) 원자력 로봇 개발 사업

□  원자력산업은 원자력발전소, 방사선 폐기물, 폐로해제, 핵연료제조, 고속증식로, 핵융합 등 광범위한 분야로 이루어져 있음. 이에따라 우리나라에서 원자력로봇개발의 비전과 목표는 선명하고 가시적임. 특히 최근 연구개발자의 대량 생산 및 기술의 심도가 고도화되고 있어 기술개발의 성공 가능성도 높은 상태임.

□  원자력로봇 기술은 단일기능 로봇, 2단계 다기능 로봇, 그리고 3단계 고기능 로봇의 개발을 목표로 구성됨.

단 계	기 간	단계별 개발 목표	중점 개발 내용
1 단계	2002 -2004	단일 기능 원자력 로봇	방사선 감지로봇 핵연료 검사로봇
2 단계	2005 -2007	다 기능 원자력 로봇	원자로 내부 세척로봇 방사선 비상대응로봇
3 단계	2008 -2011	고기능 원자력 로봇	원자로 해체로봇

2) 추진계획

□  원자력로봇의 개발은 단일기능로봇, 다기능로봇개발, 고지능 다기능로봇의 총 3단계로 구분하여 추진함.

□  제 1단계에서는 방사선 감시로봇과 핵연료 검사로봇 개발을 목표로 세부 기술과 시스템을 중심으로 연차별 계획에 따라 추진함. 제 2단계는 원자로 내부 세척로봇과 방사선 비상대응 다목적로봇을 개발하고, 제 3단계에서는 원자로 해체 로봇을 개발을 개발함으로서 고방사선 작업환경용 원자력로봇의 개발을 성공적으로 수행함.

(5) 국방 로봇

1) 국방 로봇 개발 사업

□  국방 로봇기술은 지뢰 탐지로봇, 무선 탐색 감시 로봇, 무선 전투차량 로봇의 개발을 목표로 구성됨.

단 계	기 간	단계별 개발 목표	중점 개발 내용
1 단계	2002 -2004	지뢰탐지 로봇	탐지장치 제거 장치 자율주행장치
2 단계	2005 -2007	무선 탐색/감시 로봇	전자광학 탐색 장치 원격고속 통신장치 저속 자율주행장치
3 단계	2008 -2011	무선 전투차량 로봇	초대역 다중센서 기구/구동장치 고속통신장치 고속 자율주행장치

2) 추진계획

□  국방 로봇의 개발은 지뢰 탐지로봇, 무선 탐색 감시 로봇, 무선 전투차량 로봇의 총 3단계로 구분하여 추진함.

□  제 1단계에서는 탐지장치, 제거 장치, 자율주행장치를 개발하고, 제 2단계는 전자광학 탐색 장치, 원격고속 통신장치, 저속 자율주행장치, 그리고 제 3단계에서는 초대역 다중센서, 신호 처리기, 기구/구동장치, 고속통신장치, 고속 자율주행장치의 개발을 통하여 국방로봇의 개발을 성공적으로 수행함.

6. 추진체계

(1) 우주 로봇

□  우주로봇은 특정임무에 따라 시스템의 설계가 달라지므로 수행하기전 임무와 작업환경에 대한 충분한 고찰이 요구됨.

□  현재 여러 연구소와 학교에서 독자적으로 우주 로봇 관련기술의 일부가 되는 연구들이 수행되고 있으며 무엇보다도 이들 연구의 병합과 기술적인 데이터 베이스 구축이 필요하다고 사려됨. 우주로봇 관련 분야를 크게 재료, 기계, 전자, 센서등으로 구분짓고 서로간의 충분한 토의를 통하여 개발전 로봇 임무에 부합되는 기술들을 추려 내야함.

□  우주 로봇에 해당되는 전반적인 사항을 모두 개발하는 것은 현실적으로 불가능하며 따라서 현재 가지고 있는 경험과 기술에 초점을 맞추어 이를 발전시키는 방법과 전반적인 산업에 영향을 미칠 가장 핵심적인 기술에 중점 투자하는 것이 바람직함.

