무인 우주정거장 관리할 자율비행 우주 벌 로봇 ‘범블’…3대 임무 수행 합격점

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▲무중력상태에서 자율 비행하는 우주벌 로봇인 ‘범블’(중앙)은 목표 미션 작동 테스트 과정에서 능숙하게 ISS를 탐색했다. 이 과정에서 실내 공기 순환용 ‘통풍구’로 지정된 위치를 컴퓨터 시각으로 검사해 이곳을 막고 있는 이물질(뒤집어진 우주인 양말 이미지로 된 인쇄물)을 찾았다. 범블은 막힌 곳을 없애기 위해 도움을 요청했다. 이어 카메라와 센서로 고해상도 3D 지도를 구축해 ISS 내 일본 탐사 모듈인 베이6에 대한 조사를 완료했다. 범블은 어수선한 케이블에 부딪혔다가 스스로 빠져나왔고 우주-지상 간 시뮬레이션 통신 장애에도 잘 대처했다. 궁극적으로는 우주-지상 연결 운영자들로부터 적시에 도움을 받지 못하는 시뮬레이션 상황에서도 이를 견뎌내며 목표 임무를 완수했다. (사진=나사)

미항공우주국(NASA·나사)은 향후 언젠가 달 궤도에 영구 우주정거장을 만들어 올리려 한다. 그리고 이를 화성으로 갈 중간 기착지로 삼게 된다. 이른바 게이트웨이(Gateway) 구상이다. 게이트웨이는 항상 우주비행사들이 거주하는 ISS와 달리 대부분 통과지점이 된다. 즉, 달 표면이나 화성으로 향하는 우주비행사들의 집결지가 될 것으로 보인다.

이 기지에는 항상 사람이 있을 필요는 없다. 로봇에게 관리를 맡기면 된다. 이 우주로봇은 ISS나 우주기지에서 인간이 없는 동안 공간을 깨끗이 하고 기능을 유지하는 작업을 담당한다.

나사가 지난 2019년 한차례 소개한 이래 꾸준히 개발해 오던 우주 벌(astrobee) 로봇 ‘범블(BUMBLE)’의 미션 수행 동영상을 지난 13일(현지시각) 공개했다. (맨 아래 참조)

앞서 ISS에 갔던 휴머노이드 우주로봇(아스트로봇)인 로보넛2(R2)이 고정식이었다면 범블은 벌처럼 ISS 통로 공간을 자율비행하면서 다양한 기능을 수행한다.

◆범블, 무인 우주정거장과 우주 기지 관리하기 위한 관문 통과

▲ISS 내의 아스트로비 ‘범블’은 우주비행사가 없는 곳에서 이상 감지 활동을 함으로써 그곳에 없는 비행사들을 돕는다. (사진=나사)

▲범블은 ISS에서 자율적으로 돌아다닌다. (사진=나사)

▲범블은 ISS 내부 3D 지도도 작성할 수 있다. (사진=나사)

나사는 달 궤도 우주정거장이 될 게이트웨이에는 1년 중 총 6주 동안만 승무원이 승선하게 하고 나머지 기간 중에는 비워둘 생각이기에 더욱 긴요하다. 사람이 없더라도 우주기지는 항상 안전하고 따뜻하고 공기가 가득 찬 공간을 제공하면서 언제라도 우주 비행사를 맞이할 준비가 돼 있어야 하기 때문이다.

작은 정육면체(큐브) 모양의 로봇 우주벌인 ‘범블’이 그 역할을 떠맡는다. 빈 우주정거장을 관리하는 우주기지 관리인이 되는 셈이다.

우주기지 관리 미션 수행 테스트 과정에서 범블은 ▲가장 중요한 공기 순환 통풍구 유지 관리 및 유사시 경고 ▲고해상도 선내 3D 지도 제작 같은 우주기지 관리용 위치정보 구축 ▲우주-지상 간 통신지원 불능(시뮬레이션 상황)시 제반 상황 처리 등 필수 기능 테스트를 성공적으로 수행했다.

범블은 우선 능숙하게 ISS 선내를 탐색해 실내 공기 순환에 사용되는 ‘통풍구’로 지정된 위치를 찾았고, 컴퓨터 시각을 이용해 통풍구를 막고 있는 이물질(우주인 양말 모양 인쇄 이미지)을 찾았다. 범블은 통풍구가 막힌 것을 발견하고 이를 해소하기 위해 도움을 요청했다. 막히거나 뚫린 곳을 찾아내고 대응하는 기능은 매우 중요하다. 선내 이산화탄소 농도가 높아지거나 운석으로 선체가 구멍 나는 상황이 발생했을 때에도 적용될 기능이다.

다음 테스트에서 범블은 ‘고해상도 3D 지도’를 만드는 것으로 우주정거장의 ‘일본 탐사 모듈’인 ‘베이 6’에 대한 조사 임무를 완료했다.

범블은 또한 이 과정에서 산만한 케이블에 부딪치고 스스로 헤쳐 나오는 모습, 그리고 시뮬레이션된 우주-지상 간 통신 중단 상황을 견디며 대처하는 모습을 보여주었다.

