재난대응 로봇의 개발 현황 및 전망

재난대응로봇에 대한

신규정책 아이템이 필요한 시점

각종 재난에 따른 국가적 손실 감소에 기여하고, 신개념의 센서, 재료, 기구부 등의 개발에 따른 고부가가치의 신산업 창출 가능성이 높은 재난극복 및 인명구조용 로봇은 그 시장성에 있어서도 높은 기대를 받고 있다. 그러나 국내에서는 대부분 화재/붕괴에 의한 재난을 대응할 수 있는 소방로봇 및 인명탐사 로봇 위주로 개발 사례위주이고, 후쿠시마 원전과 같은 대형사고에 신속히 대처할 수 있는 재난대응 로봇은 현재 미비한 상태다. 한국산업기술평가관리원의 이상무 로봇PD가 이와 관련한 내용을 정리했다.

1. 기술적 배경
· 재난 사고 현황
80년대 중반기 이후 석유·화학 등 대단위 공업단지가 조성되고 생활환경 또한 고밀도의 도시화와 철도, 항공 등 교통수단 이용률 증가, 가정의 주 연료인 연탄이 도시가스로 대체되는 등 고도산업 사회로 재난환경이 급변하면서부터는 한 두 사람의 방임이나 실수가 많은 국민의 생명은 물론 삶의 터전을 송두리째 앗아가 버리는 대형 참사를 초래할 수 있다.

서해 훼리호 침몰, 삼풍백화점 붕괴 및 동해안 산불, 괌 등에서의 비행기추락, 대구지하철 참사 등과 같은 재난이다.
최근 9.0강도의 지진과 14m 이상의 쓰나미(Tsunami)로 인한 일본 후쿠시마 원전 사고 발생(`11.3.11)은 설계지진 초과 지진과 쓰나미로 인한 후쿠시마 원전 사고로 방사선 누출 및 전력 차단으로 큰 재난이 나타났다. 재난발생은 짧은 기간의 압축 성장 추구, 인명보다는 자신의 이익을 앞세우는 일부 사람들과 사회저변에 안전의식이 성숙되어 있지 못한 원인 등이 복합적으로 작용되어 일어남으로써 국민 자존심의 치명적인 훼손과 총체적 부실, 사고 공화국이라는 국제적인 오명을 듣게 될 수 있다.

· 재난대응 로봇
재난대응 로봇이란 자연재해, 인적재난과 사회적재난 등 각종 재난 상황에서 재난 확산을 방지하고 피해를 최소화 및 사고 처리를 위한 로봇 시스템으로, 기존의 수동 장비를 갖춘 방재요원의 투입만으로는 효율적인 방재 작업에 한계가 있으며, 방재 요원들의 안전을 심각하게 위협하는 요소들이 곳곳에 산재해 있는 재난 환경에 적합하다.
또한 산업용 로봇 기술의 안정화, 지능화에 따라 이러한 극한 재난 환경에서 방재 요원과 함께 활용할 수 있는 로봇으로, 일본 대지진(`11.3.11)에 피해자들을 구조하기 위해 로봇이 동원되었으며, 현황을 살펴보면 뱀형 로봇을 활용하여, 쓰나미 피해 잔해 속 7m까지 파고들어가서 피해자를 구조하고, 초당 82cm를 이동하였으며, 65cm의 길이를 가진 긴 광(光)시야를 가지고 있다. 방사능 유출지역에 투입하기위한 퀸즈(Quince)라는 로봇을 가동 준비 중이며, 이는 화학, 생물, 방사능 오염지역을 갈수 있으며, 초당 1.6m 이동 가능하다.

