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인공지능 열풍에 '수중로봇'도 자율시대…해양선진국 개발 현황은
인공지능 열풍에 '수중로봇'도 자율시대…해양선진국 개발 현황은
  • 해양정책팀
  • 승인 2021.10.19 07:17
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[편집자주]세계는 지금 4차 산업혁명이라는 커다란 소용돌이 속에 있다. 이에 맞춰 주요 선진국들은 이미 해양에 대해서도 관련정책을 수립하고 관련기업들과 발맞춰 새로운 기술을 선보이고 있다. 이러한 상황에 해양수산 분야의 세계적인 기술 흐름과 우리 해양수산 기업들의 대응방안을 마련하기 위해 <오션테크 코리아>가 11월 11일 부산 아스티 호텔에서 개최된다. 뉴스1에서는 행사에 앞서 우리나라 관련 정책과 세계 주요 기술 흐름을 6편에 걸쳐 미리 알아본다
 

스탠포드대학 인공지능연구소에서 개발한 수중 휴머노이드 로봇인 'OceanOne'(스탠포드대학 인공지능연구소 누리집 갈무리)


지난 20년간 로봇기술은 비약적인 발전을 가져왔다. 로봇은 인공지능, 빅 데이터, 가상현실 등과 함께 4차 산업혁명의 핵심 미래기술이다. 최근에는 인공지능(AI) 열풍에 힘입어 수중로봇 분야에서도 자율(Autonomy) 기술에 대한 열기가 뜨겁게 달아오르고 있다.

잠수정으로도 불리는 수중로봇은 크게 무인잠수정(Unmanned Underwater Vehicle)과 유인잠수정(Manned Submersible)으로 분류된다. 또 무인잠수정은 원격무인잠수정(ROV)과 자율무인잠수정(AUV)으로 나눠진다.

ROV는 선체에 케이블이 달려있어 외부로부터 전력을 공급받거나 통신을 통해 사람이 원격으로 조종할 수 있으며, 수중에서 다양한 탐사 및 작업이 가능해 현재 수중작업의 80% 이상을 담당하고 있다. 이에 비해 AUV는 케이블이 없어 수중에서 자율적으로 주어진 임무를 수행하는 방식으로 운영되며, 아직까지는 위험부담이 적은 넓은 영역에서 소나를 활용한 탐사작업에 주로 활용되고 있다.

최근 들어 로봇기술의 발전에 힘입어 AUV의 자율기술이 빠르게 발전하면서 AUV가 점차적으로 ROV의 수중작업을 대체할 뿐만 아니라 새로운 활용 영역으로 신속하게 확장하고 있다. 이에 미국, 유럽 등 해양 선진국에서 수중로봇의 자율기술 확보에 박차를 가하고 있다.

 

 

 

 

 

 

 

수중으로 투입되는 ‘OceanOne’(스탠포드대학 인공지능연구소 누리집 갈무리)

 

 


◇군사목적으로 개발된 ‘수중로봇’…현재 군수·민간·학계 등에서 다양한 역할 수행

수중로봇은 그 운용환경 때문에 태생적으로 군사목적으로 개발됐다. 처음 등장한 유인잠수정은 미국의 발명가 데이비드 부시넬(David Bushnell)이 독립전쟁 기간인 1775년에 '터틀(Turtle)호'를 개발해 영국 함정에 대한 공격을 시도했었다.

무인잠수정인 ROV와 AUV는 1950년대에 처음으로 개발됐으며, 주로 미 해군에서 실험용 어뢰 및 기뢰 회수 목적으로 활용됐다. ROV 기술은 1960~70년대 석유·가스 산업의 호황에 힘입어 크게 발전했다. 현재 시장에서 판매되고 있는 작업용 ROV는 그때 기술과 비교해 별로 다르지 않다.

