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  • 기사등록 2021-04-09 14:30:56
  • 수정 2021-04-09 16:56:53
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▲ 서울대 조규진 교수와 한국타이어 공동연구팀의 연구가 ‘사이언스 로보틱스’ 4월호의 표지 논문으로 선정됐다.


국내 연구진이 종이접기에서 차용한 설계 기술로 필요에 따라 모양이 변하며 1톤급 하중을 견디는 트랜스포머 바퀴를 세계 최초로 개발하는데 성공했다.

서울대 공과대학(학장 차국헌)은 기계공학부 조규진(인간중심 소프트 로봇기술 연구센터장) 교수 연구팀과 한국타이어앤테크놀로지 공동 연구팀이 1톤급 차량에 적용 가능한 트랜스포머 바퀴를 개발했다고 8일 밝혔다.


이번 연구에서는 직물이나 박막 형태의 재료에 단단한 판 조각을 붙여 종이접기 구조를 구현하는 방식이 적용됐다
. 경첩과 같은 기계요소를 사용하는 전통적인 설계 방식에 비해 제작이 월등히 쉬워 그 잠재력이 높으나, 내하중의 한계로 인해 그 적용 범위가 크게 제한돼 왔다.


이에 연구진은 종이접기 구조 중 접히지 않는 면 부분
(Facet)에는 항공기 소재로 사용되는 알루미늄 60계열을 사용해 얇고 가벼우면서도 높은 강성을 가질 수 있도록 했다. 접히는 부분(Foldline)에는, 타이어의 골격부를 이루는 카카스(Carcass, Textile cord)에 사용되는 나일론 및 PET 소재를 풀어지거나 손상이 확대되지 않도록 특수 처리 후 제조한 직물을 이용해 큰 하중에도 전체 구조를 강인하게 연결할 수 있도록 했다.


또한 높은 내하중을 확보하기 위해선 재료의 두께 증가 또한 필수적이지만 이번 연구에서는 재료의 두께와 탄성을 고려한 새로운 종이접기 디자인룰을 제안하고
, 이를 통해 목표한 형상 변화를 달성했다. 이밖에도 부품 간 상대 운동을 하는 것이 아니라 천이 접히면서 움직이기 때문에 부품 간 마찰이 존재하지 않으며, 바퀴에는 치명적일 수 있는 부품 사이 먼지 등 오염물질이 끼어 구조가 망가지는 문제에 대해서도 자유롭다.


개발된 트랜스포머 바퀴는 포장도로에서는 작은 바퀴 형태로 변해 안정적이고 민첩한 주행이 가능하도록
, 비포장 험로에서는 돌기가 있는 큰 지름의 바퀴 형태로 변해 높은 기동성을 확보하도록 설계됐다. 바퀴는 1톤 이상의 하중을 견딜 수 있으며, 지름을 450mm에서 800mm까지 변화시킬 수 있다. 이 기술은 실내 서비스 로봇, 배달 로봇, 우주 탐사 로버 등 예측 불가능한 환경에서 높은 기동성이 필요한 분야에 활용될 것으로 기대된다.


한국타이어앤테크놀로지 구본희 연구개발혁신총괄은
타이어는 항상 형태가 일정해야 한다는 고정관념을 깨고 변화에 대한 의지를 보여주고자 하는 시도였다개발된 기술은 타이어 분야뿐만 아니라 모빌리티 서비스 분야 전반에 활용도가 높을 것으로 기대된다고 밝혔다.


서울대 조규진 교수는
이 연구는 가변형 바퀴 기술에 대한 가능성을 증명한 것으로서, 향후 일반 모빌리티에 적용하기에는 추가적인 연구개발이 필요하다이번 성과가 현재 보이는 바퀴의 성능이 아닌, 혁신이 만들어지는 과정으로서 그 가치를 평가받을 수 있기를 바란다고 말했다.


한편 이번 연구성과는 가변형 구조물의 새로운 가능성을 제시한 연구로 인정받아 저명한 국제 저널인
사이언스 로보틱스(Science Robotics)’48일자로 표지 논문에 선정됐다.


이 연구는
2019년 한국타이어 TNDL(The Next Driving Lab) 4차 프로젝트에서 콘셉트가 공개된 후 기술적, 이론적 보완을 거쳐 완성됐으며 트랜스포머 바퀴를 위한 차량 설계 및 제작은 EMVcon 소속 장래혁 KAIST 교수와 OXK 김흥섭 대표가 담당해 진행했다.

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