maxon Story

용감한 새로운 수중 세계

브레멘에 위치한 로봇공학 혁신 센터(Robotics Innovation Center)의 엔지니어는 수중 로봇을 연구하고 있습니다. 우리가 세계의 해양을 이해하는 데 도움을 주기 위한 목적입니다. 그리고 미래에는 다른 행성의 심해를 이해시키고자 합니다.

이러한 엔지니어의 열정은, 브레멘의 독일인공지능연구센터(German Research Center for Artificial Intelligence: DFKI)를 방문한 모든 사람에게 당당하게 모습을 보이면서, 12월 내내 대형 수조의 바닥에 서있는 크리스마스 트리에서 명백히 알 수 있습니다. 이 크리스마스 장식물은 부력에 의해 떠있습니다. 230V의 아름다운 라이트에 의해 적절한 조명이 이루어집니다. 하지만 걱정하지 마십시오. 연구자들은 자신을 무엇을 하고 있는지 알고 있습니다. 수중 테크놀러지는 이들의 전문 분야입니다. 이들은 여가 시간에 재미를 위해 이 크리스마스 트리를 장식하였습니다. “여기 이 연구소는 환경이 탁월하여 혁신적인 새로운 접근 방법의 탐구에 대한 동기부여가 특별히 강하게 형성되어 있습니다. 저희는 가끔 이곳에 더 오래 머물고 싶어 합니다,”라고 독일인공지능연구소(DFKI) 로봇공학 혁신 센터의 수중 로봇공학 전문가이자 주임 연구원인 페터 캄프만(Peter Kampmann)은 말합니다.

캄프만은 독일인공지능연구소(DFKI)의 넓은 해양탐사 홀을 보여주었습니다. 여기에는 유럽에서 유일한 다이빙 로봇 시험 시스템이 있습니다. 즉, 깊이가 8미터이고 용량이 3백 4십만 리터에 달하는 염수 풀입니다. 이 풀은 새로운 수중 시스템을 시험하기 위한 완벽한 설비로서, 선박과 파이프라인을 이용하여 심해에서 미지의 수중 세계를 탐사하고 측정할 수 있도록 합니다.

“더 가볍고 보다 더 강력한 새로운 구성품에 의해 우리에게 완전히 새로운 기회가 열립니다.”

해양 부문은 오랫동안 관심을 끌지 못하였습니다. 예를 들어, 심해의 대부분은 여전히 미지의 세계입니다. 따라서 우리는 깊이가 3,000미터에서 6,000미터인 심해의 세계가 정확히 어떤지 모릅니다. 화성 표면의 지도가 더 정밀합니다. 하지만 향후 몇 년 내에 이 모든 것이 현대 기술로 인해 변할 것입니다. 독일인공지능연구소(DFKI)의 로봇공학 혁신 센터는 브러시리스 DC 모터를 장착한 새로운 수중 드라이브를 개발하기 위해 맥슨의 엔지니어와 긴밀히 협력하고 있습니다. 이러한 드라이브는 압력에 견딜 수 있고 소형이며, 에너지 효율적이고 ROV(원격 조종 차량: remotely operated vehicle)과 AUV(자율 수중 차량: autonomous underwater vehicle)에 가장 이상적입니다. 이는 페터 캄프만과 그의 동료에게 정말 유용한 개발입니다. “더 가볍고 보다 더 강력한 새로운 구성품에 의해 우리에게 완전히 새로운 기회가 열립니다.”

북극곰과의 비교

수중 테크놀러지는 “소형 및 지능적인” 방향으로 움직이고 있습니다. 엔지니어들은 현재 센서와 전자 장치가 장착된 차량을 제작하고 있습니다. 이 장비는 인간의 어떠한 개입 없이 몇 달 동안 연구를 수행하고 데이터를 수집하며 여러 상황에 자율적으로 반응할 수 있어야 합니다. 바다에서는 가시성이 떨어지고 GPS나 WLAN 신호에 사용되는 파장은 물에 빠르게 흡수되므로, 이러한 열악한 환경에서 쉽지 않은 작업입니다. 이로 인해 탐사가 어렵습니다. 염수 또한 구성품을 공격하여, 어느 정도 시간이 지나면 스테인리스 스틸도 부식됩니다. 그러므로 모터 축과 같은 민감한 부품은 티타늄으로 제조됩니다. 그리고 마지막으로 주변 압력이 높습니다. 6,000 미터 깊이에서의 압력은 600바입니다. 이는 겨우 1평방 센티미터의 면적에 완전히 자란 북극곰이 서 있는 것과 거의 비슷합니다. 로봇공학 혁신 센터는 압력실에서 그러한 값을 시뮬레이션할 수 있습니다. 맥슨 또한 특별히 개발한 수중 드라이브를 여기서 시험하였습니다. 6,000미터 깊이에서 작동하는 구성품은 전 세계 대양의 95% 이상에서 사용할 수 있습니다.

