달 구덩이·용암동굴 탐사하는 "종이접기 바퀴"

하이커뮤니티매니져 0 4 06:41

KAIST는 이대영 우주연구원·항공우주공학과 교수팀이 무인탐사연구소, 한국천문연구원, 한국항공우주연구원, 한양대 연구팀과 함께 달의 구덩이 지형인 피트(Pit)와 용암동굴에 진입할 수 있도록 돕는 에어리스(airless) 바퀴와 2륜 로버를 개발했다고 18일 밝혔다. 개발된 2륜 로버가 제주도에 있는 한 용암동굴에서 주행 시험을 하는 장면. KAIST 제공

국내 연구팀이 유연한 탄성 강철 소재를 종이접기 원리로 엮어 만든 달 탐사 로버용 바퀴를 개발했다. 공기 충전이 필요 없고 필요시 바퀴 지름을 늘려 각종 장애물을 넘을 수 있다. 달 표면 중력 기준 100m(지구 기준 4m) 높이에서 떨어져도 멀쩡할 정도로 튼튼하다.

KAIST는 이대영 우주연구원·항공우주공학과 교수팀이 무인탐사연구소, 한국천문연구원, 한국항공우주연구원, 한양대 연구팀과 함께 달의 구덩이 지형인 피트(Pit)와 용암동굴에 진입할 수 있도록 돕는 에어리스(airless) 바퀴와 2륜 로버를 개발했다고 18일 밝혔다. 연구결과는 17일(현지시간) 국제학술지 '사이언스 로보틱스'에 공개됐다.

공동연구팀이 개발한 2륜 로버가 극한 온도 시험을 위해 불길 속을 지나가는 모습.

달 표면에 형성된 구덩이 지형인 피트(Pit)와 용암동굴은 대기가 없어 극심한 온도 변화와 우주 방사선을 피할 수 있는 천연 은신처다. 미래 달 거주지의 핵심 지형으로 평가되지만 급경사, 낙하 위험이 있어 물리적으로 접근이 어렵다.

미국 항공우주국(NASA), 유럽우주국(ESA) 등 주요 우주기관은 소형 로버를 활용해 피트와 용암동굴을 탐사하는 방식을 제안했지만 혹독한 달 환경에서 가변형 로버 바퀴의 기동성과 내구성을 모두 확보하는 것은 난제였다.

다빈치 다리와 비교한 전개 가변형 바퀴 설계 원리. 경첩이나 접착 없이도 전개 변형과 형상 유지 모두가 가능하다. KAIST 제공

연구팀은 복잡한 구조 대신 종이접기(오리가미, origami) 구조와 소프트 로봇 기술을 결합한 전개식 바퀴를 제안했다. 레오나르도 다빈치가 고안한 '다빈치 다리'의 맞물리는 구조를 응용했다. 다빈치 다리는 접착제 없이 아치 구조와 힘의 분산만으로 안정적으로 무게를 지지하는 구조체다.

탄성 강철 소재를 접고 나선형으로 엮어 만든 '전개형 에어리스 휠'은 일반 바퀴처럼 경첩 같은 부품이 없다. 접혀 있을 때는 지름 23cm, 펼치면 50cm까지 커진다. 소형 로버도 큰 장애물을 넘을 수 있다는 뜻이다.

바퀴가 전개되면(오른쪽) 지름이 23cm에서 50cm까지 2배 이상 커진다. KAIST 제공

개발된 바퀴는 2륜 로버 형태로 압축 테스트, 극한 온도 테스트를 통과한 뒤 달의 흙을 흉내 낸 인공 월면토와 지구 용암 동굴에서 주행 테스트도 성공적으로 마쳤다. 심지어 화염 속을 통과한 후에도 작동에 문제가 없었다.

이 교수는 "이번 전개형 바퀴는 달 피트·용암동굴 진입 문제에 처음으로 해답을 제시한 기술"이라며 "통신·항법·전력 등 남은 과제가 있지만 독자 달 탐사 시대를 선도하는 전환점이 될 것"이라고 밝혔다.

인공월면토(왼쪽 위), 극한 온도(오른쪽 위), 진흙(왼쪽 아래), 암반(오른쪽 아래) 등 다양한 환경에서 주행 시험이 이뤄졌다. KAIST 제공

심채경 천문연 행성과학탐사센터장은 "달 피트와 용암동굴은 과학·탐사 가치가 매우 높은 지역"이라며 "그곳에 접근하기 위한 기술적 장벽을 낮춘 성과"라고 설명했다. 달 피트와 용암동굴에는 태양계 초기 지질 기록이 보존돼 있다.

장종태 항우연 책임연구원은 "달은 낮과 밤의 온도 차이가 300℃에 이르는 극한 환경"이라며 "실제 달 환경에서의 검증이 더욱 중요하다"고 말했다.

https://m.dongascience.com/news.php?idx=75594

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