비행 로봇, 건설의 새로운 지평을 열다

로봇 팔과 3D 프린팅 갠트리는 이미 건설 현장에서 찾아볼 수 있습니다. 다만 대부분 지상에 영구적으로 설치된 무거운 시스템일 뿐입니다. 이러한 시스템은 험준한 지형이나 높은 고도에서는 빠르게 한계에 도달합니다. 따라서 EMPA와 EPFL의 지속가능성 로봇 연구소 연구진이 이끄는 연구팀은 미래에 항공 로봇을 자율 건설 플랫폼으로 활용할 수 있는 방법을 연구했습니다.

Science Robotics 최신호 표지 기사에서 연구진은 이 다가올 기술의 최첨단 기술과 잠재력을 보여주었습니다. 장점은 명확합니다. 건설용 드론은 산, 옥상, 재난 지역, 심지어 먼 행성 등 기존 장비로는 접근하기 어려운 곳에도 도달할 수 있습니다. 또한 고정된 건설 현장이 필요 없고, 군집 배치가 가능하기 때문에 높은 수준의 유연성과 확장성을 제공합니다. 동시에 운송 경로를 단축하고, 자재 소비를 줄이며, 건설 현장을 더욱 안전하게 만들 수 있습니다.

극한 상황에서의 수리 및 작업

항공 로봇은 재난 구호 활동에 특히 적합합니다. 예를 들어, 침수나 파괴로 인해 기존 차량이 더 이상 통행할 수 없는 지역에서 활용될 수 있습니다. 항공 로봇은 건축 자재를 운반하고 비상 대피소를 자율적으로 설치할 수 있습니다. 또한 접근이 어려운 곳의 수리 작업에도 유망합니다. 비계 없이 고층 건물 외벽이나 교량의 균열을 자율적으로 감지하고 수리할 수 있습니다.

"기존 지상 로봇 시스템은 무게가 수 톤에 달하고, 설치 시간이 오래 걸리며, 작업 반경이 제한적입니다."라고 EMPA와 EPFL의 지속가능성 로봇 연구소 소속 연구 책임자인 유수프 푸르칸 카야는 설명합니다. "반면에 건설용 드론은 가볍고 이동성이 뛰어나며 유연하지만, 아직 기술 개발 단계가 미흡하고 산업 현장에서 활용된 사례가 없습니다."

실제로, 개별 건축 요소의 배치와 케이블 구조물의 장력 조절부터 건축 자재의 층층 인쇄에 이르기까지 다양한 공중 건축 방식을 보여주는 수많은 학술 프로토타입이 이미 존재합니다. 예를 들어, Empa에서는 비행 로봇들이 팀으로 협력하여 구조물의 건설이나 수리를 위한 자재를 층층 인쇄하도록 프로그래밍되었습니다.

기술, 소재, 디자인의 상호작용

드론의 잠재력은 파괴적입니다. 에너지 공급과 자재 운송이 보장된다면 이론적으로 어디든 비행하고 건설할 수 있습니다. 또한 확장성도 뛰어납니다. 재난 발생 시 수백 대의 항공 로봇이 외딴 지역에 임시 인프라를 즉시 구축할 수 있습니다.

동시에 드론을 활용한 미래 건설은 새로운 과제에 직면하고 있습니다. 연구진에 따르면, 핵심 과제는 기술의 학제적 특성입니다. 공중 적층 제조(Aerial AM)는 로봇 공학, 재료 과학, 건축이라는 세 분야의 동시적인 발전을 요구합니다. EMPA와 EPFL의 지속가능성 로봇 공학 연구소 소장인 미르코 코박은 이러한 상호 작용을 다음과 같이 설명합니다.

"드론은 정밀하게 비행할 수 있지만, 가볍고 안정적이며 가공 가능한 소재가 없다면 그 잠재력을 최대한 발휘할 수 없습니다. 설령 두 가지를 모두 확보할 수 있다 하더라도, 하중 지지 구조물을 구현하기 위해서는 공중 로봇의 제한된 정밀도에 맞춰 건물 설계를 조정해야 합니다."

기존 로봇 보완

이러한 학제 간 협력 외에도 로봇 공학에는 제한된 비행 시간, 탑재량, 자율성 등 다른 기술적 장애물들이 존재합니다. 따라서 본 연구는 경로를 따라 이동하는 단순 비행부터 완전한 독립까지 5단계로 구성된 자율성 프레임워크를 제시합니다. 이 프레임워크를 통해 항공 로봇은 건설 환경을 분석하고, 오류를 감지하고, 심지어 실시간으로 설계를 조정할 수 있습니다.

유수프 푸르칸 카야에 따르면, 이는 단순한 이론적 모델이 아니라 명확한 개발 계획이기도 합니다. "우리의 목표는 어떤 재료로 어떤 환경에서 건설하는지 이해하고, 건설 과정에서 최종 구조물을 지능적으로 최적화하는 항공 로봇을 개발하는 것입니다."

당분간, 공중 AM은 기존 지상 기반 로봇 시스템을 보완하는 솔루션으로 남아 있습니다. 드론의 에너지 소비량은 현재 8~10배 더 높고, 시공 규모 또한 제한적입니다. 따라서 연구진은 복합적인 접근 방식을 제안합니다. 기존 시스템이 구조물의 하부를 시공하는 반면, 드론은 특정 높이에서 작업을 수행하여 유연성과 주행 거리의 장점을 최대한 활용하는 것입니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/04/250424121155.htm