Ⅰ. 해양로봇 분류 및 시장규모

1. 해양로봇의 분류
해양로봇은 크게 사람이 탑승하는 유인형, 사람이 탑승하지 않는 무인형으로 구분할 수 있다. 무인해양로봇은 선이 연결되어 외부와 통신하고, 전원을 공급하는 형태의 ROV(Remotely Operated Vehicle) 등과 무선으로 운용되며 자체적으로 미션을 수행하는 AUV(Autonomous Underwater Vehicle) 등으로 구분할 수 있다.

2. 해양로봇 시장 규모
전 세계 해양로봇 시장규모를 살펴보면, 전체의 60% 이상이 군수용으로 소비되고 있다. 민수용도 개발되고 있지만, 그 비율이 상대적으로 매우 작고, 군수용을 제외한 AUV는 대부분 연구용이라고 볼 수 있다.

Ⅱ. 해외 해양로봇 투자 예산 및 기술개발 사례

1. 美 국방부 해양로봇 투자 예산
미국 국방부의 연간 지출예산을 살펴보면 해상 무인시스템 쪽에 매년 4억불 정도를 투자하고 있다. 크게 해상과 해저로 구분하여 개발하고 있으며, 주로 AUV에 대한 투자가 대부분인 것으로 파악된다.

2. 해외 기술개발 사례
① OceanOne(스탠포드 대학, 미국)
휴머노이드 타입의 ROV로, 햅틱(haptic) 기술을 활용해 로봇 팔이 느끼는 피드백을 직접 느끼고 이를 선상에서 조정 가능하다. 인간 다이버를 대신하는 컨셉으로, 다이버의 작업 가능 깊이보다 더 깊은 곳에서 동일한 작업을 할 수 있도록 개발하려는 취지에서 출발했다. 길이는 150cm 정도이며, 추진장치 8개(상하방향 4개, 앞뒤방향 4개)를 장착하고 있다.

② Sea WASP(SAAB, 스웨덴)
미국 국방부 예산을 지원받아 개발한 것으로, 미군의 육상 폭탄 제거 로봇을 컨셉으로 해상에서도 기뢰 제거에 사용될 수 있도록 개발한 일종의 ROV이다. 고정 위치를 유지할 수 있는 기술이 탑재되어 기뢰 제거에 유리하다는 특징을 가지고 있다. 길이는 1.7m, 무게는 90kg 이하이다.

③ Eelume(Kongsberg Maritime, 노르웨이)
뱀 모양의 생체 모방형 로봇으로, 협소하고 복잡한 해저 구조물에서 원하는 위치의 탐사가 가능하다는 특징이 있다. 유사한 형태의 로봇이 개발된 바 있으나, 이 로봇의 경우는 실제 해양 플랜트 쪽에 적용할 수 있도록 개발했다는 점에 의의가 있다.

④ 댐 조사 로봇(Panasonic, 일본)
일본 댐 관리용 수중 로봇으로, 탁한 물 속에서도 점검 부분을 선명하게 촬영할 수 있으며, 유속이 어느 정도 있는 조건에서 일정한 높이로 일정한 거리를 유지하며 영상을 찍을 수 있다. 실제 상용화가 되었고, 현재 일본의 20년 이상된 댐 시설에 적용되어 활용되고 있다.
Ⅲ. 활용분야별 국내 제품 개발 및 활용 사례

1. 해양과학탐사용 수중 로봇
① 6,000m급 심해 무인잠수정(ROV) ‘해미래’
해미래는 6,000m급 심해 탐사용 무인잠수정으로, 길이 3.3m, 폭 1.8m, 높이 2.2m이며, 중량은 3,660kg이다. 해미래는 모선의 선상제어실에서 케이블을 통해 조종하게 되어 있으며, 8대의 카메라와 2개의 로봇 팔을 비롯하여 탐사에 필요한 각종 장비를 장착하고 있다.
해미래는 ‘15년 6월 왕돌초 협곡, 동해병 폐기물 투기지역 등 동해의 8지역을 탐사해 폐어망 회수, 다공질 암석절벽 발견, 퇴적물 시료 채취, 해저 생물 관측 및 채집 등을 수행하였다. ‘16년 3~4월에는 마리아나 해저 화산지역 및 확정대에서 열수를 찾고 열수분출공 주변 환경을 직접 탐사했다. 구체적으로 퇴적물 채집장치 설치, 코어링, 암석채취, 생물 채집 등 시료들을 샘플링해서 해양과학자들이 미생물이나 지역의 지질·생물학적 특성을 연구하는데 활용할 수 있도록 했다.