이 로봇은 궁극적으로 지구상 운영자들로부터 적절한 시점에 도움을 거의 받지 않고도 견뎌내면서 목표 임무를 완수했다.

범블은 무중력(미소중력) 상태에서 전기팬으로 비행한다. 스스로 자율비행하기도 하고, 우주에서, 또는 지구상의 통신 제어를 받아 작동하기도 한다. 스스로 벽에 있는 충전기에서 충전해 작동한다.

◆무인 상황서 물리적 개입이 필요한 우주기지 내 모든 관리 책임

▲범블에는 특수 카메라와 항법 센서가 탑재돼 있어 선내를 돌아다니며 3D 지도를 만든다. (사진=나사)

▲아스트로비 ‘범블’은 ISS 내의 공기 통풍구가 막힌 곳(이처럼 뒤집힌 양말 모양의 프린트물로)을 찾아내고 비행사들에게 알린다. (사진=나사)

나사의 이번 프로젝트는 유명한 SF 작가 아이작의 이름을 따 아이작(ISAAC)으로 붙였다. 이는 ‘자율 및 적응 관리 통합 시스템(Integrated System for Autonomous and Adaptive Caretaking)’의 약자다.

이 프로젝트의 목표는 우주정거장에 이미 탑재된 자율 시스템, 즉 생명 지원 시스템, 전원 시스템 등이 자율, 또는 반자율 이동식 로봇과 협력해 물리적 개입이 필요한 모든 상황을 관리하는 것이다.

나사는 이른바 ‘소형 운석 타격’으로 우주기지 선체에 구멍이 생길 경우를 예로 들고 있다. 즉, 게이트웨이 선체가 운석을 맞아 우주선에 구멍이 생기면 이를 찾아 패치를 잡고 두들겨 막는 방법밖에 없다. 즉, 물체 주변으로 이리저리 움직이며 조작할 수 있는 로봇 시스템이 필요해진다.

이 우주벌은 비록 작은 팔을 가지고 있어도 실제로는 그렇게 많은 조작을 하도록 만들어지지는 않았고, 분명 해당하는 도움이 필요할 것으로 보인다.

◆휴머노이드 R2, 연내 ISS에 가세

▲달 궤도에 구축될 ‘게이트웨이’ 일러스트. (사진=나사)

▲GM과 나사가 함께 만든 로보넛2(R2). 두발이 부착돼 연내 ISS로 보내질 예정이다. (사진=나사)

범블을 지원할 로봇 지원군은 휴머노이드인 로보넛2(R2)가 될 것으로 보인다.

현재 두 다리를 추가하기 위해 지구에 와있는 R2는 연내 ISS로 귀환해 성능 테스트를 받게 될 전망인데 범블의 작업도 돕게 될 것으로 보인다.

R2가 두 다리로 ISS를 돌아다니게 되면 우주비행사들이 하는 것과 같은 많은 일들을 매우 천천히 그리고 조심스럽게 할 수 있게 된다.

그것은 언제나 R2의 목표 중 하나였다. 다만 R2는 ISS에서는 우주 비행사와 함께 일하게 되겠지만 게이트웨이에서는 허드렛일을 하게 될 것으로 보인다.

아이작 프로젝트에는 기타이의 팔(GITAI’s arm)처럼 더 많은 로봇들이 가세해 ISS에서 테스트 받게 될 것이다.

잠재적으로 아이작 프로젝트에 참여할 수 있는 로봇도 더 있다. 아이작 팀은 현재 ISS에서 2단계 시험을 진행하고 있다.

나사 팀은 ISS를 방문하면서 무인 우주정거장과 무인 우주화물선 사이에서 여러 로봇들을 관리하는 데 초점을 맞추고 있다. 이 팀은 이러한 새로운 변수를 사용해 아이작을 테스트하는 것 외에도 개선된 운영자 인터페이스를 추가해 우주선-로봇 시스템 관리를 단순화하고 있다.

▲기타이의 로봇팔. (사진=기타이 테크)

나사 팀은 마지막 세 번째 테스트 단계에서 모의 실내 공기 누출이나 화재와 같은 훨씬 더 어려운 고장 시나리오를 던지고 이러한 시뮬레이션 위기 대응 시 발생하는 이상에 대응할 더욱 강력한 기술을 개발하게 된다.

ISS와 게이트웨이는 모두 인간이 필요할 때마다 개입할 수 있을 만큼 지구에 가깝다. 하지만 아이작 프로젝트는 장기적으로 지도하의 자율성이든 완전한 원격 작동이든 간에 화성 탐사에 필요한 수준으로 로봇 자율성을 높이는 방향으로 나아가고 있다.

이상적으로 말하자면 인간이 화성에 도착할 때쯤 모든 기지가 미리 마련돼 준비를 갖추면 좋을 것이다.

나사의 범블과 R2, 그리고 기타이의 팔까지 다양한 로봇은 인간의 우주개척에서의 양상이 점점 더 상상으로만 여겨진 SF 영화나 소설에서 보던 모습과 비슷해지고 있다는 것을 보여준다.

아래 동영상은 우주벌 ‘범블’의 ISS 내 작동 모습을 보여주는 동영상이다.

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