(2) 수중 로봇

○  지금까지의 수중로봇 기술이 해양산업 혹은 해양개발에 적용되는 사례는 제한적이었음. 수중로봇의 가장 큰 제약조건은 전파를 이용할 수 없다는 점으로서, 전파가 수중에 흡수되면서 100-200m 이상 전파되지 못함. 또한, 수중로봇이 해양에서 이동하며 작업을 수행하기 위해서는 수상의 지원모선으로부터 전원을 공급받아야 함. 이러한 형태의 수중로봇에서는 케이블이 수상 모선으로부터 수중로봇에 연결되어 전원을 공급하고 통신이 용이하게 이루어지나, 케이블에 작용하는 항력으로 작업이 용이하지 않고 작업범위가 제한되는 단점이 있음.

○  이러한 난점을 극복한 수중로봇으로서 전원을 내장하여 자율적으로 이동이 가능한 형태의 자율형 수중로봇이 개발되고 있으나, 탑재전원의 용량에 작업시간이 제한되며, 수중에서의 통신문제를 극복해야 하며, 수중시각과 작업용 로봇팔을 제어하면서 정밀 위치제어를 위해서는 수중음향을 이용한 고정밀 센서와 지능을 보유한 연산장치가 필요함.

○  수중로봇의 기능 향상을 위한 연구가 꾸준히 진행되고 있으며, 향후 10-20년 이내에 기술개발이 진전함에 따라 수중로봇이 다양하면서도 보편적인 기술이 될 것으로 예상됨.

(3) 방재 로봇

○  선진국에 비해 여러 가지 면에서 기술적인 열세에 처해있는 것은 기지의 사실임. 그러나 향후 기술경쟁에서 우위를 점하기 위해서는 좀더 전략적인 사고가 요구됨. 그것은 로보틱스가 많은 사람들에게 주었던 환상을 버리고, 엔지니어링의 기본원리 (특별히 설계의 기본원리)에 뿌리를 두고, 정확한 목표선정과 목표지향적(Target oriented)인 접근을 하는 것을 의미함.

○  이러한 목표지향적인 틀에 현재까지 소개된 소위 첨단 기술들 -- 실시간 vision, 인공지능 -- 중에서 실용적인 가치가 검증된 것이나, 혹은 가까운 시일 내에 실용화될 개연성이 높은 것들을 선택하여, 정해진 목표에 대한 기여도를 기존의 기술들과 철저히 비교 평가한 다음 점진적으로 도입하는 방법을 제안함.

○  방재로봇의 경우, 우선 Task가 비교적 간단한 화재 진압용 로봇으로 출발하여, 연구와 개발과정에서 검증된 각종 기술과 know-how를 조심스럽게 다른 용도의 로봇의 개발에 원용하도록 함. 이것은 로봇은 그 종류에 관계없이 대부분의 핵심기술들이 거의 공통적이라는 사실과, 그러나 로봇의 설계는 그 목적에 정확하게 부합되어야한다는 양면성 때문임.

(4) 원자력 로봇

□  방사선 감지로봇, 핵연료 검사로봇은 원전의 고방사능 지역에서 감시점검 작업을 수행할 수 있으며, 원자로내부 세척로봇, 원자로 해체로봇은 복잡하고 위험한 작업을 대신할 수 있음. 방사선 비상대응 다목적로봇은 원자로 내부의 이상상태를 조기에 발견하고 대처할 수 있게 함으로써 원자력 안전성의 향상에 일대 전기를 마련할 수 있을 것임.

□  본 기술이 확립되면 국내의 첨단 자동화기술 수준이 선진국 수준으로 급상승수 있는 기반이 마련되어 고가의 원격조정 장비 수입, 기술 도입비 절감, 전문가활용 자문비를 극소화할 수 있으며, 더 나아가 국내 기술의 선진국으로 역수출이 가능케 됨.

