100m 위서 떨어져도 고장없는 '바퀴형 로버' 개발…"달 피트·용암동굴 급경사도 쉬워"

달에서 지하 공동 붕괴로 생긴 '피트(Pit)'나 '용암동굴(Lava Tube)'의 급경사를 쉽게 오를 수 있는 혁신적인 바퀴 제조 기술이 개발됐다. 피트와 용암동굴은 극심한 온도 변화와 우주 방사선으로부터 보호받을 수 있는 천연 은신처이긴 하지만, 급경사·암반·낙하 위험 등으로 그동안 접근 자체가 쉽지 않았다. KAIST는 우주연구원·항공우주공학과 이대영 교수 연구팀이 무인탐사연구소, 한국천문연구원, 한국항공우주연구원, 한양대학교와 함께 달 탐사 최대 난제로 꼽히는 피트(Pit)와 용암동굴(Lava Tube)에 쉽게 진입할 전개형 에어리스(airless) 휠을 세계 최초로 개발했다고 18일 밝혔다. 달 피트는 장기적인 달 거주지 후보지로 주목받아 왔다. 태양계 초기 지질 기록을 보존하고 있어 과학적으로 중요한 지역이다. 이때문에 NASA(미항공우주국), ESA(유럽우주국) 등 주요 우주기관은 대형 로버에서 소형 로버를 사출하는 방법으로 탐사를 검토해왔으나 소형 로버의 구조적 한계로 인해 기동성이 충분히 확보되지 않았다. 기존에 제시된 가변형 휠 역시 혹독한 달 환경에서 발생하는 냉간 용접(cold welding), 불균일 열팽창, 연마성이 강한 달 먼지 등으로 인해 실용화에 어려움이 있었다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 복잡한 기계 구조 대신 종이접기(오리가미) 구조와 소프트 로봇 기술을 결합한 새로운 전개식 바퀴를 만들어냈다. '다빈치 다리'의 서로 맞물리는 구조를 응용하고, 우주에서도 잘 버티는 탄성이 좋은 금속판을 종이접기 방식으로 접어 바퀴 모양을 만들었다. 이 전개형 에어리스 휠(바퀴)은 일반 바퀴처럼 힌지(경첩) 같은 부품이 없어도 접힐 때는 지름 23cm, 펼치면 50cm까지 커져서, 탐사를 위한 소형 로버도 큰 장애물을 넘을 수 있는 뛰어난 기동성을 확보하는데 유리하다. 시험 환경에서도 뛰어난 성능을 나타냈다. 인공 월면토(달 흙을 흉내 낸 땅)에서도 주행 성능이 우수하다. 달 중력 기준 100m 높이에서 떨어뜨려도 모양과 기능이 그대로 유지될 만큼 내충격성이 뛰어난 것으로 확인됐다. 이대영 KAIST 교수는 “이번 전개형 바퀴는 그동안 누구도 해결하지 못한 달 피트·용암동굴 진입 문제에 세계 최초로 해답을 제시한 기술”이라며 “우리나라가 앞으로 독자 달 탐사 시대를 선도하는 전환점이 될 것”이라고 강조했다. 이 교수는 "통신·항법·전력 등 남은 과제가 있지만, 이 기술을 돌파구 삼아 하나씩 해결해 나간다면 한국의 달 탐사는 더 이상 꿈이 아니라 실행의 단계로 들어간다”고 말했다. 한국천문연구원 심채경 센터장은 “달 피트와 용암동굴은 과학·탐사 가치가 매우 높은 지역이다. 이번 성과는 그곳으로 들어가기 위한 기술적 장벽을 낮춘 의미 있는 진전”이라고 말했다. 한국항공우주연구원 장종태 책임연구원은 “달은 낮·밤 온도 차가 300도에 이르는 극한 환경이다. 이번 바퀴는 이런 환경에서도 견딜 수 있도록 정교하게 설계된 기술”이라며 “앞으로 실제 달 환경에서의 검증이 더욱 중요하다”고 강조했다. 연구는 KAIST 이성빈 박사과정생과 무인탐사연구소 조남석 대표가 공동 제1저자로 참여했다. 성과는 로봇 전문 국제 학술지 '사이언스 로보틱스 (Science Robotics)' 12월 호에 게재됐다. KAIST 김세권 교수, 김준서 석사과정, 무인탐사연구소 이건호·이승주 연구원, 한국항공우주연구원 장종태 책임연구원·심규진 연구원, 한국천문연구원 심채경 센터장, 한양대학교 서태원 교수가 공저자로 참여했다. 과학기술정보통신부 혁신연구센터사업(IRC), 이공분야기초연구사업, 우주항공청 탐색연구사업의 지원을 받아 수행됐다.