③ 천해용 자율무인잠수정(AUV) ‘이심이’
이심이는 천해용 자율무인잠수정으로 해양 자원탐 사는 물론 수중 오염조사와 정밀지형도 제작, 해저 침몰 물체 탐색 등의 활용을 목표로 개발되었다. 직경 0.2m, 길이 1.58m, 중량 38kg이며, 본체에 부착된 센서를 통해 수중 100m 이내에서 자율적으로 운행하면서 탐사가 가능하다. 한국해양과학기술원은 이심이를 개발하면서 수중에서 도킹(docking)하는 기술도 함께 연구해, 앞쪽에 카메라를 장착해서 스테이션을 찾아가는 작업을 수행했다. 단 조류가 없어 시계가 좋은 상태에서만 가능하기 때문에, 다음 단계는 자기장이나 초음파를 이용해서 도킹하는 기술을 연구할 계획이다.
한편 이 기술을 이용해서 한화에서 ACTD사업으로 수중정찰용 AUV를 기술개발 했으며, 주요 기능 및 탑재 장비는 그림10과 같다.

④ 다관절 복합이동 해저로봇 크랩스터 ‘CR200’
CR200은 우리나라 서해안처럼 조류가 세고 시계가 나쁜 환경에서도 작업할 수 있도록 개발되었다. 크랩스터 ‘CR200’은 길이가 2.4m, 폭이 2.4m, 높이가 1.3m이고, 공기 중의 무게가 700kg이며 수심 200m까지 내려갈 수 있다. 또한 2노트의 강조류 환경에서 해저 위치와 상태를 확인하고 샘플을 회수하는 등의 작업을 수행할 수 있다는 강점을 가지고 있다. CR200은 발이 6개 달려 있는데, 앞에 있는 발 2개는 필요할 때 팔을 꺼내서 작업이 가능하며, 바닥에 닿지 않고 다리가 떠서 움직일 때에는 날개 같은 형태로 헤엄치듯이 이동 가능하다.
크랩스터 CR200은 세월호 구난 지원 작업에 투입되어 70m 전방에서 세월호가 어떻게 누워있는지 수중 음파 촬영을 하고, 주변 환경 및 물체를 식별하는 역할을 수행했다. ‘15년 4월에는 해저 유물 탐사 작업에도 투입되었다.

2. 수중 건설 로봇
점차 증가하고 있는 해양구조물(해양에너지, 해양플랜트 등)의 시공 및 유지 관리를 위한 목적으로 수중에서 활용 가능한 건설 장비 개념의 수중로봇의 필요성이 커지고 있다. 잠수사의 작업에 의존하는 기존 방식은 작업의 위험도가 높고 작업 효율 또한 낮으며, 20m 내외의 얕은 수심 작업만 가능하다는 한계를 안고 있다. 수중건설로봇은 이러한 부분을 보완해 깊은 수심까지 작업이 가능하고 작업 효율이 높을 뿐 아니라, 인력의 안전성 또한 확보할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
수중로봇의 활용 분야는 건설, 구조·인양, 유물 탐사 등 다양하며, 그 중 건설 분야의 경우, 맵핑(mapping)을 통해 지형을 파악하고, 설치, 건설, 유지•관리, 종국적으로는 해체에 이르기까지 다양한 단계에서 활용 가능하다. 특히 건조 작업 등은 크고 무거운 작업이 많기 때문에 WROV를 활용해 케이블링 등의 작업을 수행하고 있다.
우리나라는 ‘13년부터 수중건설로봇 사업단이 시작되었다. 그 전에는 건설 수요가 많지 않아 탐사, 조사, 광물채취 등의 활용 영역에 국한되어 있었다. 수중건설로봇사업단은 ‘18년 상용화 및 원천기술 개발 부분을 포함할 계획이다.

건설로봇의 종류를 살펴보면 수중 굴삭기, 해저 지반 코어링, 샘플링 등 지반 조사를 위한 로봇, 항만시설물의 벽체를 크롤링하면서 조사하는 로봇 등이 있다.


① 천해용 수중 굴삭기 ‘UX-100’
대형 해양구조물을 해저 바닥면에 설치하기 위한 작업을 수행함에 있어 기존 잠수사 대신 UX-100을 직접 수중에 투입해 원격 조정함으로써 작업기간의 단축은 물론 안전성 확보가 가능하다. UX-100의 기술은 해저시공장비와 선상지원시스템, 원격 운영실로 구성된다. 해저시공장비 UX-100은 특수방수 설계·제작되었고 선상에서 공급된 전력으로 생성된 유압을 이용해 구동되며, 선상지원시스템은 발전기와 케이블 윈치(Cable Winch)로 구성, 원격운영실은 다양한 센서데이터와 소나데이터를 취합해 작업지역을 영상화 하고 이를 기반으로 해저시공장비를 조정할 수 있게 한다. UX-100은 높은 수압 속에서도 안정적으로 작업을 수행할 수 있으며, 육상장비와 유사한 조정시스템으로 운영인력의 훈련을 최소화 한다는 장점을 가지고 있다. 특히 가상영상시스템은 시야확보가 불가능한 해저작업구간을 시각화해준다는 강점이 있다.

- 수중 원격조정을 통해 작업이 가능한 수중 기초사석 고르기, 굴삭용 무인 기계화 장비
- 수중 물체 인식 및 수중 위치 분석을 위한 수중환경 모니터링 시스템
- 수중 무인 기계화 시공이 가능한 원격제어용 운영 시스템
② 천해용 착저식 시추로봇 ‘DrillBot-100’
해저면에 착저하여 원격조정이 가능한 지반조사 장비로, 해저 100m에서 심도 50m까지 지반 굴착이 가능하며 이를 통해 시료 채취 등의 작업을 수행한다.