□  이러한 상황을 고려하여 볼 때 모든 기술을 개발하는 것은 한정된 인력과 재원으로써 불가능할 뿐만 아니라 비효율적임. 그러므로 시급하고 개발에 따른 임펙트가 큰 분야부터 선별하여 집중적으로 초점을 맞춰 개발해야 함. 하드웨어가 결부되어 있지 않은 단순한 정보 기술은 궁극적으로 적용의 한계에 도달하게 되므로 소프트웨어와 하드웨어가 결부되어 시스템 엔지니어링이 이루어진 고부가, 기술 집약적인 분야를 선택하여 집중적으로 개발 추진해야 함.

□  성공의 가능성이 높이기 위하여 개발 초기 단계에서 분야를 신중히 선택하여야하며, 개발 후 현장 적용의 가능성과 필요성이 큰 분야에 초점을 맞추어서 산업체의 재투자를 유도하고 이에 따라 타 로봇 분야로의 확산을 촉진 시켜야함

□  결론적으로 국내에 사정과 국제적인 상황을 비추어 볼 때 우리에게 가장 시급한 것은 안전한 원자력 발전이 밑바탕 되어야 함. 따라서 극한 환경 작업용 고지능 로봇이 국가적 요청에 부합하는 과제로서 사료되므로 집중적으로 개발되도록 추진하여야 함.

(5) 국방 로봇

□  향후 선진국과의 국방 기술경쟁에서 경쟁력을 가지기 위해서는 보다 전략적국방 로봇의 개발이 요구된다. 선진국 비해 상당히 열세에 놓인 국방 로봇 기술의 현 기술수준을 감안하여 국내 각 연구 기관과 대학에서 보유하고 있는 우수한 기술들을 총괄적으로 집대성하고 서로 협력하여 단시간에 집중 가능한 분야를 선별한 다음 기술 개발에 박차를 가한다면 선진국에 비해 단기간에 관련 기술 개발이 가능함.

□  성공의 가능성이 높이기 위하여 개발 초기 단계에서 분야를 신중히 선택하여야하며, 개발 후 현장 적용의 가능성과 필요성이 큰 분야에 초점을 맞추어서 산업체의 재투자를 유도하고 이에 따라 타 로봇 분야로의 확산을 촉진 시켜야함

□  개발된 국방로봇 관련 우수 기술은 민간기업체로 이전(Spin-Off)한다면 산업 전반의 전반적인 기술 향상을 가져올 수 있음.

7. 제안하는 사업 및 기술개발의  발전전망 및 기대효과

(1) 우주 로봇

□  먼 우주를 탐사하기 위해 지구에서 우주선을 발사한다면 지구 중력 때문에 어마어마한 추진력을 가진 우주선이 필요함. 이러한 탐사우주선의 개발은 매우 비실용적이며 따라서 우주 공간에서 우주선을 조립하여 발사하려는 계획을 수립하고 있슴. 따라서 이러한 작업에 필요한 좀더 정밀한 마이크로 로봇 등의 개발이 필요할 것으로 예상됨.

□  나사에서는 2007년까지 달에 4명 정도의 탐사인력이 상주하는 유인 우주기지의 건설을 고려하고 있음. 따라서 상주 인들의 옷과 음식을 나르고 건설에 필요한 각종 장비를 이동하는 역할을 수행하는 로봇 개발이 예상됨.

□  먼 행성이나 달에서 장기간 탐사활동을 벌일 수 있는 태양에너지를 동력 원으로하는 탐사로봇 기술개발. 미래의 에너지원의 개발에 초석이 될 수있슴.

□  생체의 지능제어기능을 모방한 지능 로봇 시스템 개발. 지능을 갖는 생명체의 감각에 해당하는 감각대응센서기술, 감지된 센서신호를 처리하고 여러 개의 센서 신호를 융합하는 기술, 주변 상황을 통해 행동을 결정하고 과거의 행동 경험으로부터 보다나은 다음행동을 결정하는 학습형 감각제어기술등의 발전이 예상됨. 목적에 부합되는 바디의 설계요구. 극한환경 내에서 인간을 대신할 탐사 로봇의 개발

