[논문]생체모방형 수중로봇의 해양작전 운용개념 및 핵심소요기술

이기영

doi:10.9766/kimst.2015.18.2.189

생체모방형 수중로봇의 해양작전 운용개념 및 핵심소요기술
Applications and Key Technologies of Biomimetic Underwater Robot for Naval Operations 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.18 no.2, 2015년, pp.189 - 200

이기영 (해군사관학교 기계조선공학과)

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This paper gives an overview on the some potential applications and key technologies of biomimetic underwater robot for naval operations. Unlike most manned underwater naval systems, biomimetic underwater robots can be especially useful in near-land or harbour areas due to their ability to operate in shallow water effectively. Biomimetic underwater robot provide advantages in reaching locations that would be difficult or too dangerous for a manned vehicle to reach, as well as providing a level of autonomy that can remove the requirement for dedicated human operator support. Using multiple or schools of underwater robots would provide increased flexibility for navigation, communication and surveillance ability. And it alleviate some of the restrictions associated with speed and endurance design constraints.

주제어

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문제 정의

본 논문은 생체모방형 수중로봇을 아 해군의 유인 플랫폼의 접근이 거부된 연안 해역에서 원격센서로 은밀하게 작전반경을 확장시키는 유용한 수단으로 해양 작전에 활용할 수 있는 운용개념들과 이를 구현하기 위한 핵심 기술들을 제시하였다. 생체모방 수중로봇은 대부분 1 m 내외의 소형급 수중로봇으로 해양작전 임무 수행에 요구되는 항속시간과 탐지능력이 현재의 기술수준으로는 매우 제한적이다.
이에 본 논문은 서해 연안과 같은 천해 및 극천해 해역과 서해 5도 해역과 같이 북한의 수중 침투 전력이 밀집한 지역에 대한 은밀 감시 정찰 도구의 확대 필요성 제기되고 있는 이때에 생체모방형 수중로봇의 특장점을 활용한 원격센서로의 운용 등 생체모방형 수중로봇 시스템 및 기술의 군사적 활용 방안을 제시하였다. 즉, 물고기모양 수중로봇을 포함한 생체모방형 수중로봇의 개발 동향 분석을 통하여 한반도 해양작전 환경에서 우리 해군의 의미 있는 작전 요소로 진입할 수 있는 해양작전에의 운용개념 및 이의 효과적 운용방법과 이들 시스템 개발에 요구되는 핵심기술들을 제시하였다.

제안 방법

특히 물고기 로봇 연구는 세계 최고 수준에 도달한 것으로 알려져 있다. 베이징대에서 개발한 SPC-II와 SPC-III는 통상적인 자율무인잠수정 형상에 물고기의 꼬리지느러미로 추진하는 보다 실용적인 형상으로 탑재된 카메라로 수중 유물을 촬영하고 수중지도 제작에 활용하였다. 이외에 아시아 국가로는 싱가포르가 다양한 형태의 해양생물 모방 수중로봇의 연구개발이 활발하다.
이에 본 논문은 서해 연안과 같은 천해 및 극천해 해역과 서해 5도 해역과 같이 북한의 수중 침투 전력이 밀집한 지역에 대한 은밀 감시 정찰 도구의 확대 필요성 제기되고 있는 이때에 생체모방형 수중로봇의 특장점을 활용한 원격센서로의 운용 등 생체모방형 수중로봇 시스템 및 기술의 군사적 활용 방안을 제시하였다. 즉, 물고기모양 수중로봇을 포함한 생체모방형 수중로봇의 개발 동향 분석을 통하여 한반도 해양작전 환경에서 우리 해군의 의미 있는 작전 요소로 진입할 수 있는 해양작전에의 운용개념 및 이의 효과적 운용방법과 이들 시스템 개발에 요구되는 핵심기술들을 제시하였다.

성능/효과

해양작전과 같이 광대한 해역에서의 작전은 임무영역이 넓고 복잡하여 생체모방형 수중로봇과 같은 소형로봇은 제한된 탑재 센서 및 동력 등으로 임무수행 능력에 한계가 있다. 따라서 유인플랫폼과 상호 연동된 협동작전을 구사하거나 복수의 군집지능 로봇을 활용하는 것이 보다 효율적이고 안정적이다. 즉, 유인 플랫폼과 연동하여 다수의 로봇이 동시에 임무를 수행함으로써 감시, 정찰 및 수색에 요구되는 임무 수행시간을 단축시키고 환경변화나 로봇의 고장 등과 같은 내부의 변화가 존재하는 가변 상황에서도 임무 실패확률을 낮출 수 있으며, 동시에 넓은 지역에서의 보다 효율적으로 임무 수행이 가능해 진다^[30-32].