그에 반해 AUV 기술은 항법센서, 소나 등의 기술발전에 힘입어 장족의 발전을 가져왔다. 기술의 발전과 함께 미 해군에서는 2004년 UUV 마스트 플랜을 통해 AUV를 임무에 따라 9가지 순위를 정했다. 또 크기에 따라 휴대용, 경량, 중형, 및 대형 4가지로 분류해 각각에 맞는 임무를 부여했다. 이러한 미국의 마스트 플랜은 이후 전 세계 AUV 기술 발전에 지대한 영향을 주고 있다.

현재 AUV는 군수, 민간, 학계 등에서 다양한 역할을 하고 있다.

먼저 군수분야에서는 기뢰전 (MCM)과 정찰임무(ISR)에 가장 많이 활용되고 있다. 기뢰전의 주목적은 위험해역에서 적군이 포설한 기뢰를 깨끗하게 제거하므로 아군 함정의 해당 해역에서 안전한 항로를 확보하는 것으로, 미 해군에서는 '수중 물체 탐지'에 AUV를 활용하고 있다.

정찰임무는 적 잠수함 출현 등 위험신호를 탐지하게 될 경우 해수면으로 부상해 아군에게 위험신호 전송 등의 임우를 수행한다. 이러한 정찰임무를 위해 AUV는 수중 정밀 항법, 정밀 경로추적, 상황판단 및 표적 대상을 유도하는 호밍 기능이 요구되고 있다.

민수분야에서는 심해저 탐사, 조사, 재난구조 등의 영역에서 가장 많이 활용되고 있으며, 최근에는 여러 대를 동시 투입하는 군집 방식을 많이 사용하고 있다. 지난 2019년 2월 스텔라데이지호의 블랙박스를 찾을 때도 미국 오션 인피니티사는 4대의 HUGIN AUV를 동시에 투입해 2일 만에 블랙박스 위치를 확인할 수 있었다.

연구기관과 대학의 대표적인 사례로는 스탠포드대학의 오우사마 카티브(Oussama Khatib)교수팀이 개발한 수중 휴머노이드 로봇인 'OceanOne'을 꼽을 수 있다. 연구팀은 이 로봇을 이용해 수중에서 양손을 활용해 물체를 잡고 이동하기, 다이버와의 협업 등 다양하고 재밌는 연구들을 수행하고 있다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

지역별 AUV 시장 전망(자료출처 AUV Market – Global Forecast to 2025)

 

 



◇'AUV 시장', 아시아-태평양서 활발하게 성장 예상…선도는 미국·유럽기업

기존에 AUV는 주로 넓은 해역에서 주어진 경로를 따라 수행하는 탐사, 조사에 활용되고 있으나 현재 AUV의 자율기술에 대한 연구가 활발하게 수행되고 있다. 특히 AI의 접목으로 많은 가시적인 결과가 나오면서 가까운 미래에 보다 많은 AUV의 활약을 기대하고 있다.

또 많은 전문가들이 AUV 시장은 향후 아시아-태평양 지역에서 가장 활발하게 성장할 것으로 예상하고 있으며, 2025년에는 이 지역이 전체시장의 약 38%에 달해 6억1800만달러에 달할 것으로 예상하고 있다. 하지만 이 분야는 주로 미국과 유렵 기업들이 주도하고 있다.

대표적인 기업으로는 노르웨이의 콩스버그 마리타임(Kongsberg Maritime 이하 KM)을 들 수 있다.

KM은 노르웨이 대표적인 회사 콩스버그 그루펜(Kongsberg Gruppen)의 자회사로 주로 해양 분야를 담당하고 있는 글로벌 기업으로 선박의 갑판장비에서부터 항법 및 자동화장비, 다양한 수중 탐사 센서 및 장비를 설계·제작하고 있다.

특히 KM에서 설계·제작하는 HUGIN 계열의 AUV는 노르웨어, 스웨덴 해군을 비롯해 세계각지에서 널리 운용되고 있으며, 2007년에는 미국의 하이드로이드(Hydroid)사를 인수하면서 명실상부한 AUV 기술의 선두주자로 발돋움 했다. 또 2011년 자사 제품만을 사용해 2월 9~11일에는 세계에서 가장 긴 해저 파이프라인 조사 작업을 성공리에 마무리했다.

