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암흑 같은 심해저, ‘해양로봇’으로 밝게 비춘다!

메탈넷코리아(월간 해양과조선) 취재부 이명규 기자
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  • 인터뷰 ①: 해양로봇센터 센터장 류영선(해양산업의 급부상으로 인한 해양로봇의 중요성 극대화!)
    해양로봇은 형태와 기능에 따라서 분류할 수 있는데, 일반적으로 작업자가 원격으로 직접 제어가 가능하도록 케이블로 연결된 원격무인잠수정(ROV: Remotely Operated Vehicle)과 케이블이나 외부의
  • 인터뷰 ②: 대우조선해양㈜ 로봇R&D 차장 이상범(엔지니어를 비롯한 관련 업계의 융합이 중요!)
    로봇(Robot)은 공학적으로는 어떤 작업이나 조작을 구축된 프로그램에 따라 자동적으로 행하는 기계 장치로, 작동 방식에 따라 조종형, 자동형, 자율형으로 나뉜다. 그러나 일반 인식의 로봇은 보통 태권V,
  • 인터뷰 ③: 동명대학교 교수 김현식(해양로봇 기술의 정립 및 관련 부품의 보급이 전제!)
    해양로봇은 조선·해양, 기계, 전기·전자, 컴퓨터, 제어 등의 복합학문이므로 다양한 기술 및 업체의 발굴·지원이 가능하며, 조선·해양, 기계, IT 기술 융합형 인력 및 로봇을 시스템적으로 다룰 줄 아는 전문
  • 어둠에 묻힌 깊은 바다 속은 인간의 접근을 불허하는 극한 환경이라고 할 수 있다.
    손톱만한 면적에도 엄청난 수압이 짓누르기 때문이다. 또한 얼음처럼 찬 수온과 전파는 물론, 빛도 전혀 닿지 않는 암흑세상인 심해 속으로 최근 세계 각국의 자원개발에 대한 움직임이 적극적이다. 그 첫 걸음에 대한 방안은 바로 해양로봇이라고 할 수 있다.

    최근 자원난이 심화되면서 깊은 바다 속을 제 집처럼 드나들 수 있는 해양로봇의 경제적 가치는 점차 부각되고 있다.
    기존에 육지에서 값싸게 지하자원을 채취할 수 있을 때는 굳이 바다 및 자원까지 기웃거릴 필요가 없었으나, 최근 육상과 근해의 석유자원이 점차 고갈되고 구리, 니켈, 코발트 등 전략금속의 가격이 천정부지로 뛰면서 상황이 바뀌고 있다.
    바다 속 어디에 파묻혀 있는지도 불확실한 해저자원이지만 국가 미래를 위해 무조건 선점할 필요성이 생긴 것이다.

    해저탐사기술은 본래 2차 세계대전 이후, 미소 양국이 더 깊은 바다 속에 내려가는 군사경쟁을 벌이면서 급속히 발달했다. 70년대 후반 오일쇼크가 일어나자 군사용 해저탐사기술은 연근해의 해저유전을 개발하는 민수 시장에 대거 동원되었다.
    거대한 석유시추선의 탐사작업을 지원하는 상업용 해양로봇(무인잠수정)이 처음 등장한 시기도 이때다. 무인잠수정은 사람이 타는 유인잠수정에 비해 행동반경이 좁고 작업속도가 더디지만 인명손실과 안전성 문제에서 자유롭기 때문에 90년대 이후 해저탐사의 주역이 되고 있다.

    무인잠수정은 해저자원탐사뿐만 아니라 침몰된 선박의 인양, 해저케이블 설치, 수중구조물의 보수 등에 이용된다. 무인잠수정은 크게 바다 위 선박에서 케이블을 통한 원격조정형 ROV(Remotely Operated Vehicle)와 케이블 없이 프로그램에 따라 이동하는 자율형 AUV(Autonomous Underwater Vehicle)로 나눠진다.
    최근에는 기동성이 뛰어난 AUV와 장시간 해저작업에 유리한 ROV의 장점을 혼합한 복합형 무인잠수정도 등장하는 추세다. 드넓은 바다에서 석유가 나올 최적의 시추지점을 결정하려면 바닷속을 샅샅이 누비는 무인잠수정의 도움은 필수적이라고 할 수 있다.

    석유탐사에 활용되는 수심 2,500m급 무인잠수정은 대당 가격이 50억∼60억 원에 달한다. 이만한 성능의 무인잠수정을 하루 빌리는 임대료도 3,000만 원이 훌쩍 넘는다. 문제는 해저유전의 생산량이 눈의 띄게 줄면서 높은 생산비 부담에도 불구하고 더 깊숙한 해저까지 시추공을 꽂아야 할 시점이 왔다는 것이다.
    유가급등으로 인해 해저퇴적층에 있는 불타는 얼음으로 불리는 고체메탄(가스하이드레이트)를 찾는 수요도 늘고 있다. 또 구리, 니켈, 코발트 등 광물자원의 보고인 심해저의 망간단괴를 채취하기 위해 한 차원 높은 해양로봇의 잠수성능이 요구된다.
    이 때문에 세계 각국은 6,000m급 심해까지 들어가는 차세대 무인잠수정 개발에 박차를 가하고 있다. 이처럼 칠흑같이 어두운 심해저를 비춰주고 있는 해양로봇산업의 국내외 최근 동향과 전망을 짚어봤다.

    Ⅰ. 해양로봇산업의 개요
    1. 로봇산업의 정의 및 특성
    사전적 의미의 로봇(Robot)이란 사람의 손발과 같은 동작을 하는 기계를 의미하며, 지능형 로봇(Intelligent Robot)은 표 1과 같이 외부환경을 인식(Perception)하고 스스로 상황을 판단(Cognitive)하여 자율적으로 동작(Mobility & Manipulation)하는 로봇을 의미한다.