2. 재난대응 로봇의 중요성

· 기술적 중요성
재난상황에서 로봇을 활용하는 것은 정형화되어 있지 않은 상황에서 비 반복적인 작업을 로봇이 정교하게 수행해야 하므로 시설물의 부정형 장애물들을 인식하고 장애물 회피 및 통과 기능이 구비된 고기능의 로봇이 요구된다.
종래의 로봇공학의 검증된 기술(기계설계, 구동, 제어, 센서)들과 첨단기술(로봇비젼/센싱데이터 처리, 인공지능, 네트워크 기술), 그리고 인간에 의한 원격제어 등이 융합되어야 한다. 재난 로봇에서 요구되는 기술 수준의 난이도를 충족시키기 위해서는 현 시점에서 가능한 모든 검증된 핵심 기술뿐 아니라, 미래 지향형의 기술도 발전적으로 검토되어야 하며, 동시에 인간이 가지는 지각과 인지능력도 최대한 이용되어 이 모든 것이 총체적으로 종합되어야만 한다.

고온의 극한 환경에서 주어진 임무를 수행하기 위한 로봇의 제어기, 작동기 및 센서를 보호하는 내화 기술과 내화 시스템 개발을 통한 극한환경에서의 작업수행이 가능토록 해야 한다. 재난대응 로봇 기술은 메카트로닉스를 기본으로 센서·정보·반도체·인공지능·신소재 등 첨단기술과 기계·전자·항공 등 전통기술이 융합된 고부가가치 첨단기술의 복합체로, 재난대응 로봇 기술은 연구개발 역사가 10년이 채 안된 신생기술로 현재는 일부 국가가 기술적 우위를 점할 뿐, 대부분의 국가들은 초보적인 단계다. 종합적이고 체계적인 연구개발을 통해 시장선점과 세계 수준의 비행로봇 기술 보유국으로 진입할 수 있는 가능성이 높다.

향후 재난대응 로봇 기술을 발전시킴에 따라 지능형 무인 건설기계, 자율주행 국방로봇, 우주 탐사 및 개척용 로봇의 개발 등 국가 전략 분야에 활용도가 크다.

· 경제·산업적 중요성
재난대응 로봇 기술의 시장 규모는 기술 개발에 의한 성능/가격 비율의 증대에 따라 급속히 증대할 것으로 예측된다. 기술 성숙화 및 저가화 전략에 의해 개발 추진하여 조기 시장선점을 할 경우 세계 시장의 조기 형성을 유도할 수 있으며, 군용 로봇 등 유사 기술 분야 상품 시장을 포함할 경우 그 부가가치는 실로 막대하리라고 예측된다. 각종 재난에 따른 국가적 손실 감소에 기여할 수 있는 이 로봇은 산업화 도시화에 따른 대형 건축 구조물이 계속 증가하고 있다. 대형구조물의 붕괴시 잔해 더미 사이를 통하여 접근하기 위해서는 신개념의 센서, 재료, 기구부 등의 개발에 따른 고부가가치의 신산업 창출 가능성이 높다.

향후 10년 후에 전개되는 고령화 사회진입에 따라 젊고 전문성을 갖춘 재난 구조 인력의 수급이 원활하지 못하게 되는데, 이에 비해 지구온난화와 같은 환경적인 요인에 의한 자연재해, 빈부격차, 계층갈등, 문명충돌 등의 정치사회적인 요인에 의한 9.11 테러와 같은 인위적 재난 발생가능성은 현저히 높아진다.

따라서 이러한 재난을 효율적으로 극복, 수습하기 위한 재난극복/인명구조용 로봇의 수요가 급격히 증대될 것으로 예측된다. 로봇 기술 혁신과 각 산업분야에 로봇의 필요성 증가로 재난극복 및 인명구조용 로봇 시장도 크게 성장 할 것으로 전망된다.

3. 국내 개발 현황
· 인적재난 대응용 로봇의 국내 개발 현황
국내에서는 자연 재난용 로봇은 2004년부터 성장동력기술개발사업으로 ‘재난극복 및 인명구조 로봇 기술 개발’ 과제에서 2009년까지 실내외 소방로봇과 인명 탐색 로봇을 개발하였다. 2010년부터 소방방재청 주관으로 ‘밀폐공간 화재진압 로봇 개발’ 과제에서 디알비파텍(주)과 호야로봇에서 밀폐공간 화재진압 및 인명수색용 소방로봇을 개발하고 있다.

