산업기술/제조/경영

Nikkei Business_2018.7.9 테크노 트렌드 (p60-62)

해저 4,000m의 지도 제작 경쟁
해저 무인탐사에 도전하는 '팀 쿠로시오'

올 가을에 수심 4,000m의 해저를 무인 탐사하는 국제 레이스에 일본의 ‘Team KUROSHIO’가 도전한다. ‘팀쿠로시오’에는 8개의 연구기관 및 기업의 정예가 모여 탐사기 운용이나 통신기술의 고도화를 추진한다. 달표면이나 화성표면에 비해 선명하지 못한 지도밖에 없는 심해저에는 큰 비즈니스 기회가 잠들어 있다.

올 가을에 수심 4,000m의 해저에서 또 다른 ‘월드컵’ 결승전이 열린다. 미국 엑스프라이즈재단이 주최하는 무인 로봇에 의한 해저탐사레이스 ‘Shell Ocean Discovery XPRIZE’다.

상금 총액은 700만 달러. 참가한 총 32개 팀 중에 9개 팀이 예선을 통과했다. 예선을 통과할 팀 중에 유일한 아시아 팀이 8개 기관 및 기업의 정예가 집결한 일본 대표 ‘팀쿠로시오’다. 공동대표를 맡고 있는 해양연구개발기구(JAMSTEC)의 오오키(大木, 32) 씨는 “우리들의 기술이 세계에서 어디까지 통용될지 확인하고 싶다”라고 말한다.

승부를 결정하는 것은 각 팀이 제작하는 심해 지형도의 넓이와 정밀도다. 그러나 엑스프라이즈재단이 정한 룰을 클리어하는 것은 정말 어려운 일이다.

결승에서는 해중(海中) 탐사기를 수심 4,000m의 해저로 보내서 넓이 약 500㎢의 해역을 조사한다. 도쿄 23구(627㎢)보다 약간 작은 범위다. 이 500㎢의 해역 중 최저 250㎢ 이상의 지형을 24시간 이내에 탐사하고, 그 후 48시간 이내에 데이터로 지형도를 만들어 제출해야 한다. 도중에 해양생물, 해저화산, 침몰선 등의 사진 등도 촬영해야 한다.

▶엑스프라이즈(결승)의 개요
•2018년 10월~11월에 9개 팀이 참가
•수심 4,000m에서 24시간 이내에 250㎢이상의 범위의 해저 지형 데이터를 수집하고, 그 후 48시간 이내에 데이터를 바탕으로 해저 지형도를 제작
•탐사기재는 40피트 컨테이너 하나에 들어갈 수 있도록 한다
•사람은 해상에 나가서는 안 된다
•상금 총액은 700만달러

심해 4,000m에서 탐사기에 가해지는 수압은 대기압의 약 400배로 태양 빛은 전혀 닿지 않는다. 전파는 해수 속에서 바로 감쇠하기 때문에 Wi-Fi는 물론 GPS도 사용할 수 없다. 레이스 환경은 우주공간보다도 과혹하다.

또한 팀 멤버가 해상에 나오는 것을 금지하고 있다. 조사 해역 근처의 육지에 진을 치고 인공위성 등을 경유하여 탐사기를 무선으로 제어하는 기술도 과제다. 지금까지의 해저 탐사에서는 모선에 있는 사람이 탐사기를 조종하는 것이 일반적이었다. 이번 레이스에서는 새로운 해저탐사 방식을 고안한 뒤에 실용에 견딜 수 있는 수준까지 높일 필요가 있다.

또한 모든 투입 기재를 40피트 컨테이너 하나에 수용하는 것도 조건이다. 컨테이너의 크기는 길이 약 12m, 폭과 높이가 각각 약 2.5m정도다. 무수한 탐사기를 사용하여 물량 작전을 전개할 수 없도록 하기 위한 룰이다. 탐사기 제어뿐 아니라 무선통신, 구조설계 등 폭넓은 기술이 요구되는, 해저 탐사의 월드컵이라고 불릴 만한 대회다.

-- 복수의 탐사기를 동시 운용 --
결승에서 요구되는 것은 규정 시간 내에 가능한 한 넓은 면적을 탐사하는 것이다. 속도를 높이면 1대의 탐사기로도 불가능한 것은 아니지만 “교환에 배터리의 소모가 극심하다”(오오키 씨). 그래서 팀쿠로시오는 1대의 해상 중계기(ASV)를 조사 해역에 띄우고 복수의 자율형 해중 탐사기(AUV)를 동시에 운용하는 전략으로 승리를 노린다.

심해저에는 전파가 닿지 않기 때문에 바다 속에서 자율이동하는 탐사기를 육상에서 직접 감시할 수 없다. 자동항행 중계기를 경유하여 운용하는 것이 현실적이라고 한다. 중계기는 조사 해역까지 탐사기를 ‘에스코트’하고, 회수하여 육지에 데리고 오는 역할을 담당한다.

