세일드론, 바다를 탐험하는 혁신적인 기술
지속적으로 해양을 조사하고 관측하며 모니터링하는 것은 다양한 측면에서 중요하다. 해양 환경을 지속적으로 모니터링함으로써 해양 오염, 해수면 상승, 해양 산성화 등의 문제를 감지하고 대응할 수 있다. 또한, 해양과 대기 간의 상호 작용을 모니터링함으로써 날씨와 기후 변화 예측의 정확성을 높일 수 있으며, 해양 생물 다양성의 보존 및 어업 자원의 지속 가능한 관리에 필요한 주요 정보를 수집할 수 있다. 동시에 점차 빈도와 강도가 증가하는 해일, 태풍, 지진 등 해양 관련 재난 상황을 예방하고 대응하는 데 도움이 되며, 항만 운영, 배후 서비스, 어업 관리 등 해양 경제 및 교통에도 필요한 정보를 제공한다. 그리고 국제정세 변화에 따라 국가의 해양영토 수호 및 안보 측면에서도 해양을 조사하고 모니터링하는 것은 중요하다.
해양을 관측하고 모니터링하는 전통적인 방법으로는 위성을 이용해 해양의 표면 온도, 색깔, 해수면 높이 등을 관측하거나, 고정된 위치에서 해양의 여러 변수를 장기간에 걸쳐 측정하여 해양의 시간에 따른 변화를 관찰하기 위해 정박된 선박의 관측소와 부표 등을 활용하는 방법, 그리고 연구선 등 이동하는 선박을 이용하여 해양의 다양한 지점을 직접 방문하여 샘플을 채취하고 수온, 염분 등을 측정하는 전통적인 방법이 있다. 다만, 해양은 육지와 달리 접근성이 낮아 넓은 영역을 지속적으로 모니터링하는 것은 비용과 인력 측면에서 어려운 것이 현실이다.
해양탐사 및 모니터링 시스템 ⓒNational Oceanic and Atmospheric Administration
무인해상드론(Unmanned Surface Vehicles, USVs), 세일드론
미국 캘리포니아주 알라메다에 본사를 둔 세일드론사(Saildrone, Inc.)는 2012년에 설립되었으며, 자율적이고 친환경적이면서도 효과적으로 바다를 탐험할 수 있는 USVs인 세일드론을 개발하고 운영하고 있다. 이를 통해 바다에 대한 지속적이고 광범위한 데이터를 지속적으로 수집 및 분석하고, 다양한 해양 관련 공공기관, 연구기관, 대학1)과 협력2)하고 있다.
1) 미국 국립 해양 대기청(National Oceanographic and Atmospheric Administration, NOAA), 미국 국립 우주항공청(National Aeronautics and Space Administration, NASA), 뉴햄프셔 대학교(University of New Hampshire), 로드아일랜드 대학교(University of Rhode Island), 호주 과학 및 산업 연구 기구(Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation, CSIRO), 유럽 중기 기상 예보 센터(European Center for Medium-range Weather Forecasts), GEOMAR 헬름홀츠 해양 연구 센터(GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel, 독일), 몬터레이 베이 수족관 연구소(Monterey Bay Aquarium Research Institute)
2) https://en.wikipedia.org/wiki/Saildrone_(company)