    2. 해양로봇의 정의 및 특성
    (1) 해양로봇의 정의
    (2) 해양로봇의 범위
    2) 기술적 범위
    (3) 해양로봇산업의 특성
    3. 해양로봇산업의 중요성
    (1) 경제적 측면
    (2) 기술적 측면
    (3) 사회적 측면
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    Ⅱ. 해양로봇산업의 현황
    1. 국내 로봇산업 시장현황
    2. 국내외 해양로봇 시장현황
    (1) 해외 해양로봇 기술개발 동향
    1) 해양로봇산업 관련 기반 기술 관련
    2) 해양구조물 자동화 시공장비(로봇) 기술
    3) 해양조사 및 유지관리 등 응용로봇 기술
    (2) 국내 해양로봇 기술개발 동향
    1) 해양로봇산업 관련 기반 기술
    2) 구조물 자동화 시공 장비(로봇) 기술
    3) 해양조사 및 유지관리 등 응용로봇 기술

    Ⅲ. 해양로봇산업의 전망
    1. 세계 로봇산업의 전망
    2. 국내 로봇산업 지원정책방향
    (1) 정부재원 투자현황
    3. 해양로봇 기술개발 전망
    (1) 수중항법 기술
    (2) 수중 환경인식기술
    (3) 수중 운동체 설계/제어기술
    (4) 수중 작업 제어기술
    (5) 수중 작업 제어 기술

    Ⅳ. 해양로봇산업의 육성방안
    1. 중소기업 지원로봇 시스템 구축 및 정부의 지원정책 프로그램 개발 요구!
    2. 실용성 높은 제품개발과 초기시장 창출 및 선점!
    3. 해양로봇 전문인재양성 프로그램 구축!
    4. 혁신주도형 로봇기반을 구축!
    5. 특화 로봇분야를 중심으로 선도형 로봇기업 지원체계 형성!
    6. 해양로봇 클러스터 확산!

    Ⅴ. 마무리
    우리나라의 해양로봇 연구는 1990년대 초반부터 본격화됐지만 짧은 역사에도 불구하고 선진국 수준에 근접하는 상황으로 판단된다. 전술한 바와 같이 한국해양과학기술원은 2007년 5월 미국·일본·프랑스에 이어 세계 4번째로 6,000m 이상급 무인잠수정인 해미래를 개발함에 따라 우리나라는 태평양 심해저를 비롯해 전세계 바다의 95%를 탐사할 수 있는 능력을 확보했다.
    해미래는 동해의 울릉분지 해저 2,050m에 동판 태극기를 설치했고, 동해안의 가스하이드레이트 개발사업에 투입되었다. 또한, 한국해양과학기술원은 ROV개념의 해미래 외에 자체 수중항법기능을 갖춘 AUV를 개발 중이며, 4,000∼6,000m 해저표면을 기동하며 망간단괴를 채취하는 심해작업로봇 ‘자항형 채광시스템’을 만들고 오는 2015년 이후 관련기술을 상업화한다는 계획이다.
    우리나라가 하와이 동남방의 심해저에 확보한 광구에는 연간 300만 톤씩 100년간 채취할 수 있는 망간단괴가 쌓여있는데, 해저환경을 보호하며 망간단괴만 집어 수면까지 올리는 채광시스템의 개발이 관건으로 판단된다. 그 외에도 대우조선해양의 옥포6000 등은 군사용 심해장비의 국산화에 두각을 나타내고 있다.

    한편, 무인잠수정이 심해에서 작업을 하려면 엄청난 수압에도 찌그러지지 않는 내압설계와 물이 새지 않는 방수기능이 필수적이기 때문에 보통 실린더 또는 원구형의 내압설계가 사용되며 연결부에 물이 새지 않도록 오링으로 방수처리한다.
    그래서 해양로봇은 녹이 슬지 않도록 염분부식에 강한 특수 알루미늄, 티타늄, 세라믹 소재를 사용하며, 무인잠수정의 추진동력과 수중작업용 로봇팔은 주로 유압 또는 전기모터를 이용한다. 수중영상 취득은 주로 방수 하우징에 내장된 카메라가 사용되지만 부유물 때문에 시계가 좋지 않을 경우, 3차원으로 물체를 인식하는 초음파 영상기술도 널리 적용된다.
    이 밖에 캄캄한 수중에서 무인잠수정의 정확한 위치를 파악하기 위한 음향탐지기(소나)와 가속도 센서를 혼합한 수중항법 기술도 발전하고 있다.
    빛과 전파가 닿지 않는 심해저의 특성으로 인해 유일한 통신수단인 음향을 이용한 통신기술도 개선이 필요하다. 수중음파를 이용한 데이터 전달속도는 현재 수심 1,000m에서 최대 10Kbps에 불과하지만 다양한 압축기술을 이용해 조금씩 속도를 늘려가고 있다.
    전문가들은 한국의 해양로봇기술로 심해 무인잠수정의 방수설계나 지능형 항법기술을 구현하는데 큰 어려움은 없다고 평가한다. 우리나라가 심해 망간단괴나 가스하이드레이트를 개발하는 전체 로봇시스템을 먼저 개발한다면 천문학적인 수익을 올리게 될 것으로 전망되므로 이제는 단품의 해양로봇기술을 넘어 각 해저자원을 개발하는 총체적 시스템을 국산화할 때라고 판단된다.

    ■ 참고문헌
    · IFR World Robotics
    · 로봇산업실태조사보고서, 2008
    · 경북테크노파크 전략산업기획단
    · 한국기계연구원
    · 창원대학 메카트로닉스 연구원
    · 한국해양과학기술원
    · 지식경제부
    · 산업연구원
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