최근 지식경제부가 지정하는 범부처 로봇시범사업 중 소방로봇 시범사업 추진단으로 한국소방산업기술원이 선정되었고, 향후 3년 동안 총 75억원이 투입되어 그동안 개발된 소방로봇을 화재현장에 배치해 화재진압 능력을 개선하여 소방로봇 산업을 육성하고자 한다. 국내에서 개발된 재난 대응 로봇은 현장 적용 사례가 없어, 현장적용 시험 평가가 시급하며 현장 적용성 증대를 위한 성능 향상 연구 역시 필요한 상태다.

· 원자력 로봇의 국내 개발 현황
원자력 산업용 로봇 기술은 작업자의 접근이 제한된 고방사선 원자력 시설 내에서 기기 점검/보수 및 비상대응 작업을 하기위한 로봇 기술로서 1988년부터 원자력진흥 종합계획 및 연구개발사업의 기초 기반 연구개발과제로서 수행되어 왔다.

2009년 UAE원전 수출에 따른 원전 운영정비 자동화 기술의 중요성 부각에 의해 지경부 Nutech 2030계획 등에 정비보수 자동화기술 개발에 대한 로드맵이 수립 중에 있다. 국내 원자력산업용 로봇/자동화 기술은 원자력연구원 중심으로 정비전문업체인 한전KPS, 기기제작업체인 두산중공업 등 기술서비스 업체가 공동 협력으로 개발하여 자체 활용해 왔다.

원자력 시설 비상사고 시 대응용 로봇은 국내에서 개발된 사례가 없다. 이 기술 분야는 개발을 이미 수행한 일본과는 기술 수준이 유사하나 지속적으로 연구개발/체계운영을 수행해 온 독일, 프랑스에 비해서는 기술 수준이 다소 낮다. 선진국에서 기술개발이 정체된 현 상황에서 국내에서 기술개발을 수행할 경우 기술역전이 가능하다.

현재 기술 수준은 국내 원자력산업용 로봇/자동화 기술은 원자력연구원 중심으로 정비전문업체인 한전KPS, 기기제작업체인 두산중공업 등 기술서 비스 업체가 공동 협력으로 개발하여 자체 활용해 왔다. 원자력 기기 검사/정비 자동화 분야는 로봇/자동화 기술과 비파괴 검사기술, 용접 등 정비 기술이 동시에 개발되어야하며 내방사화 등 신뢰성 제고가 매우 중요하므로 현장 경험 없이는 개발이 불가하다.

국외 선진국(미국 웨스팅하우스, 프랑스 아레바, 일본 도시바/히다치) 등의 기술에 거의 근접한 수준이나 법적 규제를 받는 증기발생기 및 원자로의 가동 중 검사/보수를 위한 자동화 기술은 그간 해외 장비를 도입하여 활용하여 왔으며 지속적인 기술종속을 벗어나기 위해 정부과제로 개발수행중이다.

개발결과를 실제 사용하기 위해서는 기량검증(Performance Demonstration)을 받아야 하며 국내 검증 체계가 미비하여 미국 전력연구원(EPRI)의 인증을 받아야 한다. 원자력 시설 비상사고 시 대응용 로봇 기술 분야는 개발을 이미 수행한 일본과는 기술 수준이 유사하나 지속적으로 연구개발/체계 운영을 수행해 온 독일, 프랑스에 비해서는 기술 수준이 다소 낮으나 선진국에서 기술개발이 정체된 현 상황에서 국내에서 기술개발을 수행할 경우 기술역전이 가능하다.

4. 국외 개발 현황
· 인적재난 대응용 로봇의 국외 개발 현황
일본, 미국, 유럽 등 주요 선진국에서는 대기업, 연구기관 및 학계 등 정부주도하에 재난극복 및 인명구조 로봇의 연구개발이 활발히 진행 되고 있다. 사람이 접근하기 어려운 곳에 사용되는 방재용 무인 이동로봇, 화재현장의 위험감지 및 인명구조용에 사용되는 정찰 로봇, 화재 지역 주변의 위험물제거를 위한 작업로봇, 화재진압을 위한 무인 주행 방수차, 원격 조작식 소방장치 등 다양한 종류의 화재진압 로봇을 개발 하여 소방서에서 운용 중이다. 주기적인 ‘소방로봇 대회’를 개최하여 신기술 개발을 수행 중이며 화재 및 재난을 감지하여 사전에 예방할 수 있는 첨단 화재진압 무인 로봇을 개발 중에 있다.

