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AI넷

[IEEE, 로봇, 해저를 방해하지 않고 해저에 가까이 다가가다] 로봇은 섬세한 수중 환경을 더 쉽게 연구할 수 있다.

박민제 | 기사입력 2025/01/22 [07:09]

[IEEE, 로봇, 해저를 방해하지 않고 해저에 가까이 다가가다] 로봇은 섬세한 수중 환경을 더 쉽게 연구할 수 있다.

박민제 | 입력 : 2025/01/22 [07:09]

 

로봇, 해저를 방해하지 않고 해저에 가까이 다가가다 로봇은 섬세한 수중 환경을 더 쉽게 연구할 수 있다.

 

 

해저 관찰은 다양한 깊이의 해저에 있는 종과 서식지를 파악하여 해양 시스템을 보호하는 데 중요한 역할을 합니다. 이는 주로 광학 이미징을 사용하여 환경 모델에 입력할 수 있는 고품질 데이터를 수집하고, 대규모 해양 관찰에서 소나를 통해 얻은 데이터를 보완하는 수중 로봇 에 의해 수행됩니다.

 

다양한 시나리오에서 해저 위에 떠 있는 평평하고 둥근 수중 로봇을 보여주는 이미지 그리드입니다.

 

수년에 걸쳐 다양한 수중 로봇이 시험되었지만, 많은 로봇이 산호를 파괴하고 퇴적물을 교란하여 지역 해저를 교란하기 때문에 해저 근처 관찰을 수행하는 데 어려움을 겪었습니다. 중국 하얼빈 공과대학의 강 왕과 그의 연구팀은 최근 해저 위에 떠서 지역 환경을 교란하지 않고 기동을 위한 특수 엔지니어링 프로펠러 시스템을 갖추고 있어 해저 작업에 더 적합한 기동형 수중 차량을 개발했습니다. 이러한 로봇은 해저를 연구하는 동안 해저를 더 잘 보호하고, 해양 생물 다양성을 보존하고 EV 배터리용 미네랄 과 같은 수중 자원을 탐사하기 위한 노력을 개선하는 데 사용될 수 있습니다 .

많은 수중 로봇은 바퀴가 달려 있거나 다리가 있지만, "이러한 로봇은 장애물과 경사로 인해 기능을 방해받을 수 있는 험난한 지형에서 상당한 어려움에 직면합니다."라고 왕은 말합니다. 또한 산호초를 손상시킬 수도 있습니다.

떠다니는 로봇은 이런 문제가 없지만, 기존 옵션은 상승하는 동안 추진기가 하향류를 생성하기 때문에 해저의 퇴적물을 교란합니다. 프로펠러의 후류로 생성된 파도는 대부분의 떠다니는 로봇에서 해저에 직접 부딪히면서 퇴적물이 바로 근처에서 움직이게 합니다. 디지털 또는 스마트폰 카메라 앞에서 먼지가 날리는 것과 비슷한 방식으로, 물 속을 움직이는 입자는 로봇의 카메라 시야를 가리고 캡처하는 이미지의 품질을 떨어뜨릴 수 있습니다. "이 문제를 해결하는 것은 우리 프로토타입의 기능적 성공과 엔지니어들 사이에서 수용성을 높이는 데 매우 중요했습니다."라고 왕은 말합니다.

 

 

더 나은 수중 로봇 설계

추가 조사 후, 왕과 나머지 팀은 로봇의 모양이 저속에서도 국부적인 물 저항 또는 항력에 영향을 미친다는 것을 발견했습니다. "설계 과정에서, 우리는 물 저항에 상당한 차이를 보이는 두 개의 비행기로 로봇을 구성했습니다."라고 왕은 말합니다. 이를 통해 연구자들은 평평한 몸체를 가진 로봇을 개발하고 중심 축에 대해 추진기를 각도를 조정했습니다. "우리는 로봇의 모양과 추진기 레이아웃이 상승 속도에 상당한 영향을 미친다는 것을 발견했습니다."라고 왕은 말합니다.

 

왼쪽부터 시계 방향으로: 추진기 회전 속도와 기체 좌표계의 합력 및 토크 간의 관계, 로봇의 전체 구조, 추진기 배열의 측면도 및 주요 전자 구성 요소. Gang Wang, Kaixin Liu et al.

 

연구자들은 추진기가 아래로 기울어지지만 로봇이 상승할 수 있도록 결합된 힘을 생성하는 항해 시스템을 만들어 상승하는 동안 웨이크 분포를 변경하여 해저 퇴적물을 방해하지 않도록 했습니다. "로봇의 몸체를 평평하게 하고 중심 축에 대해 추진기의 각도를 조정하는 것은 대부분의 엔지니어에게 간단한 접근 방식으로, 해저 모니터링에서 이 설계를 더 광범위하게 적용할 수 있는 잠재력을 높입니다."라고 왕은 말합니다.

"부유 로봇의 항해 문제를 해결함으로써 우리는 해저 근처 환경에서 수중 로봇의 관찰 능력을 향상시키는 것을 목표로 합니다."라고 왕은 말합니다. 이 차량은 다양한 해양 환경에서 테스트되었습니다.모래 지대, 산호초, 가파른 바위 등을 포함하여 다양한 잠재적 환경에서 퇴적물을 최소한으로 교란하는 능력을 보여줍니다.

구조적 설계의 발전과 더불어, 팀은 로봇을 해저에 최대한 가깝게 유지하면서 실제로 해저에 부딪히지 않도록 각도 가속 피드백 제어를 통합했습니다. 이를 바텀아웃이라고 합니다. 또한, 외부 교란 관찰 알고리즘을 개발하고 로봇이 외부 교란을 빠르게 인식하고 저항할 수 있도록 센서 레이아웃 구조를 설계했으며, 실시간으로 경로를 계획할 수 있도록 했습니다. 이 접근 방식을 통해 새로운 차량은 바텀아웃 없이 해저에서 불과 20cm 높이에서 이동할 수 있었습니다.

이 제어를 이식함으로써 로봇은 해저에 가까이 다가가 수주에 의해 발생하는 빛의 굴절과 산란을 줄임으로써 촬영한 이미지의 품질을 개선할 수 있었습니다. "로봇이 해저에 가까이 있기 때문에 짧은 불안정 기간이라도 바닥과 충돌할 수 있으며, 로봇이 강한 교란에 대한 뛰어난 저항성을 보인다는 것을 확인했습니다."라고 왕은 말합니다.

 

 

이 새로운 로봇이 해저를 방해하거나 충돌하지 않고 해저에 더 가까이 접근하는 데 성공함에 따라, 왕은 로봇을 사용하여 산호초를 면밀히 관찰할 계획이라고 밝혔습니다. 산호초 모니터링은 현재 비효율적인 수동 방법에 의존하고 있으므로 로봇은 관찰되는 영역을 넓히고 더 빠르게 할 수 있습니다.

왕은 "특히 중간 빛층에서 더 깊은 바닷물에서는 효과적인 탐지 방법이 부족하다"고 덧붙였습니다. 우리는 탐지 프로세스의 자율성을 개선하여 이미지 수집에서 다이버를 대체하고, 산호초 종 밀도의 자동 식별 및 분류를 용이하게 하여 산호초의 건강 상태에 대한 보다 정확하고 시기적절한 피드백을 제공할 계획입니다.

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