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1844년 프랑스 작가 알렉상드르 뒤마의 소설 ‘삼총사’에서 주인공들은 ‘모두는 하나를 위해! 하나는 모두를 위해!’를 외쳤다. 머지않아 달에서도 삼총사가 활약하는 모습을 볼 수 있을 것으로 보인다. 사람이 아닌 로봇 삼총사이다.
독일과 스페인 과학자들이 달에서 용암 동굴을 탐사할 협력 로봇들을 개발해 지구의 화산에서 기능을 실증하는 데 성공했다. 로봇 두 대는 네 다리와 바퀴로 이동하면서 동 마이너스통장 대출 굴 입구를 탐사했다. 지하 탐사 로봇은 다른 로봇이 내린 줄을 타고 지하로 내려갔다.



달 용암 기자 탐사 로봇 삼총사 중 하나인 코요테Ⅲ. 다른 로봇이 내린 줄을 타고 동굴 안으로 내려가 탐사한다./DFKI



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◇달 유인기지 세울 용암 동굴 탐사
스페인 말라가대 산업공학과의 카를로스 페레스-델-풀가르(Carlos Pérez-del-Pulgar) 교수 연구진은 “스페인 란사로테(Lanzarote)섬의 용암 동굴에서 탐사 로봇 3종이 협력해서 임무를 할 수 있음을 입증했다”고 14일 국제 학술지 좋은회생출발 ‘사이언스 로봇공학’에 밝혔다.
인류는 1972년 아폴로 17호 이래 중단된 유인(有人) 달 탐사를 재개했다. 미국은 아르테미스 프로그램으로 2027년까지 달에 우주인을 내려보내겠다는 계획이다. 한 번 착륙에 그치지 않고 우주인이 장기 거주할 기지도 세울 계획이다. 중국과 러시아도 달 기지를 세우겠다고 했다.
스페인 연구 야간수당계산법 진이 용암 동굴을 로봇으로 탐사하려는 것은 그곳이 유인 달 기지를 세우기에 가장 좋기 때문이다. 달은 대기가 없어 지구보다 150배나 강한 방사선에 그대로 노출된다. 운석도 수시로 떨어진다. 용암 동굴은 그런 위험을 막아줄 수 있다. 달 표면은 낮에 섭씨 127도까지 올라갔다가 밤에는 영하 173도까지 떨어지지만, 동굴은 온도가 안정적으로 유지된다.
담보조사수수료연구진은 용암 동굴의 입구인 스카이라이트(skylight)를 찾고 그 안을 탐사하는 로봇 3종을 개발했다. 스카이라이트는 동굴 천장이 함몰되어 생긴 구멍을 말한다. 동굴 내부로 빛이 들어온다고 그런 이름이 붙었다. 먼저 셰르파티티(SherpaTT)는 네 다리로 움직이며 지표면을 탐사한다. 루브미-엑스(LUVMI-X)는 화물을 운반하는 로버(이동형 로봇)이다. 마지막으로 코요테Ⅲ은 동굴 내부를 탐사한다.
용암 동굴은 달이나 화성 탐사 임무에서 인간의 피난처가 될 수 있지만, 지하 동굴에 들어가 탐사하는 일은 매우 위험하다. 과학자들은 우주인이 들어가기 전에 로봇을 먼저 보내 탐사하고 내부 지도를 만들 계획이다. 스페인 연구진은 이번에 실제 동굴에서 그 가능성을 입증했다.