① 일본
세계 1위의 로봇 생산국의 발판을 이용하여 대기업 중심의 연구 개발 활동이 활발히 진행 중이며 또한 지진, 태풍과 같은 자연 재해가 많은 환경조건 으로 인하여 자연재해에 철저한 대비를 해온 일본에서는 다양한 종류의 화재진압 및 인명구조 로봇을 소방서에서 운용중이고 신 개념의 다양한 화재진압 로봇을 개발하고 있다.

도쿄 소방청이 개발한 무인주행 방수로봇(Rainbow 5)은 주로 석유 공업단지, 항공기 탱크로리 등의 유류화재와 강한 방사열을 발생하는 대규모 화재와 폭발 위험이 있는 화재 등 소방대원이 접근하기 곤란한 화재에 대처하는 것이 주된 목적이다.

1983년부터 1990년까지 방사능 오염, 고압, 고온 및 진공환경 등, 극한 작업환경 하에서의 인력대체를 목적으로 일본 통산성 주관으로 원자력발전소 작업로봇, 해저 탐사로봇 및 방재로봇을 개발하기 위한 국가 프로젝트를 추진하였다. 이후, `06년에 NEDO ‘전략적 첨단 로봇 요소 기술 개발 프로젝트’에 채택되었으며, `09년6월 NEC사에서는 재난감시용 무인 비행기를 출시했다.

② 유럽
German-French MMSR-SYDERA 컨소시엄에서 지뢰와 IEDs를 탐지하고 제거하기위한 다양한 로봇을 개발했으며, 유럽 무인로봇 자동차 경기 ELROB(European Land-Robot Trial)를 통해 대테러 수색이나 재난구조용 로봇의 기술증진에 기여하고 있다. 영국의 OCRobotics에서는 2.5m 길이의 뱀 모양의 매니플레이터를 응용해 좁은 틈과 장애물을 유연하게 뚫고 보안·감시 등의 임무를 수행할 수 있는 snake-arm robot을 개발했다.

전형적인 보안·감시 로봇은 독일의 Neobotix에서 개발한 MP-S500로, 야외에 적합한 모바일 플랫폼에 다양한 센서(마이크, 레이더, 팬-틸트 카메라, 동작감지기 등)가 장착되어 있으며, 방위업체인 Robowatch와 Diehl BGT가 공동으로 개발한 ASENDRO은 무선 제어를 통해 정찰, EOD/IEDD, 핵/생화학 무기에 의한 오염 측정 등 수행(운행속도 15km/h)한다.

대규모 산학연 합동 연구 프로젝트를 추진 중이며 필드 서비스 로봇 중심으로 개발을 진행 중. 특히 알프스 남북을 관통하는 유럽의 주요 교통로인 고타르 터널의 화재경험을 바탕으로 오스트리아에서는 터널내의 화재진압 로봇을 개발하여 수출 중이다. 국의 웨스트 요크셔 소방청과 JCB special products에 의해 개발된 FireSpy가 1999년 2월 BBC 온라인에서 보도된 바 있는 데, 이 로봇은 소방 요원의 접근이 불가능한 빌딩에 투입되어 진화작업을 하는 기능을 보유하고 있다.

③ 미국
대표적인 업체는 미국의 메사추세츠공과대학(MIT)에서 만든 벤처 기업인 iRobot사로 미국에서 사용되는 지능형 로봇의 80%이상을 제작 또는 디자인하였다. iRobot사는 군사용 로봇을 개발해 국방부에 정찰로봇과 지뢰탐사로봇 등을 1,700대 이상 공급하기도 하였으며, 2008년 8월에는 국방부에 2억 달러(약 2 ,265억원)규모의 로봇 공급 계약을 맺었다.