세일드론은 해양 모니터링을 위해 세일드론사가 개발한 혁신적인 기술로, 무인해상드론(USVs)의 일종이다. 이 기술은 소형 선박 크기의 자율적으로 기동하는 해양 로봇을 사용하여 해양 환경을 장시간 지속적으로 관측하는 데 중점을 두고 있다. 이를 위해서 먼저 세일드론은 지속적이고 친환경적인 동력확보를 목적으로 태양광과 풍력을 활용하고 있다. 풍력으로 발전한 전기를 사용하여 선박을 움직이고, 태양광 패널로 발전한 전기는 센서 등을 작동하며 데이터를 수집하는 데 사용된다. 세일드론은 해양 관측을 위하여 다양한 센서를 장착하고 있다. 해양 온도, 염분, 해수면 높이, 해양 산소 농도, 파도, 해류 등을 측정할 수 있으며, 위성 통신을 통해 실시간으로 데이터를 전송할 수 있어서 원격지에서도 연구자들이 실시간으로 해양 상황을 모니터링할 수 있다. 또한 GPS와 자체 컴퓨터를 사용하여 바람과 해류를 고려해서 안전한 항로를 통해 지정된 목적지들로 이동한다. 세일드론은 목적과 운항 형태에 따라 해양 수심을 매핑하고 영역을 조사하는 Surveyor, 연안을 따라 이동하며 다양한 장비를 탑재할 수 있는 Voyager, 365일 연속으로 탐험을 할 수 있는 Explorer 등으로 구성된다. 또한 일반 탐사용과 군용으로도 구분될 수 있다. (아래 사진 참고)
(좌) surveyor, (우)Voyager ⓒSaildrone, Inc
(좌) 일반탐사용, (우) 군사용 ⓒSaildrone, Inc
해양 탐사에서 해양 경제, 해양 안보까지 활약하는 세일드론
기후와 기상을 이해하기 위해서는 해양데이터가 가장 중요하지만 이를 수집하기 위해서는 큰 비용이 소요되고, 부가적인 탄소 배출이 발생한다. 그러나 세일드론은 데이터 수집과 관련된 비용과 선원의 위험, 그리고 탄소 배출을 획기적으로 줄이면서도 방대한 해양 데이터의 축적을 가능케 하였고, 이러한 데이터를 통해 해양이 지구 기후에 미치는 영향에 대한 연구에 크게 기여 하고 있다. 예를 들어 미국 국립해양대기청(NOAA)과 13개국의 과학기관은 엘니뇨 기상현상을 예측하기 위하여 열대 태평양 관측 시스템을 재설계하기 시작하였으며, 비용과 복잡성을 줄이기 위해서 2017년부터 17대의 세일드론이 투입되어 적도 인근 등의 데이터를 수집하고 있다.
세일드론은 또한 무인선박의 특성을 활용하여 허리케인 연구 및 예측 개선에도 투입되고 있다. 허리케인의 눈을 직접 탐사하는 세일드론을 배치하여 허리케인 내부에서의 데이터를 실시간으로 수집하고 있으며, 이 데이터는 허리케인의 물리적 힘을 더 잘 이해하고, 예측의 정확성을 높이는 데 기여하고 있다.
태평양의 엘니뇨 기상 현상 예측 개선을 위한 세일드론 이동 경로 ⓒSaildrone, Inc.
세일드론은 다양한 해양 경제활동에서도 활약하고 있다. NOAA 어류청과 캐나다 어업 해양부(DFO)와의 협력하에 서부 해안에서의 어류 조사를 위해 배치되었고, 태평양 민대구와 같은 주요 상업 어종 및 정어리, 멸치, 고등어 등에 대한 음향 데이터를 수집하고 있으며, 이를 이용하여 상업 어종의 자원관리 및 보호정책 수립에 중요한 정보로 활용되고 있다. 동시에 해양풍력단지 위치 조사, 해저케이블 경로 조사 등에도 세일드론이 사용되고 있다. 특히 세일드론은 일반 조사 선박과 달리 소음과 탄소배출이 거의 발생하지 않아 해양생물에 악영향을 끼치지 않으며, 장기적 활동이 가능하여 친환경적으로 해양시설의 최적 위치선정 및 경로 조사가 가능하다.
장기적이고 지속적이며 광범위한 해상활동이 가능하고 실시간 데이터 전송이 가능한 세일드론은 해양영토 수호 및 감시에 활용이 용이하다. 광대한 해양 영역에서의 지속적인 감시는 인력과 자원의 한계로 인해 어려움이 있지만, 세일드론은 불법적인 해양 활동, 의심스러운 선박의 이동, 불법 어업, 밀수 및 밀입국 시도 등을 실시간으로 감지하고 추적할 수 있다.
세일드론 해양 감시 예시 (좌) 해상감사, (우) 수중감사 ⓒSaildrone, Inc.