□  우주공간의 특성을 활용하여 지구에서 상상할 수 없는 신물질제조 가능. 우주공간에서는 순도 100 %의 결정체를 만들 수 있고 이를 이용해 반도체 소자를 생산하거나 고순도의 의약품을 제조할 수 있음. 신물질을 제조하는데는 매우 높은 청정도를 요구하기 때문에 우주공간이 적격임. 실제로 일본은 지구에서 제작이 불가능한 지름 10 um의 완전한 형태를 갖춘 라텍스구를 만드는데 성공한 사례가 있음. 이러한 일련의 작업들은 모두 우주로봇이 인류에게 줄 수 있는 비젼임

(2) 수중 로봇

○  지난 수십년 동안 무인잠수정의 성능과 응용 분야가 꾸준히 발전해 왔으며, 신뢰성이 점차적으로 증대되었다. 앞으로 무인잠수정 기술의 전개 방향을 예측하기 위하여 다음과 같은 결과를 정리할 수 있음.

-	가까운 장래에 해저석유산업 분야에서 3,000m급의 작업용 ROV에 관심을 갖게 될 것임.

-	해군은 천해역의 기뢰 제거와 연안에서의 정보, 감시, 정찰 기능에 초점을 맞출 것이며, 군사목적의 심해용 ROV는 우선순위가 떨어지게 될 것임.

-	선체의 크기는 더욱 작게 제작될 것이며, 장착되는 장비가 다양해지고 이를 이용하여 수중에서 수행하는 작업은 더욱 복잡해 질 것임.

-	예항체는 여전히 유용한 방편으로 계속 이용될 것이나, 예인되는 단점때문에 응용에 한계가 있을 것임.

-	AUV의 제작 단가는 더욱 낮아지게 될 것이며, AUV의 성능과 선호도가 계속 증대될 것임.

-	선체에 탑재되는 전원저장 용량과 계산 성능은 점점 향상될 것임.

-	전기구동 ROV 및 전동 매니퓰레이터 기술이 완숙기에 접어들어 이러한 시스템이 점점 보편화될 것임.

-	심해에서의 탐사와 연구에 대한 요구가 더욱 증대 될 것임.

○  현재 심해 무인잠수정 기술은 전세계 해양 어느 곳에도 진입할 수 있다는 사실이 증명된 상태이며, 미래의 문제는 목적에 부합되는 설계와 이에 합당한 제정적인 지원 문제임.

○  미래에는 반자율 무인잠수정의 기술이 진보하여 심해에서의 유용한 작업을 수행할 수 있는 시대가 도래할 것으로 예상된다. 반자율 ROV 시스템은 전원을 내장하며 해저에서도 전원 재충전이 이루어질 수 있고, 수상선과는 초소형의 광 파이버를 이용하거나 초음파 통신으로 정보를 교환하게 될 것임. 이러한 반자율 ROV는 해저에 미리 설치된 구조물 및 장비와 조화를 이루어 복잡한 작업을 수행할 것임.

○  전동 ROV의 사용은 여러 분야에 기술적인 발전을 이끌 것이다. 케이블의 직경은 더욱 작아지며, 선체의 효율은 증대되고, 선체의 탑재장비의 구동장치들이 감소하게 될 것이며, 따라서 선체의 중량이 감소하게 될 것임. 최소한 10개의 회사 및 연구소가 전동 ROV를 개발중에 있으며, 일례로 Schilling Robotics는 완전히 새로운 방식의 전동식 ROV Quest를 개발중에 있으며, 전동식 매니퓰레이터 설계가 계획되어 있음.

○  영상인식 기술 및 영상처리 기술이 가까운 장래에 결합하게 되면, 전기구동 ROV 기술은 ROV의 발전에 또 다른 전기를 마련할 것임. AUV가 자율성을 더욱 완벽히 확보하게 되면, 무인잠수정의 다음 단계는 AUV와 ROV가 결합된 형태일 것임. 이것이 이루어지면 무인잠수정은 미지의 해저 환경에서도 작업을 수행할 수 있으며 탐사와 조사를 동시에 수행할 수 있게 됨. 최종적으로는 해저에 고정된 수중 스테이션에서 AUV 형태의 무인잠수정이 전원을 재충전 받으며 수상선과는 테더 케이블이 연결되지 않는 형태의 시스템이 구현될 것임. 해양에서 사용되는 작업용 ROV의 숫자는 더욱 증대될 것이며, 소형이면서도 작업이 가능한 ROV를 반자율적으로 운용하게 될 것임.

