전 세계적으로 자원탐사와 지하 안전 관리의 중요성이 높아지는 가운데 최근 탐사 인력과 환경에 제한받지 않고 지하 탐사로봇을 활용한 무인 자동화 탐사를 맞춤형으로 활용할 수 있는 기술이 개발돼 관심을 모으고 있다.
한국지질자원연구원(KIGAM)은 자원탐사개발연구센터 강웅 박사 연구팀이 자원탐사 인력 부족 문제 해결과 탐사 효율성을 높일 수 있는 새로운 무인자동화 탐사로봇 기술, ‘자율주행 지하 탐사로봇’을 개발했다고 15일 밝혔다.
현재 개발된 자율주행 지하 탐사로봇은 송신 안테나에서 광대역 전자기파 파동(Pulse)을 방사해 땅 밑으로 투과돼 들어간 신호가 지하의 불연속면에서 반사돼 이를 수신하는 방식인 지하 레이다 탐사(GPR·Ground-Penetrating Radar) 기술을 적용했다.
GPR 기술은 지하 시설물 탐지, 교통 인프라 조사, 고고학적 유적지 탐사 등 다양한 분야에 활용되고 있고 최근에는 지하 안전 관리 문제로 사회적 관심을 모은 기술이다. 특히, 지하의 구조, 이상체, 물성 등을 고해상도로 영상화하거나 매핑이 가능해, 일정한 지하 영역의 땅을 파보지 않아도 구조를 확인할 수 있다.
자율주행 지하 탐사로봇은 RTK GPS(Real-Time Kinematic GPS)를 이용해 외곽 기준점 좌표를 측정하고 이를 바탕으로 2차원(2D) 좌표(그리드 맵·Grid Map)을 생성해 탐사 경로를 계획한다. 로봇은 계획된 경로를 따라 정밀하게 주행하며, 시간 간격(Time Interval) 방식으로 탐사 데이터를 고정밀 RTK GPS와 동기화해 취득한다. 또한, 관제소에서 원격 터미널을 통해 로봇의 주행을 모니터링하고 각 측선 끝 제자리에서 회전한 뒤 다음 측선으로 이동하며 작동한다.
RTK GPS(Real-Time Kinematic GPS)는 고정밀 위치 측정을 위한 GPS 기술로 일반 GPS 시스템은 대개 몇 미터 정도의 오차를 발생시키지만 RTK GPS는 기준국과의 실시간 데이터 통신을 통해 오차를 몇 센티미터 이내로 줄일 수 있어 자율주행 로봇이나 드론 등에서 정확한 위치 추적이 가능하고 정밀한 작업을 수행할 수 있다.
연구팀은 고해상도 지하 영상을 얻을 수 있는 GPR 시스템을 기반으로 야외에서 지하 매장물 조사를 무인 자동화해 수행할 수 있는 지상 자율주행체 기본모델(Prototype)을 개발했다.
이후 실외 환경에서 RTK GPS를 기반으로 일정 영역 내 로봇의 주행 경로를 설정한 뒤에 시행한 실외 테스트 결과 1만개 이상의 GPS 추적(Trace) 기준 평균 위치오차 2.5㎝ 이내의 위치 정확도를 보이는 것을 확인했다.
또한 지난해 다양한 GPR 응용 분야 박람회에서 실내 경로 주행과 GPR 데이터 취득 및 실시간 영상화가 가능한 데모 로봇을 선보였고 지질학 최고 권위의 학술대회인 세계지질과학총회(IGC 2024)에서도 높은 관심과 호평을 받았다.
연구팀은 기존 실외용 시작품과 데모 탐사로봇의 경험을 바탕으로 자율주행 GPR 탐사로봇의 상용화를 위한 시제품 개발과 연구소 기업 설립도 준비중이다. 이를 통해 기존 인력 의존 탐사 시스템과 차별화되어 넓은 지역과 어려운 환경에서도 지속적인 탐사가 가능할 것으로 기대된다.
강웅 박사는 “자율주행 지하 탐사로봇은 탐사 인력 부족 문제를 해결하고 어려운 환경에서도 효율적으로 작업을 수행해 자원탐사 및 지하 안전 관리 분야의 새로운 패러다임을 제시할 것”이라며 “앞으로도 더욱 정밀하고 안정적인 기술 개발을 통해 다양한 분야에서 실질적인 도움이 될 수 있는 탐사로봇 기술을 지속적으로 발전시켜 나가겠다”고 말했다.
자율주행 지하 탐사로봇은 한국로봇산업협회에서 주관하는 ‘2024 로보월드 Awards’를 수상해 전문서비스 로봇, 로봇 시스템 분야에서 혁신기술로 선정된 바 있다.
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