기술 혁신과 함께 변화하는 해양 조사
지구가 마주하고 있는 다양한 환경 관련 문제에 대응하기 위해서는 해양의 다양한 현상과 변화를 이해하는 것이 중요하다. 그러나 해양을 조사하고 탐사하기 위해서는 많은 장비와 인프라, 인력, 비용 등이 소요되며, 일부 국가를 제외하면 충분한 수준의 탐사 능력을 갖추는 것은 현실적으로 어려운 것이 사실이다. 인접국과 바다를 맞대고 있는 우리나라는 최신 해양탐사선 이사부호, 극지 연구선 아라온호, 해양환경 위성 천리안 2B호 등 비교적 높은 수준의 해양탐사 능력과 인프라를 갖추고 있지만, 전체 영해를 지속해서 탐사하고 모니터링하기에는 한계가 있다. 세일드론과 z`같은 친환경 무인해상드론(USVs)은 이러한 어려움을 해결할 수 있는 대안이 될 수 있으며, 이미 10년 이상의 활용을 통한 유효성의 입증도 이뤄졌다. 세일드론 외에도 Sofar SubSeaSail 등 다양한 업체들이 무인 해양탐사 기술을 개발 및 확대하고자 노력하고 있다. 향후 국내에서도 무인 해상드론에 대한 기술개발 및 활용이 활발하게 이뤄져 우리나라 해양에 대한 탐사와 모니터링이 강화되고 해양에 대한 이해가 더욱 확대되기를 기대한다.
해양탐사시설 및 선박
(좌) KIOST 해양탐사선 이사부호 (우) 해양환경위성 천리안 2B호 ⓒ한국해양과학기술원 ⓒ헤럴드경제
전형모
한국해양수산개발원 AI분석지원실장
미국 Lehigh Univ.에서 산업공학(공급사슬) 박사학위를 취득하고 현재 한국해양수산개발원 AI분석지원실장으로 재직 중이며,
부산대학교 국제전문대학원 겸임교수도 역임하고 있다.
해양수산 분야 최상위 계획인 제3차 해양수산발전기본계획(2021~2030) 수립의 연구책임을 맡았으며,
해양수산 스마트화 추진전략, 해양수산 수소경제기술 활성화 방안, 해양과학기술 산학연 협력센터 조성 타당성 연구 등
해양수산 분야 주요 과학기술정책 수립 연구책임을 담당하였다.
주요연구분야는 혁신클러스터 연구, 과학기술 정책 연구 등을 수행하고 있다.
로봇기술을 통해 안전한 바다를 꿈꾸다
해양은 다양한 자원의 보고일 뿐만 아니라, 스쿠버다이빙, 수상스키 등 다양한 레저활동이 이루어지는 공간이다. 푸른 바다와 하늘이 맞닿는 사이, 하얀 거품의 파도는 아름다운 풍경을 만들어낸다. 물속의 해양 생태계가 만들어내는 이색적인 경치는 육지에서 보기 힘든 신선한 경험을 선사한다.
그러나, 이런 멋진 경험 이면에는 안전사고의 위험이 도사리고 있다. 실제로 한 논문에 따르면 2000년부터 2013년까지 약 14년간 발생한 310건의 다이빙 사고를 분석하고 있는데, 90%가 넘는 많은 수가 사망사고로 이어지며, 구조된 경우는 단 1건으로 보고되고 있다.(한국체육과학회지, 2015) 즉, 해양에서 사고는 생명을 앗아갈 수 있는 위험한 순간을 직면할 수 있다. 그런데 이러한 사고를 좀 더 살펴보면, 사람의 방심과 부주의가 대부분의 사고를 불러오는 것을 알 수 있다. 소방방재청의 2011~2013 물놀이 익사 사고 통계에 따르면, 안전 수칙 불이행(47.4%), 수영 미숙(27.2%), 음주 수영(10.5%) 등 대부분이 안전불감증과 방심에 의한 것임을 알 수 있다. 반대로 말하면 안전 수칙만 잘 지킬 경우, 해양은 멋진 경험을 제공하는 공간이 되어줄 것이다. 활동별로 다양한 안전 수칙이 있겠지만, 스쿠버다이빙을 예로 들면 크게 세 가지로 요약된다. 버디(동료)와 함께 다이빙할 것, 안전속도를 지키며 이동할 것, 호흡을 멈추지 말 것 등 조금만 주의하면 충분히 지킬 수 있는 것들이다. 모두 안전 수칙을 잘 지켜서, 해양에서 안전하고 멋진 경험을 가지길 바라본다.