미국의 블루핀 로보틱스(Bluefin Robotics)사 또한 대표적인 기업으로 쏜 꼽힌다.

블루핀 로보틱스사는 미국 MIT의 연구진들이 1997년에 설립한 벤처기업으로 블루핀(Blufin) 계열의 AUV를 설계·제작하며 대부분 미 해군에 납품해왔다. 2016년부터는 미국 제너럴 다이나믹(General Dynamics Mission Systems)사에 합병되면서 주로 해양 및 전략시스템 영역의 업무를 담당하고 있다.

블루핀 계열의 AUV는 미 해군의 조사, 기뢰전, 정찰임무, 대잠전 등에 활용되고 있다. 또 최근에는 SandShark 프로젝트를 공개해 향후 미 해군의 다양한 AUV 활용 전략전술을 선보였다.

이 프로젝트는 잠수함 어뢰발사관에서 두 대의 AUV를 발사해 한대는 수중 또는 해저 탐지임무를, 나머지 한대는 해수면에서 광학카메라를 이용해 해안가 정보를 수집해 잠수함에 전달한다. 이후 잠수함은 전달받은 정보를 신속히 분석해 각종 임무에 활용하는 운용시나리오이며, 향후 기뢰전, 적대국 해저 통신케이블 파손 등 실제 군수분야에서 다양하게 활용이 가능하다는 것이 전문가들의 평가이다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

AUV 파이프라인 자동추적(자료출처 Rumson, 2021)

 

 



◇韓, 플랫폼 개발에서 알고리즘 중심으로…연구패러다임 변화 꾀할 때

국내에서도 지난 30년간 6000m급 심해용 ROV, AUV로부터 수중건설로봇에 이르기까지 다양한 플랫폼 기술을 개발해왔다.

AUV의 경우 2010년에 한화시스템(주)에서 선박해양플랜트연구소의 기술을 이전받아 자체 AUV 기술을 발전시켰다. LIG넥스원도 2020년에 방위사업청의 '수중 자율 기뢰탐색체 체계개발' 사업을 수주해 기뢰전 목적의 AUV 체계개발을 시작했다.

또 선박해양플랜트연구소는 올해부터 한화시스템(주), 한국로봇융합연구원 등 기관들과 손잡고 해양경찰청의 '해양사고 신속대응 군집 수색 자율수중로봇시스템 개발'사업을 시작했다. 이 사업에서는 여러 대의 AUV를 활용한 사고해역 신속 탐색, 군집운용, AI기반 수중물체 자동인식 등 다양한 요소기술들을 개발할 예정이다.

이와 함께 한국로봇융합연구원에서도 '수중 인공 구조물의 국소지역 정밀 탐사가 가능한 1.0m 위치오차를 갖는 수중로봇 자율유영 기술 개발' 과제를 2012년 12월~2018년 4월 진행했으며, 2018년에 포항영일만 부두 해역에서 성능검증을 성공적으로 마쳤다.

이계홍 한국로봇융합연구원 박사는 "지난 30년간 국내의 경우 수중로봇은 주로 플랫폼 위주의, 플랫폼에 의존한 기술 개발이 주를 이뤘고, 그에 반해 로봇의 자율기술, 즉 로봇의 자율능력을 향상시키는 기술개발은 매우 적었던 것이 현실"이라며 "해양 선진국의 경우 다양한 기업에서 전문 소프트웨어 개발해 제공하고 있다"고 말했다.

이어 그는 "수중로봇의 자율기술에 대한 요구가 점점 높아가고 있는 현시점에서 우리도 점차적으로 연구개발의 중점을 플랫폼이 아닌 알고리즘 개발에 초점을 맞추는 연구패러다임의 변화를 꾀할 때"라며 "이를 위해서는 무엇보다 정부차원에서 R&D 연구방향 전환이 필요하다"고 강조했다.

또 "그에 맞춰 산학연 전체가 상응한 연구 인프라 및 환경 구축이 필요하다"고 덧붙였다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

LIG넥스원 체계개발 AUV 개념도(LIG넥스원 제공)

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