서울대학교 조선해양공학과

S-Sinker(수중 로봇 제작 동아리)

S-Sinker는 수중 로봇, 좀 더 구체적으로 얘기하면, ROV(Remote Operated Vehicle), AUV(Autonomous Underwater Vehicle), 로봇 물고기 제작 및 제어 알고리즘, 프로그램 개발을 주요 활동으로 하고 있습니다. 다들 생소하실 텐데요, 먼저 ROV와 AUV에 대해 간략히 설명 드리겠습니다.

ROV와 AUV 모두 무인 잠수정입니다. ROV는 원격 조종 시스템 하에서 움직이고, AUV는 미리 입력된 정보를 바탕으로 자율적으로 움직인다는 차이점이 있습니다. 아래의 두 사진은 한국 해양연구원에서 개발한 ROV '해미래'(왼쪽)와 AUV '이심이'(오른쪽)입니다. 사진에 나타나있듯이 ROV에는 Robot Arm이 달려있지만 AUV는 그렇지 않습니다. ROV는 해저 광물 채취, 해양 구조물 보수 작업 등에 활용되는 반면 AUV는 주로 탐사 목적에 이용되기 때문입니다.

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동아리 S-Sinker는 전문 연구 기관처럼 전문적인 ROV와 AUV를 만드는 것이 목표는 아닙니다. 개발비만 수십~수백억이 들어가고, 여러 기술적인 어려움이 있기 때문입니다. S-Sinker는 학부생 수준에서 창의적인 방법과 재료를 이용하여 설계, 제작을 하고, 더 나아가 제어 시스템까지 만들고 있습니다.

물속에 들어가는 장치를 개발한다는 것은 정말 힘든 일입니다. 우선 물의 밀도가 공기의 밀도의 약 1000배이니 어떤 동작을 하기 위해 그만큼 많은 힘이 필요하겠죠? 그리고, 전자 부품의 특성상 물에 직접적으로 노출되는 것은 매우 치명적입니다. 그래서 효과적으로 수밀을 하는 것도 매우 중요합니다. 또 있습니다. 전자기파는 물속에서 쉽게 산란되어 버리므로, 통신, 위치 측정, 물체 인식 등에 음파를 이용할 수밖에 없습니다. 여러가지 면에서 수중 Robot은 공기 중에서 작동하는 Robot에 비해 어려운 점이 많습니다. 그러나 이런 점들이 곧 우리가 해결해야할 과제이기도 합니다.

다음으로 로봇 물고기입니다. 생물체의 기능을 모방해 공학적으로 응용하려는 분야인 생체모방공학(biomimetics) 중 해양 생물체와 관련된 분야를 대표하는 것이 바로 로봇 물고기입니다. 로봇 물고기는 기존의 AUV의 단점으로 지적되었던 추진 시스템을 보완한 획기적인 모델로 주목받고 있습니다. AUV는 프로펠러로 추진되고 이때 동력원은 배터리인데, 심한 경우 AUV 전체 부피의 70%까지 배터리가 차지합니다. 더욱이 이런 추진 장치는 효율이 낮고 빨리 움직일 수 없습니다. 반면 160만년 동안 진화한 물고기는 추진력이나 조종력이 물속에서 최대 효율을 낼 수 있는 몸의 구조를 갖고 있습니다. 그러나 인간의 기술이 물고기의 구조, 운동을 완벽히 모방하기에는 아직 역부족입니다.

그럼, 본격적으로 동아리 S-Sinker에서 어떤 일을 하는지 소개하겠습니다.

앞서 말씀드린대로 S-Sinker는 ROV와 AUV, 로봇 물고기 제작을 주요활동으로 하고 있습니다. 구체적으로 말씀드리면, 수중 로봇 제작은 크게 세 부분으로 나뉩니다.

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첫째, 선체 설계 및 배치/모형 제작

자우선 어떤 기능들을 구현할 것인지 결정해야겠죠? 그러면 이에 필요한 장치들이 결정되고, 세부적인 설계 및 배치 작업에 들어갑니다. 이때, 학부과정에서 배운 여러 지식들을 활용하게 됩니다. 물론 도면을 작성해야합니다. 주로 Auto CAD와 CATIA를 이용하여 2D 및 3D 도면을 작성하고 있습니다. 3D 도면을 작성했다하더라도 실제 크기를 축소한 모형을 따로 제작해봄으로써 실제 제작 시 나타날 수 있는 문제점들을 조기에 발견합니다. Auto CAD, CATIA 등의 프로그램을 다뤄본 적이 없다고 해서 걱정할 필요는 없습니다. 동아리 내의 체계적인 학습 과정을 통해서 선배님들께 배워 가시면 됩니다.

둘째, 제어 및 센서

제어 및 센서 부분은 S-Sinker에서 가장 중점을 두고 있는 부분입니다.

프로펠러에 사용되는 DC 모터, Robot Arm에 사용되는 Step 모터, 물체를 인식하는 초음파 센서 등을 제어하는 장치, 소프트웨어를 만드는 것은 매우 중요합니다. 아마 몇몇 학생들은 대학교 들어와서 컴퓨터 프로그래밍을 처음 접하게 되실 텐데요, 제어 및 센서 제작에 프로그래밍 과정은 필수입니다. 저희 동아리에서는 단순히 문법만 외우는 프로그래밍이 아니라 하드웨어 내부에서의 작동원리까지 파악함으로써 자체적으로 제어 시스템 설계와 초음파 센서 제작까지 하고 있습니다. AUV와 로봇 물고기는 외부적인 제어 없이, 자율 운항을 해야합니다. 따라서 장애물 회피 알고리즘 및 프로그램 개발, 그리고 운항 경로를 자체적으로 설정하는 프로그램을 만드는 것이 필요합니다.

너무 어렵지 않나? 라는 생각이 드실지 모르나 하나씩 과정을 밟다보면 가능한 일입니다.

셋째, 실제 제작

여러 검토 과정을 통해서 설계가 완벽히 되었다고 판단되면 설계를 바탕으로 실제 제작을 하게 됩니다.

그럼 제작만 하고 끝나냐구요? 아닙니다. ROV 및 AUV 컨테 스트에 참여할 수 있으며, 설계부터 제작까지의 과정을 정리하여 교내 '창의적 공학 설계 대회'에도 참여할 수 있습니다. 또, 제작물을 이용해 실험을 하여 '실험 유체역학 컨테스트'에 참여할 수도 있습니다. 이 밖에도 좁게는 교내, 넓게는 국내외의 다양한 경진대회 및 프로그램들이 마련되어있습니다.

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<위그선>

S-Sinker의 특징은 자율성입니다. 동아리원이라면 누구나 자신이 원하는 것을 설계하고 만들 수 있습니다.(물론 아낌없는 지원도 뒤따르게 됩니다.) 앞에서 말씀드린 ROV, AUV, 로봇 물고기 이외에도 자신이 관심 있는, 해보고 싶은 것이 있다면 얼마든지 할 수 있습니다. 예를 들어, 위그선을 만들어 보고 싶은데, 돈도 없고 어떻게 해야 할지도 모르겠다면? 정답은 S-Sinker에 들어오는 것이겠죠?

어렵다고 생각하지 마시고 한번 도전해보세요. 많은 선배님들과 S-Sinker만의 잘 짜여진 프로그램이 여러분을 기다리고 있습니다.

문의: club.cyworld.com/s-sinker

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