해양레저 안전 지원 수중 로봇 형상 및 주요 탑재 기능 ⓒ한국로봇융합연구원 해양레저장비사업단
최근 해양 레저활동에서의 안전 모니터링 및 가이드를 위한 해양 레저 안전 지원 로봇 기술이 개발되고 있다. 안전 지원 로봇은 다이버가 수중에서 안전 수칙에 따라 이동 및 해양 활동을 할 수 있도록 가이드하며, 위험한 상황에 빠지지 않는지 모니터링을 수행한다. 이 로봇은 다이버가 해양활동을 하는 전 범위에서 안전 가이드를 수행하는 것을 목적으로 하는데, 주된 기능은 다음과 같다. 먼저, 다이빙 상황에 대한 정보를 제공하며, 안전 수칙을 준수하며 수중 이동을 할 수 있도록 가이드한다. 또한, 다이버 안전거리 유지 여부 및 이상 여부를 모니터링하며, 사진 촬영과 같이 즐거운 다이빙을 지원하는 기능도 가지고 있다. 해양에서 이와 같은 기능을 제공하며 편하게 활용하기 위해, 안전 지원 로봇은 몇 가지 주요한 특징들을 가지고 있다.
먼저, 안전 지원 로봇은 선박에서 혹은 다이버가 직접 핸들링하기 편하도록 소형 및 경량화된 형태로 설계되었다. 최종적으로는 한 명이 쉽게 물에 넣고 회수할 수 있는 수준으로 작고 가볍게 만드는 것을 목표로 개발 중이다. 또한, 다이버의 위치와 상태를 모니터링하기 위한 다이버 인식 장치가 장착되어 있다. 광학카메라와 음파 카메라를 함께 사용하여 물이 흐린 경우에도 다이버를 모니터링하는 게 가능하다. 스크린 및 핸들은 다이버가 수중상황을 쉽게 파악할 수 있도록 화면을 통해 정보를 제공하며, 다이버가 로봇을 스쿠터처럼 직접 잡고 운용할 수 있도록 해준다. 로봇은 수중에서 자율적으로 움직이면서 다이버를 지원하며, 이를 위한 제어 및 항법 시스템을 갖추고 있다. 수중에서는 무선통신이 매우 제한적이며, 따라서 원격으로 조종하기 위해서는 테더 케이블이 연결되어야 하는데, 케이블 자체가 다이버의 안전에 위협이 될 수 있기 때문이다. 또한, 다양한 해양 활동을 지원할 수 있는 장비를 로봇 하단에 추가로 장착할 수 있는 구조도 갖추고 있다.
해양 레저 안전 지원 로봇은 안전한 해양 활동을 지원할 뿐만 아니라, 수중 로봇 기술을 진일보시킬 수 있을 것으로 기대된다. 기존의 수중 로봇은 케이블을 연결하여 원격제어를 통해 운용되거나(Remotely Operated Vehicle: ROV), 광범위한 영역을 자율적으로 움직이며 조사 작업을 하는 형태(Autonomous Underwater Vehicle: AUV)로 개발 및 운용되어 왔다. 즉, 수중에서 정밀한 조사 및 작업을 수행할 때는 ROV를 적용하며, 해저 탐사나 지형조사와 같이 넓은 영역을 조사하는 데는 AUV를 적용하여 작업이 가능하지만, 정교한 작업을 자율적으로 수행하는 것은 한계가 있다.
ROV (Remotely Operated Vehicle) ⓒ수중 굴삭기 로봇 팔로 암반 드르륵: 대한경제
AUV (Autonomous Underwater Vehicle) ⓒ어뢰형 자율무인잠수정의 수중 도킹 및 제어 전략:대한조선학회지
안전 지원 로봇은 기존의 ROV 및 AUV와는 다르게 사람에게 가까이 접근하여 정밀한 지원 작업을 자율적으로 수행할 수 있도록 설계되고 있다. 이를 위해서는 다이버의 상태를 정확히 인식하는 것과 로봇을 자율적으로 제어하는 기술이 중요하다. 그래서 인공지능에 기반하여 다이버를 인식하는 기술이 먼저 개발되고 있다. 광학카메라와 음파 카메라의 융합 정보를 이용하면 다이버의 위치, 자세 및 상태를 모니터링하는 것이 가능하다. 또한, 로봇을 자율적으로 움직이며 다이버를 지원하기 위한 자율제어 기술이 개발되고 있다. 이를 통해 조류와 같은 외란에도 강인하게 동작하며, 다이버의 시야에서 벗어나지 않도록 다이버-로봇 간 간격을 자율적으로 조정하면서 다이버를 지원하는 동작을 수행할 수 있게 된다.