○  극한 해양환경에서 작업이 가능한 수중 로봇 기술이 발전하면,

-	심해저 열수광상 조사, 심해 생태계 조사 및 심해 생명과학 연구, 심해 신물질 연구, 해저 지질 조사, 해저 물리 조사 등의 해양과학 기술분야로의 활용을 비롯하여,

-	능동형 어뢰, 무인작업 해저 구난 시스템, 기뢰 제거형 자율무인잠수정 등의 해양방위기술로의 활용이 가능하고,

-	해양 오염 감시 시스템, 해양오염 자동 방제 시스템, 해저면 정화 시스템, 어장정화 시스템 등의 자동화가 가능하며,

-	해저 유전공사, 해저 파이프라인 유지 관리, 해저관측소 설치, 항만공사 감독시스템 등에 활용이 기대됨.

(3) 방재 로봇

○  컴퓨터 공학 및 마이크로프로세서 기술, 그리고 센서 데이터 처리, 정밀 서보제어, 로봇 비젼 등 첨단 자동화기술이 꾸준히 이루어질 전망임. 그 결과, 재해용 로봇도 그 성능과 신뢰성이 높아지면서 불확실한 환경에서도 좀더 능숙하고 안전하게 그리고 좀더 자율적으로 작업을 수행하게 되리라 전망함.

○  특히, 최근의 IT, BT, NT 등의 기술발전으로부터 방재용 로봇은 더욱 큰 도움을 받게될 것이다. Internet이나 위성으로 network화된 방재시스템, BT/NT를 이용한 초소형 로봇의 매몰 현장으로의 투입 등은 단순한 공상의 산물이 아닐 것임.

○  그러나, 화재와 지진 등의 종래의 재난은 꾸준히 그 위력을 떨치고 있을 뿐 아니라, 우리 나라와 같이 남북이 첨예하게 대치하고 있는 상황에서, 화생방전의 위험은 상존하고 있음. 이러한 위험 들에 대해 contingency plan을 수립하고 대처하지 않는 것은 무모한 일일 것임. 이러한 위험에 대한 효과적으로 대처하는 데, 방재용 로봇이 주요한 역할을 차지할 것이라 전망됨.

(4) 원자력 로봇

□  첨단 자동화기술의 발달과 마이크로프로세서 기술의 성장이 지속적으로 이루어질 것이며 로봇비젼의 핵심요소기술 들이 총체적으로 종합 개발됨으로써 단순공정의 제조업분야 로봇은 보다 복잡하고 다양한 작업이 요구되는 극한 작업분야로 적용분야가 가능할 것으로 예측되며 적용 분야도 더욱 확장 될 것으로 전망됨.

□  이러한 극한환경으로의 작업영역이 확장되면 새로운 형태의 로봇이 개발되고 이에 따른 기술이전이 촉진되어 로봇기술의 비약적인 향상이 예견되고 더욱 더 기술의 향상이 가속화될 것으로 판단되며 이에 따라 군사분야, 원자력분야, 우주개발, 해저탐사, 방재, 농축산, 수산 등의 비제조업 분야에서도 로봇 기술이 널리 적용될 것임.

□  원자력 시설 내부의 고방사선 구역에서는 고도의 기능을 구비한 로봇이 위험한 작업을 인간을 대신하여 신속하고도 효율적으로 처리함으로써 고방사선 환경 작업으로부터 작업자를 보호하며 작업여건도 개선시킬 것으로 전망됨.

□  국내에 적합한 점검감시 및 유지보수용 로봇을 국내 고유모델로 개발하고 적용함으로써 현재 외국 기술진에 의존하는 장비의 고가 대여비 (예: 원자로 내부검사 : 용역비 10억원, 구입비 : 80억원 / 증기발생기 전열관 검사 및 노즐댐 작업비 ; 장비구입비 : 30억원)를 국내에서 자체 해결함으로써 수입 대체 효과가 큼.

