일본산업뉴스요약

Start Up Innovation / Science
‘잠수 로봇’ 스스로 항해 및 충전
가와사키중공업, 전용 선박 등 필요 없도록 개발

-- 자율항해 하면서 파이프라인 점검 --
가와사키(川崎)중공업이 개발 중의 무인잠수함(AUV)에 전세계 에너지업체들이 뜨거운 관심을 보이고 있다. 개발 중인 AUV는 자율항해 하면서 해저의 파이프라인 상태를 조사, 배터리가 거의 다 되면 자동으로 충전 스폿(Spot)에 복귀한다. 이러한 모습은 마치 로봇청소기와 흡사하다. 전용 선박이나 전문 조종원이 필요 없어 점검 비용이 기존의 3분의 1로 줄어든다. 가와사키중공업은 2020년까지 상업화하는 것을 목표로 하고 있어, 곧 이 AUV가 세계 바다에서 활약하는 모습을 볼 수 있게 될 전망이다.

2017년 11월, 밝은 노란색으로 칠해진 긴 타원형 모양의 AUV 시작기가 영국 스코틀랜드의 포구에서 잠수를 시작했다. 이 지방 특유의 이탄(Peat)으로 인해 바다 안은 탁하고 해류도 빠르다. 그럼에도 불구하고 AUV는 스스로 충전 스폿에 복귀, 도킹에 성공했다.

현장 관계자들에 따르면 이 순간을 모니터로 관찰하던 메이저 석유사 관계자들로부터 박수가 터져 나왔다고 한다. AUV사업추진부의 사카가미 부장은 “반신반의였던 메이저 석유사 관계자들이 지금은 판매를 위해 찾아가면 ‘와줘서 고맙다’라며 반겨준다”라며 미소를 지었다.

-- 잠수함 기술로 --
해전 유전이나 가스전에서 나온 자원을 이동시키는 파이프라인은 해저 수 백~수 천 미터 지점에 설치되어 있다. 높은 수압으로 인해 파손 및 부식 가능성도 높아 정기적으로 상태를 점검해야 할 필요가 있지만, 매우 어둡고 전파도 이용할 수 없는 환경에서의 작업은 어려움이 많다.

현재는 ‘ROV’라고 하는 원격조종 무인잠수기를 이용하는 방법이 주류이다. 전문 조종원이 탄 모체 선박과 ROV는 케이블로 연결되어 있으며, 조류로 인해 선박이 떠내려가지 않도록 고정해주는 장치가 설치된 전용 선박도 필요하다. 이러한 선박의 이용 요금은 1일 1,000만엔이라고도 알려져 있다.

케이블로 연결되어 있기 때문에 작업 범위도 제한적이다. 한 구역에서 작업이 끝나면 일단 ROV를 끌어올려 모체 선박이 함께 이동, 다른 구역에서 다시 ROV를 잠수시키는 작업을 반복해야 한다. AUV는 ROV가 가진 많은 단점들을 보완할 수 있을 것으로 기대를 모았지만, 기술적인 과제들이 많아 현실적이지 못하다는 의견도 많았다.

가와사키중공업은 오랜 기간 방위성용 잠수함을 제조해온 기업으로, 그 기술은 세계 최고 수준이었지만 시장이 한정적인 것이 큰 고민이었다. 이를 해결하기 위해 가와사키중공업은 “AUV는 압력 관리와 수중에서의 전기 기술 등 잠수함 기술들을 여러 부분에서 활용할 수 있다”(사카가미 부장)이라고 판단했다.

하지만 시작기 제작까지 어려움도 많았다. 그 중 하나가 충전이다. AUV의 충전 방법은 작업 범위와 효율성에 영향을 준다. 가와사키중공업은 비접촉 충전 방식을 택했다. 수중에서 커넥터를 이용해 충전하는 것은 기술적으로 어렵고 위험하기 때문이다.

하지만 당시 바다 속에서 AUV의 활동에 필요한 대용량 전력을 비접촉으로 충전하는 방법은 개발되지 않았다. 가와사키중공업은 운송기기제조사와 공동으로 독자적인 기술 기발에 착수. 5kW로 공급된 전력의 90%를 저장할 수 있는 충전 시스템 개발에 성공했다. 풀 충전으로 연속 8시간의 활동이 가능하다.

또한 “충전 타이밍과 그 장소를 검토하는 과정에서 로봇 청소기의 발상이 나왔다”. 모체 선박에서 100m 정도 아래 지점에 충전 스테이션을 늘어뜨리고 그곳까지 AUV가 스스로 올라와 충전. 2시간 정도 풀 충전한 다음 다시 점검 작업을 하러 해저로 향하도록 했다.

-- 독자적 통신 방법 개발 --
바다 속은 해면보다 물의 움직임이 완만해 충전의 위험성이 적다. AUV를 해면 위까지 끌어올릴 필요도 없어 작업의 효율성도 높아진다. AUV는 점검 중에 모체 선박이 이동해도 충전 스테이션의 위치를 스스로 찾아낸다. 모체 선박이 움직이지 못하는 ROV와는 달리 다음 작업 구역으로 원활한 이동이 가능하다.

모체 선박과 AUV 간의 통신 방법도 독자적으로 개발했다. 전파가 닿지 않는 바다 안에서는 통상적으로 음파를 이용해 통신한다. 하지만 데이터 전송 속도가 느려 사진 1장 보내는데 수 분이 걸린다. 이를 해결하기 위해 가와사키중공업은 청색 레이저 등을 이용해 충전과 동시에 데이터를 송신하는 방법을 개발. 매초 50메가비트로 데이터 통신이 가능하다.

제일 난관은 수류가 있는 바다 속에서 이루어지는 충전 스테이션과 AUV의 도킹 기술이었다. 이 기술 개발에서 참고한 것은 조난당한 잠수함으로부터 승조원을 구조하는 심해 구조정 기술이었다. 구조정은 잠수함의 해치에 안전하게 도킹하기 위해 잠수함으로부터의 신호를 토대로 가까이 다가가 해치 위로 착지한다.

가와사키중공업의 AUV는 음향 신호를 따라 충전 스테이션에 설치된 폴(Pole)에 접근. AUV의 정면에 장착된 로봇 팔이 폴을 잡아 스테이션의 LED신호를 활용, 위치를 조정하면서 도킹한다.

현재 가와사키중공업은 상업화를 위해 파이프라인 등을 점검하기 위한 센서가 탑재된 로봇 암을 AUV에 장착하는 기술과 자동으로 파이프라인을 따라 이동할 수 있는 소프트웨어를 개발 중이다.

가와사키중공업은 AUV를 판매하는 것이 아닌 석유회사 등을 대상으로 탐사를 대행하는 비즈니스를 상정. 연간 100억엔 규모의 사업으로의 성장을 기대하고 있다. 잠수함 설계팀은 사내에서도 우수한 기술자들이 모여있다. 잠수함 수출이 어려운 가운데 AUV는 일본의 높은 기술력을 활용한 방책으로도 주목 받을 것으로 보인다.

 -- 끝 --