(좌) 안전 지원 로봇의 다이버 모니터링 기술 (우) 자율제어 기술 ⓒ한국로봇융합연구원 해양레저장비사업단
안전 지원 로봇은 현재 개발을 진행 중이며, 프로토타입이 제작되어 각종 기능시험 및 알고리즘 검증이 진행되고 있다. 수조에서 다이버 인식에 필요한 데이터를 확보하는 시험을 진행했으며, 각종 센서의 성능 시험과 로봇의 기본적인 기능시험이 수행되었다. 또한 실제 바다에서 항법 시험과 로봇의 동작시험 등을 수행한 상태이다. 이상의 시험 결과를 바탕으로, 안전 지원 로봇의 성능과 활용성을 높이고자 노력할 예정이다.
해양레저 안전지원 수중로봇 수조 및 실해역 실험 모습 ⓒ한국로봇융합연구원 해양레저장비사업단
안전 지원 로봇은 현재 개발을 진행 중이며, 프로토타입이 제작되어 각종 기능시험 및 알고리즘 검증이 진행되고 있다. 수조에서 다이버 인식에 필요한 데이터를 확보하는 시험을 진행했으며, 각종 센서의 성능 시험과 로봇의 기본적인 기능시험이 수행되었다. 또한 실제 바다에서 항법 시험과 로봇의 동작시험 등을 수행한 상태이다. 이상의 시험 결과를 바탕으로, 안전 지원 로봇의 성능과 활용성을 높이고자 노력할 예정이다.
조건래
한국로봇융합연구원 조건래 본부장
2010년 KAIST 기계공학과에서 로보틱스 및 제어 분야 연구로 박사학위를 받았으며,
2010~2016년 동안 삼성중공업 중앙연구소에서 생산 자동화 로봇을 연구하였다.
2016년부터 지금까지 한국로봇융합연구원에서 로봇 및 제어 분야를 연구하고 있다.
주요 연구 분야는 수중 로봇, 물류 로봇, 강인제어, 강화학습 등이다.
ROV와 AUV의 세계
끝없이 펼치진 동해바다 저 멀리 수평선 너머로 찬란한 해가 떠오르면, 붉게 물들기 시작하던 바다는 햇빛에 반짝이다 이내 파란색으로 보인다. 빛을 통해 세상을 바라보도록 진화한 인간은 파란색 바다의 아래를 볼 수 없다. 전자기파의 일종인 빛은 바닷물에 흡수·산란되어 버려 우리 눈으로 되돌아오는 빛은 바닷물에 반사된 파란색뿐이기 때문이다. 이는 전자기파를 이용하는 다른 관측 장비도 마찬가지다. 광학카메라, 레이더, 라이더 등은 공기 중에서 아주 유용하지만 바닷속 깊은 곳을 촬영할 수 없다. 라디오, 와이파이, LTE 등을 이용하는 통신 장치도 바닷속에서는 무용지물이다. 바닷물을 지나는 전자기파는 감쇄와 산란으로 멀리 나아가지 못한다. 그래서 대양을 이동하는 고래는 빛 외에 소리를 이용하여 바닷속을 보도록 진화했다. 고래가 바닷속의 다른 동물이나 물체들을 어떤 모양으로 보는지는 알 수 없으나 우리가 소나를 이용해서 보는 것과 크게 다르지는 않을 것이다.
빛을 통해 사물을 보는 것에 익숙해져 있는 우리는 소리를 통해 보는 것이 자연스럽지 못하고 불편하다. 선명하고 다양한 색상으로 바닷속을 보고 싶다는 인간의 욕망은 ROV(Remotely Operated Vehicle, 원격조종 무인 잠수정)를 만들었다. 1953년 미국에서 실험용으로 처음 만들어진 ROV는 1960년대에 실용화되었다. 미 해군이 개발한 CURV-1은 1966년 미국 공군 B52기가 충돌사고로 지중해에 떨어뜨린 수소폭탄을 수심 868m의 해저에서 회수했다. ROV는 바닷속으로 들어가 빛이 전파되는 거리까지 가까이 접근해서 영상을 촬영한다. 맑은 물에서는 10m~20m까지 볼 수 있고 2~3m 이내로 접근하면 아주 선명한 영상을 얻을 수 있다. 촬영한 영상은 케이블을 통해 전송되어 바다 위에서 실시간으로 생생하게 볼 수 있다. 케이블로 통신하므로 통신의 제약이 적어 여러 대의 광학 카메라 영상과 소나 영상을 전송할 수 있고 로봇팔을 원격으로 조종하기도 한다. 케이블을 통해 전원을 공급하므로 수중에 머물 수 있는 시간에 대한 제약도 거의 없다. 혼자 들고 다닐 수 있는 작은 ROV부터 수십 톤에 이르는 중작업용 ROV까지 그 종류도 다양하다. 잠수 수심도 20미터에서 10,000미터에 이르기까지 다양하다. 현재, ROV는 과학조사, 구난, 군용 등 다양하게 이용되고 있지만 가장 큰 시장은 역시 석유·가스 산업이다.