◇줄 타고 내려가 동굴 내부 탐사
과학자들은 이미 달에서 용암 동굴을 찾았다. 지난해 이탈리아 트렌토대 연구진은 미 항공우주국(NASA·나사)의 달정찰위성(LRO)이 보내온 레이더 관측 자료를 분석해 ‘고요의 바다(Mare Tranquilitatis)’ 지역에서 지하 용암 동굴로 이어지는 입구를 찾았다고 국제 학술지 ‘네이처 천문학’에 발표했다. 달 지하에 동굴이 있다는 것은 50년 동안 이론으로 제기됐지만 실제로 확인된 것은 그때가 처음이었다.
이번에 먼저 셰르파티티와 루브미-엑스 로버가 지하 동굴 입구 주변을 탐사하고 지도를 만들었다. 코요테Ⅲ은 지표 투과 레이더(GPR)로 용암 동굴을 내부 모습을 알아냈다. 다음은 지하 탐사다. 루브미-엑스는 초소형 위성인 큐브샛과 유사한 작은 정육면체 탐사체를 동굴 안으로 발사해 동굴 입구의 3D(입체) 지도를 만들었다.
마지막 단계는 직접 동굴 안을 탐사하는 과정이다. 로봇 삼총사는 동굴 입구 3D 지도를 바탕으로 하강을 위한 최적의 경로를 세웠다. 코요테Ⅲ은 가장 큰 로봇인 셰르파티티에 고정된 상태로 동력을 공급받으며 줄을 타고 내려갔다. 코요테Ⅲ은 동굴 바닥에서 줄을 분리하고 용암 동굴 내부를 235m 이동하며 3D 지도를 만들었다.
이번 논문의 제1 저자는 독일 인공지능 연구센터(DFKI)의 라울 도밍게즈(Raúl Domínguez) 연구원이다. DFKI 컨소시엄은 유럽위원회(EC)의 지원을 받아 달의 용암 동굴을 탐사할 로봇을 개발했다. 연구진은 앞으로 로봇 삼총사의 기능을 더 발전시키겠다고 밝혔다. 페레즈-델-풀가르 교수는 “로봇이 대규모 동굴 시스템을 탐사하려면 지표면 장비와의 무선 통신을 유지하는 것이 주요 과제”라고 설명했다. 무선통신용 주파수의 전파는 암석 속을 통과하지 못하기 때문이다.



로봇개 스팟이 화성 지형과 비슷한 지하 동굴을 탐색하는 모습./NASA


◇로봇 개들도 지상서 동굴 탐사 시험 끝내
스위스 취리히 연방공대(ETH)의 마르코 후터(Marco Hutter) 교수는 이날 네이처에 “인간 전문가들이 팀을 이뤄 다양한 기술들을 총동원하는 것처럼, 로봇들도 서로를 보완하며 임무를 수행할 수 있다”고 말했다.
스페인 연구진은 2021년 미국 방위고등연구계획국(DARPA)의 지하 탐색 로봇 경진대회에서 영감을 얻었다고 밝혔다. 대부분 팀이 바퀴 달린 로버와 네 다리로 움직이는 로봇, 드론(무인기) 등 다양한 유형의 로봇을 함께 운용했다. 당시 대회에서 후터 교수가 개발한 사족보행 로봇 애니말(ANYmal)이 1위를 차지했다.
나사는 이미 달과 화성의 유인 기지 건설에 대비해 지구의 용암 동굴에서 로봇을 훈련하고 있다. 나사 제트추진연구소는 2021년 미국지구물리학회 연례 학술대회에서 바퀴 달린 탐사 로버를 대신해 달과 화성의 거친 지형과 동굴 등을 탐험할 로봇 개를 공개했다. 현대자동차 계열사인 미국 보스턴 다이내믹스가 개발한 사족보행 로봇 스팟(Spot)을 화성 탐사용으로 개조한 것이다. 자율(Autonomous) 보행이 가능하다고 ‘Au-스팟’이라는 이름이 붙었다.
그동안 화성 탐사는 오퍼튜니티, 큐리오시티 같은 로버가 맡았다. 하지만 바퀴로 움직이는 로버는 평평한 땅만 이동할 수 있었다. 과학자들이 탐사하려고 하는 지형은 대부분 거칠고 지표면 아래에 있다. 나사 과학자들은 스팟은 지하로 걸어 내려가고 넘어져도 다시 일어설 수 있어 화성의 거친 지형을 탐사하는 데 안성맞춤이라고 밝혔다.
참고 자료
Science Robotics(2025), DOI: https://doi.org/10.1126/scirobotics.adj9699
Nature Astronomy(2024), DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-024-02302-y
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