단 1그램도 중요합니다

독일인공지능연구소(DFKI)의 로봇공학 혁신 센터를 걷는 동안 우리는 여러 수중 차량을 만날 수 있습니다. 예를 들어, Micro-AUV를 살펴 보겠습니다. 이름에서 알 수 있는 바와 같이, 이 차량은 상당히 작으며 연구자가 제어 및 탐색에 새로운 접근 방식을 테스트하는 데 사용합니다. 이 차량의 모든 부품은 잔류 부력이 최소가 되도록 설계되어야 합니다. 부력이 단 1그램 추가될 때마다 수중에 영향을 끼칩니다. 왜냐하면 어떤 시스템이 고장날 때면 그 시스템은 양성 부력 제어에 의해 수면 위로 떠올라야 합니다, 그렇지 않으면 영원히 분실될 것입니다. Micro-AUV는 맥슨 DC 모터 4대로 구동됩니다. 이 모터는 에너지 효율성이 극히 높은 드라이브로서 소형 배터리를 사용하지만 사용 수명이 깁니다.

Peter Kampmann and his colleagues at the DFKI are testing new approaches to control and navigation with the Micro-AUV.

곧 목성의 위성을 향한 여행을?

독일인공지능연구소(DFKI)의 또 다른 흥미로운 프로젝트는 길고 가는 시거와 같은 형태를 띤 수중 탐사 차량인 유로파 익스플로러(Europa Explorer)입니다. 이 프로젝트의 장기적인 목표는 목성의 위성인 유로파를 탐사하는 것입니다. 이 위성은 3~15킬로미터의 두꺼운 얼음층으로 덮여 있으며, 그 아래에는 바다가 있습니다. 독일인공지능연구소(DFKI)는 독일 항공우주 센터(DLR)를 대신하여 그러한 미션의 가능성을 연구하고 있습니다. 현재의 이론에 따르면, 이 연구에는 AUV를 사용하는 하는 바, AUV는 드릴 안에 든 상태로 지하 바다로 들어가 스스로 분리되어 데이터를 수집하고 그 데이터를 지구로 전송합니다.

유로파 익스플로러는 목성의 위성 유로파를 탐사하는 데 사용될 예정입니다.

독일인공지능연구소(DFKI)에서 현재 사용하고 있는 시험 타입에는 맥슨 Escon Module 50/5 모터 컨트롤러가 장착되어 있습니다. 이 컨트롤러는 그 역동성과 지원 기능으로 특히 잘 알려져 있습니다. “이 컨트롤러는 오류 원인을 자율적으로 탐지하므로 훨씬 편안하게 작업할 수 있습니다,”라고 페터 캄프만은 말합니다. 독일인공지능연구소(DFKI)의 로봇공학 혁신 센터를 둘러본 후 다음 사항이 분명해졌습니다: 수중 애플리케이션 분야는 이제 더 이상 크고 견고한 구성품과 임시변통으로 특징지어지지 않습니다. 이제 센서 기술, 자동화 및 로봇 공학도 중요한 역할을 합니다. 미래를 향한 유망한 시작점.

로봇공학 센터

독일인공지능연구소(German Research Center for Artificial Intelligence: DFKI)는 인공지능 알고리즘에 기반을 둔 혁신적인 소프트웨어 기술 분야에서 선도적인 역할을 하는 기관입니다. 이 기관에는 800명의 인력이 여러 지역에 분산되어 근무하고 있습니다. 브레멘의 로봇공학 혁신 센터에서는 우주 및 심해에서의 로봇을 다루는 25~30여 프로젝트에 약 130명의 직원과 80명의 학생이 참여하고 있습니다.

특수 심해 드라이브

맥슨 모터는 대양의 어두운 심연 속으로 들어갑니다. 이 스위스의 드라이브 전문 회사는 2년에 걸친 개발 기간 후 독자적인 수중 드라이브를 선보이고 있습니다. 이 추진기는 브러시리스 DC 모터와 기어헤드 및 컨트롤러로 구성되어 있습니다. 그 외에도 하우징과 프로펠러가 장착되어 있습니다. 이 장치는 해수에서 사용되도록 설계되었으며 6,000미터의 깊이에서 가해지는 압력(600바)을 견디고 내부식성을 가지고 있습니다.

맥슨은 이를 위해 티타늄과 플라스틱을 주로 사용합니다. 맥슨의 엔지니어는 독일인공지능연구소(DFKI)와 협력하여 개발 작업을 수행하였습니다. 이 기관은 수중 차량에 전문화되어 있습니다. 올해 첫 번째 추진기 모델인 MT30을 표준 제품으로 공급할 수 있습니다. 다른 크기의 장비(직경: 20, 40 및 70밀리미터)도 생산할 계획입니다.

maxon thruster MT30

오일충전 및 내압성

맥슨은 고객의 수중 애플리케이션에 대한 표준 솔루션으로서 내압성 드라이브 시스템을 공급합니다. 이 시스템의 핵심 요소는 브러시리스 DC 모터와 유성 기어헤드로 구성된 모터 기어 조합입니다. 이 드라이브는 부식을 방지하기 위해 플라스틱 하우징으로 싸여 있고 두 개의 티타늄 플랜지로 밀봉되어 있습니다. 이 드라이브는 보상기에 연결할 수 있습니다.

이 오일충전식 드라이브 장치는 튜브를 통해 보상기에 연결됩니다. 수압은 수심이나 수압에 따라 특정 부피로 압축되는 멤브레인에 의해 오일로 전달됩니다. 이 드라이브에는 제어 전자 장치를 연결하는 커넥터가 장착되어 있습니다. 소형 수중 드라이브는 16~42밀리미터의 직경으로 제공됩니다. 또한 고객의 요구 사항에 따라 맞춤형으로 제조됩니다.

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