ROV는 해저의 모습을 전해 주는 편리한 도구이지만 불편한 점이 없는 것도 아니다. 바로 케이블 때문이다. 케이블은 ROV가 수중을 다니는 동안 늘 끌고 다녀야 해서 ROV가 자유롭게 움직이는 것을 방해한다. 특히 조류 등으로 유속이 있는 지역에서는 물에 떠밀리는 케이블에 ROV가 버티지 못하고 끌려가기 일쑤다. 또한 케이블이 해저 물체에 엉기거나, 꼬여서 끊어지기라도 하는 날에는 소중한 ROV를 잃어버리기도 한다. 케이블은 ROV에게 그야말로 탯줄인 셈이다. 심해용 ROV의 경우 케이블의 길이가 수천 미터에 이르므로 케이블의 부피도 엄청나다. 지름이 수 미터에 달하는 케이블 드럼과 윈치를 실을 수 있는 크고 비싼 배가 필요해 고가의 운용비용이 필요하다는 의미이다.
우리나라 선박해양플랜트연구소에서는 6,000m까지 탐사할 수 있는 과학조사용 ROV 해미래를 2006년에 개발했다. 지름이 비교적 가는 17mm이고 길이가 8,500m인 케이블을 사용할 수 있도록 설계하여 1,450톤의 비교적 작은 조사선인 온누리호를 모선으로 하여 우리나라 동해와 태평양 해저를 탐사할 수 있었다. 이런 ROV는 특정 해역을 정밀하게 조사하거나 로봇팔로 작업하는 경우에 매우 유용한 반면, 케이블로 인해 넓은 영역을 자유롭게 움직이지 못하는 한계가 있다.
최초로 실용화된 ROV 미해군의 CURV-1 ⓒFederation of America Scientists
6,000m급 심해 ROV 해미래 ⓒ선박해양플랜드연구소
이런 ROV의 단점은 AUV (Autonomous Underwater Vehicle, 자율무인잠수정)를 개발하는 계기가 됐다. 미국 워싱턴대학의 응용물리연구소에서는 1967년에 SPURV (Special Purpose Underwater Research Vehicle) 1호기를 제작하였는데 이것이 AUV 연구의 출발선이었다. AUV는 이름 그대로 원격조종 대신 스스로 이동하며 해저를 조사하는 잠수정이다. 모선과 연결된 케이블이 없어 아주 멀리까지 자유롭게 비교적 빠른 속도로 이동하면서 데이터를 수집할 수 있다. 각종 해양학 데이터와 함께 소나를 이용해서 해저 지형 데이터를 주로 수집하지만, 카메라로 광학 영상을 촬영하기도 한다. 100~200미터 수심까지 잠수하며 비교적 천해역의 해저를 조사하는 소형 AUV에서부터 수천 미터까지 잠수하는 대형 AUV까지 종류와 크기도 다양하다. AUV는 은닉성이 높아 군사용으로 개발이 활발하다. 최근에는 대형급 또는 초대형급 군용 AUV를 선보이고 있으며 이들은 수개월 동안 수중에서 단독으로 임무를 수행하기도 한다.