· 국외 원자력 로봇의 개발 현황
① 프랑스
프랑스는 국영전력회사인 프랑스전력공사(EDF)와 다국적기업인 AREVA, 국가연구소인 프랑스 원자력청(CEA)를 중심으로 원자력 관련 로봇/자동화 기술을 지속적으로 개발해 왔다. 법적 규제요건에 해당하는 증기발생기 검사/보수, 원자로 용기검사/보수 기술들은 자체 개발하여 활용중이고, 기타 검사/보수 기술은 필요에 따라 자체 개발/사용하며, 1988년에 Groupe-Intra를 설립하여 24시간 이내 대응 가능한 비상대응 체계 구축을 위한 로봇들 을 개발하였으며 관련 인원의 지속적 교육을 실시하고 있다.

1990년대까지는 기술개발이 활발했으나 이후 원자력 활용 기피, 로봇/자동화 장비 판매보다는 서비스 제공의 고부가 가치 등으로 인해 기술개발이 활발하지 못한 실정이었지만, 1999년 일본 JCO 핵임계 사고시 일본에서 비상대응 체계를 구축하기 위해 프랑스 기술을 일부 도입했을 정도로 고방사선 작업용 로봇기술은 높은 수준이다. 전세계적인 녹색에너지로서의 원자력 이용 확대에 따라 원전수출과 연계하여 다시 연구개발을 활성화하고 있으며, 최근 일본 후쿠시마 원전 사고에도 불구하고 연구개발에 지속적인 투자를 할 것으로 전망된다.

② 일본
JCO 임계사고(`99) 이후 원자력시설 재난 극복을 위한 로봇을 개발하였다. 주요 개발 기술은 원자력시설 재난 대응을 위한 협소통로, 계단이동 가능한 이동 기술, 정보수집/전송 기술과 안전한 고속조작을 위한 자율제어 기술 등을 개발하였다. 후쿠시마 원전 사고 시에는 일본에서 개발된 원자력 사고 대응 로봇이 현장에 투입되었다는 보고는 현재 없다.

③ 미국
1979년 펜실베니아주 Three Mile Island 원자력발전소에서 방사능누출 사고가 발생했을 때 투입된 몇 가지 로봇들의 활약으로 로봇 공학의 사회 기여 가능성을 훌륭히 입증한 계기가 되었다. 현재 미국에서는 원자력시설 사고시 정보 수집 중심으로 로봇 적용성 연구를 수행하고 있다. 로봇 단독이 아닌 작업자와 공동수단으로서 로봇 활용성을 분석하는 연구가 수행중에 있다. 최근 후쿠시마 원전 사고시에 군용으로 개발된 Packbot사의 iRobot과 Honeywell사의 T-Hawk 로봇을 투입하여 후쿠시마 원전 외부 영상 및 내부 영상 획득에 사용되었다.

5. 향후 전망

· 전망
오늘날과 같은 산업화 및 정보화 사회에서의 재난은 인명 피해, 재산 및 사회기반시설의 손실로 인하여 국가적·사회적으로 장기적인 어려움을 겪게 되며, 그 영향력이 사회전반에 미치게 된다. 이에 따라, 재난환경에 대비한 향후 정부의 재난관리 정책방향은 재난 관리 인력과 장비의 전문·고도화를 서둘러야 할 것이며, 재난 발생시의 위기관리능력 배양과 병행하여 선진국 수준으로 국민안전의식 강화가 필요가 있다.단기적으로는 일본의 `11.3.11 지진·해일 등의 대응용 로봇이 화두이나, 장기적으로는 광범위한 측면에서 재난대응로봇에 대한 신규정책 아이템이 필요한 시점이다.

· 향후 대응 방안
재난대응 로봇 개발은 장기적으로 꾸준히 다양한 재난에 대비할 수 있도록 노력이 필요하며, 전략적으로 진행할 필요가 있다. 

한국산업기술평가관리원  www.keit.re.kr