3. 국방 해양무인체계
국방 해양무인체계는 해상, 수중 및 공중을 포함하는 작전환경에서 부여된 임무를 수행할 수 있는 무인 동력 운동체로, 크게 수중의 UUV, ROV, USV 등을 포함한다. 국방 해양무인체계는 정보감시정찰, 대기뢰전, 대잠전 및 대함전 임무를 수행할 수 있는 체계로 연안전투시군의 생존성 및 전투력을 향상시키고 작전 영역을 확장하기 위해 운용한다.
국방 해양무인체계의 운용의 장점은 1) 위험해역, 오염해역에서의 임무 및 반복적인 단순 임무 수행이 가능해, 위험해역 및 오염 환경에서 인명 피해를 최소화 할 수 있고 유인체계 접근이 어려운 해역까지 전투역영을 확장할 수 있으며 작전영역 확장에 따라 전투력이 증대된다. 2) 비대칭, 비정규전 전력에 대한 대응 수단이 될 수 있다. 3) 미래 전쟁환경인 네트워크 기반 유무인 협동 교전을 위한 핵심 구성 요소가 될 수 있다. 4) 유인체계에 비해 상대적으로 획득비용과 운용비용이 저가이다. 즉, 국방 해양무인체계는 유인체계의 생존성 및 전투력을 향상시키고 작전 영역을 확장시키는 역할을 수행한다.

(1) 국방 해양무인체계 기술개발 현황
① 무인수상정 기술개발 현황
산학연: 관련 기초연구(지능형 자율운항제어기술 기초연구/혼합형 자율제어 아키텍처 기초연구/ 국방 무인화 특화연구센터), USV 원격통제기술 개발

국과연: 소해용 및 기타 USV 체계에 대한 기술조사(USV 개발동향 분석/USV 탑재 소해장비 조사/USV 국내개발 가능성 조사 및 발전방향 제시), USV 원격통제기술 개발, 복합임무 무인수상정 기술개발(임무모듈형 공통플랫폼 설계기술 개발/USV 원격운용통제 기술 개발/COLREG 기반 자율운항 기술 개발/USV 임무모듈 연동기술 개발)

② 무인잠수정 기술개발 현황
산학연: 관련 기초연구(수중운동체 특화연구센터/국방무인화 특화연구센터/수중통신·탐지 특화연구센터), 자율항해 무인기뢰처리기(MDV) 연구(대기뢰전용, 소형급 UUV, 신개념기술시험(ACTD) 사업/양산 준비 중), 수중탐색 무인잠수정(대기뢰전용, 소형급 기뢰탐색 UUV, 신개념기술시범(ACTD) 사업, 체계개발 준비 중), 소모성 기뢰처리기(대기뢰전용, 소형급 기뢰제거 UUV, 신개념기술시범(ACTD) 사업/군사적 실용성 평가 수행 중)

국과연: SAS 탑재 잠수정용 UUV 개념연구(대잠전용, SAS 탑재를 위한 UUV 소요기술 분석), 대잠전용 무인잠수정 개념연구(대잠전용 무인잠수정체계 개략 설계/대잠전용 무인잠수정 운용개념(안) 제시/에너지원 및 탐지센서 요구사양 도출 및 개발 가능성 분석)


(2) 국방 해양무인체계 발전 전략
국방 해양무인체계는 크게 감시정찰용에서 전투용 무인정으로, 원격제어에서 완전 자율 무인정으로, 수상함 탑재 운용에서 잠수함 탑재 운용 방향으로 발전시켜 나아갈 계획이다. 무인수상정의 발전방향을 살펴보면 ‘10년대 원격자율제어와 같은 기반기술을 확보하고, ‘20년에는 11m급 이내의 함정 탑재용 기술을 개발할 계획이며, ‘20년 중반에는 11m 이상급, ‘30년 후반 무인 수상정의 군집 자율제어 등의 방향으로 나아갈 계획이다.
무인잠수정 역시 마찬가지로 ‘10년대에는 기반기술을 확보하고 ‘20년대에는 수상함 탑재, 후반기에는 잠수함 탑재, ‘30년대에는 군집 제어는 물론 수중 통신을 통한 협업 복합 임무수행이 가능하도록 발전시켜 나갈 것이다.
구체적인 기술개발 추진 전략으로는 1) 플랫폼 중심의 설계에서 임무 중심으로 설계로 전환하고, 2) 현존 위협에 대비하기 위한 임무수행 무인 체계를 우선 개발하며, 3) 산학연과의 역할분담을 통해 산학연의 우위 기술을 적극 활용할 것이다. 4) 향후 무인체계 단독 임무 수행에서 유·무인 협동 임무 수행으로 발전시켜 나갈 것이며, 5) 장기적으로는 유인체계로부터 무인체계의 독립성 강화를 위한 기술 개발 또한 추진할 계획이다.