□  최근 IT, BT, NT라고 일컬어지는 일련의 대형화 기술개발이 집중적으로 이루어지고 있음. 이들 과제는 국가 주도형 대형 프로젝트로서 향후 기술의 혁신과 기술의 구축에 따른 신기술의 창조가 이루어질 것이므로 이들 구축된 기술들은 로봇 분야에 새로운 형태의 기술을 제공할 것으로 기대됨.

□  로봇 기술의 수준이 그 나라의 첨단 기술을 나타내는 바로미터가 될 것이며 로봇이 국방 및 산업에의 주역이 됨으로써 각국마다 로봇 기술을 보유하기 위해 치열한 경쟁을 벌리는 시기가 머지않아 도래할 것으로 예상됨.

(4) 국방 로봇

□  첨단 자동화기술의 발달과 마이크로프로세서 기술의 성장이 지속적으로 이루어질 것이며 로봇비젼의 핵심요소기술 들이 총체적으로 종합 개발됨으로써 단순공정의 제조업분야 로봇은 보다 복잡하고 다양한 작업이 요구되는 극한 작업분야로 적용분야가 가능할 것으로 예측되며 적용 분야도 더욱 확장 될 것으로 전망됨.

□  이러한 극한환경으로의 작업영역이 확장되면 새로운 형태의 로봇이 개발되고 이에 따른 기술이전이 촉진되어 로봇기술의 비약적인 향상이 예견되고 더욱 더 기술의 향상이 가속화될 것으로 판단되며 이에 따라 군사분야, 원자력분야, 우주개발, 해저탐사, 방재, 농축산, 수산 등의 비제조업 분야에서도 로봇 기술이 널리 적용될 것임.

□  원자력 시설 내부의 고방사선 구역에서는 고도의 기능을 구비한 로봇이 위험한 작업을 인간을 대신하여 신속하고도 효율적으로 처리함으로써 고방사선 환경 작업으로부터 작업자를 보호하며 작업여건도 개선시킬 것으로 전망됨.

□  최근 IT, BT, NT라고 일컬어지는 일련의 대형화 기술개발이 집중적으로 이루어지고 있음. 이들 과제는 국가 주도형 대형 프로젝트로서 향후 기술의 혁신과 기술의 구축에 따른 신기술의 창조가 이루어질 것이므로 이들 구축된 기술들은 로봇 분야에 새로운 형태의 기술을 제공할 것으로 기대됨.

□  로봇 기술의 수준이 그 나라의 첨단 기술을 나타내는 바로미터가 될 것이며 로봇이 국방 및 산업에의 주역이 됨으로써 각국마다 로봇 기술을 보유하기 위해 치열한 경쟁을 벌리는 시기가 머지않아 도래할 것으로 예상됨.

8. 예상 자원

○ 연구비 투자소요 (2002년∼2011년)

○ 연구인력 투자소요 (2002년∼2011년)

9. References

(1) 우주 로봇

1. JPL/NASA의 Radiation Effects Ground Test Ddata Bank

(http://radnet.jpl.nasa.gov/)

2. JPL의 Machine Vision Group

(http://telerobotics.jpl.n)

3. Stanford University HUMMINGBIRD - Aerospace Robotics Laboratory

(http://sun-valley.stanford.edu/projects/helicopters/helicopters.html/)

(2) 수중 로봇

1. 홍석원, 이판묵 외, □2000m급 ROV 개발을 위한 선행연구 및 초기설계□, 한국통신 선로기술연구소 연구보고서, 1995.12.

2. 임용곤, 홍석원 외, □차세대 심해저 작업시스템 개발 기획조사 연구□, 한국기계연구원 선박해양공학연구센터 연구보고서, 1996.12.

3. 200m급 탐사용 AUV 개발(Ⅳ), 연구보고서, 한국기계연구원, 1997.12.

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