열쇠를 쥐고 있는 것은 해중 탐사기의 성능 향상이다. 해수가 빛이나 전파를 차단하기 때문에 지형을 조사하기 위해서는 ‘음파’를 보내 반향을 분석할 필요가 있다. 그러나 탐사기와 해저가 떨어져 있으면 음파가 감쇠하기 때문에 정확한 데이터를 수집할 수 없다. 그 때문에 탐사기는 해저에서 수백m의 거리까지 잠항할 필요가 있다.

팀쿠로시오가 사용하는 것은 도쿄대학 생산기술연구소 등이 제공∙개조하는 해중 탐사기다. 이 탐사기는 원래는 2,000m급의 심해 탐사를 위해 만들어진 기체다. 결승에 도전하기 위해서는 내압 성능 등의 개량이 필요하지만 기체의 대형화는 룰에 저촉된다.

이 난제의 해결을 위해 노력하고 있는 사람이 야마하발동기에서 JAMSTEC로 파견 나온 신도(進藤) 씨다. 기계공학을 전공한 31살의 신도 씨는 “이륜차 설계에서 축적한 소형화 기술은 탐사기에도 응용할 수 있다”라고 말한다. 야마하발동기는 선박용 엔진 등을 전개하고 있지만 해중 탐사에 대해서는 신참이다. 젊은 기술자를 파견하여 배우게 함으로써 새로운 사업 영역을 발굴하려는 목적이 있다.

음파를 사용하여 전송할 수 있는 정보량은 전파와 비교하면 상당히 적다. 조류나 생물의 울음 소리 등 다양한 노이즈가 존재하는 바다 속에서 소리에만 의존하며 통신하는 일은 쉬운 일이 아니다. 그래서 나선 것이 KDDI총합연구소. 해저케이블 검사를 위해 해중 탐사기를 실용화한 연구원이 참가하여 소프트웨어와 수중 음향 통신의 고도화를 담당한다. 또한 육상과 해상 중계기를 연결하는 위성통신에서도 KDDI의 기술을 이용한다.

해상 중계기의 선체 개발의 경우는 미쓰이E&S조선, 기재 운용은 일본해양사업이 협력한다.

JAMSTEC의 오오키 씨 등 4명의 젊은 연구자가 엑스프라이즈에 대한 참가를 표명한 것이 팀쿠로시오의 원점이다. 각각의 소속기관이나 외부에 이해와 협력을 구하는 과정에서 동료들이 늘어나 현재는 8기관의 30명 이상이 머리를 맞대고 연구하고 있다. 약 3개월 후로 다가온 결승을 위해 급속도로 준비를 추진하고 있다.

▶팀 쿠로시오에 참가하는 8개 기관∙기업

-- 해저에 잠들어 있는 큰 사업 기회 --
올재팬 체제로 도전하는 결승전. 우승하면 명예와 상금을 획득할 수 있다. 그러나 팀쿠로시오가 목표하는 것은 더 앞의 미래다. 오오키 씨는 “원클릭 오션’이라는 말로 미래 구상을 표현한다.

엑스프라이즈재단에서 경쟁하는 기술이 완성된다면 사람이 육상에 남아 있는 상태에서 해저 탐사가 가능해진다. 컴퓨터로 ‘원클릭’하기만 하면 무인 로봇이 해저를 주행하면서 정보를 수집할 수 있게 되면 모선에 사람이 있어야 하는 지금의 방법과 비교하여 탐사 비용은 압도적으로 감소할 것이다. 지금까지 탐사가 이루어지지 못한 해역의 탐사도 분명 진전될 것이다. 미지의 해저 유전이나 열수광상을 개발할 가능성도 높아진다.

글로벌 석유회사 Royal Dutch Shell이 스폰서가 된 의미는 여기에 있다. 우수한 성적을 거둔 팀이나 기술을 확보한다는 목적도 있는 것 같다.

광물자원뿐이 아니다. 해저 지형이나 생태계 정보를 얻을 수 있다면 지속 가능한 어업이나 해양 개발을 실현할 수 있을 것이다. 학술연구 조사의 허들도 대폭 낮아진다. 오오키 씨는 “엑스프라이즈에서 얻은 성과는 8기관이 독점하지 않고 가능한 한 공개할 것이다”라고 말한다.

관측 기술이 발달하면서 달표면은 10m단위, 화성에서도 100m단위로 지형도를 그릴 수 있게 되었다. 한편, 해저 지형의 대부분은 1,000m단위로만 알 수 있다. 지금까지 달표면은 12명이 걸었지만 마리아나 해구의 챌린저 해연(Challenger Deep) 최심부에 도달한 사람은 3명뿐이다.

‘해저 지형은 아직 많은 부분이 미지다’라는 사실을 많은 사람이 알게 되면 탐사 기술을 활용할 기회도 많아질 것이다. 일본 주위에는 광대한 프런티어가 펼쳐져 있다. 팀쿠로시오의 도전은 주변의 ‘미지’를 재발견하는데도 도움이 될 것이다.

  -- 끝 --