후속연구

6). 또한 소형폭탄을 탑재한 휴대용 소형공격무기로의 활용과 적 함정 등 목표물의 탐지, 식별, 추적을 위한 태깅 수단으로의 활용 등 보다 공세적인 활용방안을 고려할 수 있다.
또한 유인 플랫폼 접근이 용이하지 않은 해역에서의 조사·식별 임무, 특수재난지역의 정찰임무 등 인간의 접근 자체가 극히 위험한 해역과 적 해역에서의 해양 정보수집, 특수작전지원 그리고 아군 전력의 거부해역에서의 기뢰탐색 임무에 활용할 수 있다.
7). 물고기 로봇과 같은 소형로봇 이동모함으로 보다 대형의 무인잠수정 혹은 무인수상정을 중간 모선으로 활용하여 이들 플랫폼들을 외부 혹은 내부에 탑재하여 임무해역으로 은밀 수송한 후 진수시켜 임무를 수행하는 모선-자선 수중로봇 시스템(mother-son underwater robot system)을 제안할 수 있다. 중간 모선은 수대～수십 대의 저가형 생체모방 수중로봇을 탑재하여 임무 지역으로 수송하며, 소형 수중로봇의 통신중계 플랫폼, 전력공급 기지, 정보 전달 및 재임무 부여 등의 역할을 수행한다.
우리나라의 생체모방 수중로봇은 학계와 연구소를 중심으로 수중생물의 유영메커니즘을 모방하고 해석하는 수준의 연구가 개별적으로 진행되어 왔다. 생산기술연구원의 물고기형 수중로봇 익투스는 하천의 수중환경 모니터링 센서로 활용할 계획이지만 임무에 적합한 탑재센서의 개발과 병행하면 군에서도 유용하게 활용할 수 있을 것이다. 최근 해양과학기술원에서 개발하고 있는 원격제어 해저보행 수중로봇 CR200은 해저면에 밀착하여 보행하는 개념으로 연안에서의 해저 조류의 극복하면서 기뢰를 탐색 가능성을 제시해줄 수 있다고 판단된다^[25,26].
생체모방 수중로봇은 제한된 적 지역 내 아군 임무 수행 예정 해역의 오염도, 염도, 유속, CTD 등의 해양정보와 음향정보 수집에도 유용할 것으로 판단된다. 평시에는 적 해역의 해양환경 정보인 해저지형, 암초, 해류 및 조류분포 등의 해양정보수집을 은밀하게 수행할 수 있다.
생체모방 수중로봇의 해양작전에의 적용은 가까운 미래에는 어려울 것이라는 것이 보편적인 판단이며 적어도 향후 20～30년이 더 소요될 것으로 예측된다. 이는 기술적 난제들을 해결해 나가는데 많은 시간과 노력이 필요함과 더불어 많은 연구개발에도 불구하고 수중로봇의 군사적 활용에 대한 아직 충분하지 않은 확신으로 인한 심리적 거부감을 극복하는 것도 중요한 과제이다.
생체모방형 수중로봇은 생체모방형 수중로봇만이 지니고 있는 특장점을 활용하면 기존의 유인플랫폼기반의 감시시스템 기능 중 은밀하고 은폐된 지역에 대한 적침투 징후 탐지에 운용할 수 있을 것으로 판단된다. 즉, 작전지역 내 유인플랫폼 접근이 어려운 수심과 수중지형에서 인간이 수행하기 어려운 상시감시가 가능하므로 잠수정, 수영자 이송정, 적 잠수요원등 의 수중침투 징후를 조기에 경보할 수 있다.
생체모방형 수중로봇의 구현은 아직은 수중생물의 유체역학적 제어면의 이용 정도에 머물러 있는 수준으로 수중생물의 제어면 자유도와 비교하면 그 성능은 대단히 제한적이다. 하지만 적절한 인공근육과 신경과학기반의 제어면의 개발은 향후 상당한 기술적 도약이 있을 것으로 판단된다.
이러한 기술들은 1 nV/m급의 수중전기장센서, 10 nT급의 자기장 탐지센서 등의 첨단센서의 개발과 함께 소형수중로봇의 탑재센서와 프로세서의 크기와 중량의 제한을 크게 완화시켜 줄 수 있는 유망한 기술들이다^[51-53]. 현재의 초소형 센싱 기술은 수동형의 단순 접촉 혹은 비접촉 감지 수준이나, 향후 능동형 다중 접촉 및 비접촉 물리량을 감지할 수 있는 수준으로 발전시켜 나갈 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	우리나라의 어떤 지형 특징이 해양으로부터의 침투에 취약하게 만드는가?	삼면이 바다인 한반도의 지형 특성상 연안에는 주요 군사시설 뿐 아니라 국가의 기반시설들인 항만, 원자력발전소, 석유 및 가스 저장시설 등과 해상교량을 비롯한 여러 가지 해양플랫폼이 위치하고 있어 비정규전시 해양으로부터의 침투에 의한 비대칭 공격에 상당히 취약하다. 더욱이 육지에 근접한 연안 해역에서의 해양작전은 대양과 근해의 전환해역이면서 모든 해상세력의 출발지점이면서 도착지점이 되므로 가장 위험한 작전환경에 노출될 수 있다.
	어뢰형태의 무인잠수정이 갖는 장점은 무엇인가?	현재 국내외에서 개발 중인 대부분의 군사용 수중로봇은 어뢰형태의 무인잠수정이다. 어뢰형은 유체저항을 최소화하고 추진속도를 극대화하여 넓은 지역의 임무수행이 가능한 장점을 가지고 있다. 우리나라의 경우에는 심해의 수중탐사를 위한 수중로봇이 해양과학기술원과 같은 연구기관을 중심으로 개발되는 등어느 정도의 기술 성숙을 이루어 가고 있으나, 극천해역에 적합한 수중로봇 기술 개발은 상대적으로 출발이 늦었다.
	대한민국 해군에서 자율무인잠수정 개발이 시작된 개기는 무엇인가?	우리 해군에서는 2006년 정찰용 무인잠수정 운용개념을 검토하여, 2008년에 합동개념요구능력서에 수록 하였다. 2011년에는 신개념기술시범사업의 일환으로 수중탐색용 자율무인잠수정 개발이 시작되어 해양작전에의 활용을 모색하고 있다. 이제는 정부차원의 신무기체계 투자 확대 정책의 일환으로 국방무인로봇 기술 개발 전략을 수립 시행하고자 하는 의지와 발맞추어 우리 군에서도 수중로봇 등의 무인체계를 활용한 작전운용 개념을 정립하고 이에 요구되는 기술들을 개발해야할 중요한 시점에 와있다[1-4].

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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