우리나라에서는 1998년 러시아 기술을 도입해 당시 대우조선해양(주)에서 옥포6000 AUV를 국내 처음 개발하였고, 선박해양플랜트연구소에서는 국내 기술로 1999년에 보람AUV, 2009년에 이심이100 AUV를 개발하였다. 최근에는 해양 수색용 AUV와 기뢰탐색용 AUV가 해양경찰청과 방사청 지원으로 각각 개발 진행되고 있다. AUV는 모선과 연결된 케이블이 없어 움직임이 자유롭지만 스스로 작업을 수행해야 하기 때문에 자율 제어 장치와 전원을 자체 내장하고 주변 환경의 변화를 인식하고 판단·대응해야 한다. 장애물을 만날 경우, 이를 인식하고 어떻게 피해 갈지 행동을 결정해야 하며, 탑재 장비가 고장 났을 경우, 임무를 계속 수행할지 아니면 중단하고 돌아갈지를 판단해야 한다. 수중에서 어떤 목표물을 찾는 임무를 수행할 경우, 수중에서 감지되는 물체 중 목표물일 가능성이 높은 물체들을 구분하고 재방문해서 목표물 여부를 확인해야 할 수도 있다. AUV의 자율화 수준은 사람의 개입 정도에 따라 5단계 또는 10단계로 나누고 있지만, 임무 복잡도가 높을수록 자율화의 수준도 높아야 하고, 자율화 수준이 높을수록 시스템의 복잡도도 높아진다. 조작자의 예측에 의한 사전 프로그램에 따라 작동하던 AUV가 최근에는 인공지능 기술의 발달로 자율화 수준을 극적으로 향상시키고 있다.
ROV와 AUV 두 기능의 장점들을 활용하려는 시도도 있다. 전원을 내장하고 통신만 케이블을 이용하는 HROV(Hybrid ROV)는 낚싯줄처럼 가는 광통신 케이블을 이용하여 케이블의 단점을 최소화하면서 통신의 제약을 극복한다. 빛이 전혀 없는 심해에서는 빛을 이용한 무선 광통신 장치를 이용하여 ROV를 무선으로 제어하려는 시도도 있다. 무선 광통신 장치는 약 100m의 거리에서 1Mbps 이상의 데이터 전송이 가능한 정도이다. 또한 AUV의 자율 인식 및 제어 기술을 ROV에 적용하여 ROV의 자율화 수준을 높여 조작자가 더 쉽게 조종할 수 있도록 하기도 한다. 그러나 이들은 ROV와 AUV의 기능과 장점을 100% 발휘하지는 못한다. 따라서, ROV와 AUV는 서로를 대체하는 대신 각각의 고유 기능과 역할을 지속해서 유지·확대해 나가게 될 것이다. 지구 온난화로 인한 기후 위기, 해저 열수의 화학합성 생태계 등 해양과학 조사와 해저 열수광상, 망간단괴, 망간각 등 국가 전략 자원에 대한 관심은 날로 증가하고 있다. 심해로 내려갈 수 없는 인류는 ROV와 AUV가 더 많이 필요할 수밖에 없다. 세계 ROV 시장 규모는 2030년에 1억 7,507만 달러로 예측되고, 세계 AUV 시장 규모는 2028년에 49억 달러에 달할 것으로 예상된다. 삼면이 바다로 둘러싸여 해양강국을 꿈꾸는 우리나라가 진정한 해양강국이 되기 위해서는 조선기술과 함께 해저로 내려가는 ROV와 AUV 기술에 더욱 관심을 가져야만 하는 이유다.
6,000m급 심해 ROV 해미래 ⓒ선박해양플랜드연구소
자율무인잠수정 이심이100 ⓒ선박해양플랜드연구소
재구성: 「잠수정의 세계」, 우라 타마키, 타카가와 신이치 편저, 김웅서, 박준성, 이판묵, 최영호, 박찬홍, 김동성, 정회수 역
재구성: 「수중드론이라 불리는 자율 무인 잠수정」, 우종식, 김준영, 문재운, 서주노, 성우제, 유선철, 전봉환, 최형식 지음
Autonomous Underwater Vehicle (AUV) Market by Shape (Torpedo, Laminar Flow Body, Streamlined Rectangular Style, Multi-hull Vehicle), Type (Shallow, Medium, & Large AUVs), Technology (Imaging, Navigation, Propulsion), Payload - Global Forecast to 2028
https://www.giikorea.co.kr/report/mama1305949-autonomous-underwater-vehicle-auv-market-by-shape.htm
ROV Market Size & Share Analysis - Growth Trends & Forecasts (2024 – 2029)
https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/rov-market
http://www.navaldrones.com/SPURV.html
https://irp.fas.org/program/collect/curv1.jpg
전봉환
선박해양플랜트연구소 책임연구원
1996년부터 선박해양플랜트연구소에서 ROV와 AUV를 개발해 오고 있으며,
해미래ROV, 보람AUV, 이심이AUV, 수중보행로봇 크랩스터 등 개발에 참여하였고,
현재 무인이동체사업단 해양복합연구단장, 해군발전자문위원, 한국해양공학회 학술이사 등으로 활동하고 있다.
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