윌 스미스 주연의 SF영화 ‘아이로봇(2004)’이 그리는 2035년에는 로봇이 거의 대부분의 노동을 인간 대신합니다. 가정은 물론 기업과 공장, 건설 현장 등 어디에서나 로봇이 있죠. 영화 속 상상이라고 생각했지만 이미 서빙 로봇이나 안내 로봇 등을 일상에서 심심찮게 만나고 있고, 안전과 생산성이 중요한 건설 현장에서도 변화의 바람이 불고 있습니다. 

지난 6월 27일, 용인 마북동에 위치한 현대건설 기술연구원의 로보틱스랩에서는 ‘혁신 R&D 건설로봇 기술 시연회’가 개최됐습니다. 스스로 환경을 인지하고 판단하여 움직이는 다양한 건설로봇을 만날 수 있었는데요. ‘원격제어’와 ‘무인시공’을 가능하게 만든 로봇들이 현장에서 어떻게 일하는지 직접 확인할 수 있는 기회였습니다. 이번 시연회는 2019년 국내 건설사 최초로 설립된 건설로봇 특화 연구시설이 리모델링 이후 ‘로보틱스랩’이라는 이름으로 외부에 공개되는 자리이기 때문에 더 특별하기도 했습니다. 

공중에서 지상, 수중까지! 건설 현장 순찰을 책임지는 무인 순찰로봇 사총사

건설 현장은 실시간 안전 점검과 모니터링이 필요합니다. 자칫 사고로 이어질 수 있는 위험 요소가 많기 때문인데요. 하지만 사람이 쉬지 않고 관리하는 것은 어려운 일입니다. 그래서 사람보다 빠르고 섬세하게 현장을 누비는 현대건설 순찰로봇이 등장했습니다. 

 1  무인 드론

카메라 센서를 장착하고 공중을 날면서 현장을 실시간으로 모니터링하는 무인 드론은 야외 넓은 지역의 공사 현장을 점검하는 데 적합합니다. 비행 반경이 약 10km로 매우 넓기 때문에 대규모 토목 현장에 활용하기 좋은데요. 공사 현황을 3D로 시각화해서 보여주어 사람의 육안이 닿기 어려운 곳의 작업 상태를 파악할 수 있고, 자재 적재와 정리 상태 점검은 물론 작업자의 안전장비 착용 여부도 확인할 수 있습니다. 스테이션을 통해 자동이착륙, 자동충전, 스케줄 비행 등이 가능합니다. 

 2  실내 드론

실내 드론은 실내 고소공간이나 터널, 밀폐 구역, 지하 구간 등 장애물이 있거나 육안으로 점검하기 어려운 곳을 비춰 주면서 데이터를 전송합니다. 조종 거리는 약 3km로 실내 현장에서 활용하기에 적당한데요. 실시간으로 현장을 모니터링하며 실내 균열이나 결함을 검출해내어 시공 품질을 높일 수 있습니다. 뿐만 아니라 특수한 비행 알고리즘을 통해 장애물에 충돌해도 추락하지 않는 특징이 있습니다. 사람의 손과 시선이 닿지 않는 곳까지 점검해 주는 실내 자율비행 드론에게 현장의 안전을 안심하고 맡길 수 있을 것 같습니다. 

 3  SPOT / UGV 

지상에서 바닥을 돌며 현장을 순찰하는 로봇개 ‘SPOT(스팟)’과 ‘UGV(Unmanned Ground Vehicle, 무인지상차량)’도 있습니다. 사족보행 로봇 SPOT은 장애물이 있어도 부딪히지 않고 자유롭게 주행할 수 있기 때문에 사각지대나 협소한 공간을 점검하는 데 유리하며, 계단도 오르내릴 수 있습니다. 사륜구동의 UGV는 대형 공간이나 실외 현장을 점검하는 데 적합해 토목 및 플랜트 현장에 활용되는데요. 이들은 현장을 돌며 공사 기록을 관리하고, 사람이 직접 확인하기 어려운 위험 구간이나 밀폐된 공간 등을 점검합니다. 

 4  수중드론

물 속에서도 교량, 터널 등의 구조물 건설이 이루어지는데요. 이때 필요한 잠수부의 역할을 수중드론이 담당합니다. 150m의 깊이까지 내려갈 수 있는 현대건설의 수중드론은 AI 영상 개선 기술을 탑재해 부유물 등으로 시야 확보가 어려운 수중에서의 시공 현장을 보다 명확하게 모니터링할 수 있습니다. 안전과 관련된 점검은 물론 정확한 위치에 시공되었는지 등을 살피죠. 8개의 강력한 추진기를 달고 있어 조류 저항성 문제도 개선돼 거친 물살에서도 입체적인 현장 관리가 가능합니다. 

이들 순찰로봇은 디지털 트윈 플랫폼 기반의 입체적 현장 관리 시스템을 구축하고 있는데요. 카메라와 센서들로 수집한 데이터를 바탕으로 하나의 플랫폼에서 관리하는 것입니다. 현장을 3D 모델로 생성하여 도면과 정합성을 검토하고, 특정 구역의 면적과 부피, 경사도, 고도(등고선)를 측정해 줍니다. 또 지도 앱의 거리뷰처럼 도면상의 위치를 사진으로 검토할 수도 있고, 실내 360도를 보여주는 사진으로 품질 점검을 보다 편리하고 섬세하게 도와줍니다. 이처럼 현대건설은 현장 상황을 실시간으로 파악, 데이터를 취득, 분석하여 하나의 플랫폼에서 효율적으로 관리할 수 있는 자동화 시스템을 계속해서 발전시켜 가는 중입니다. 

건설 현장의 아름다운 혁신! 3D 프린팅 로봇

현대건설은 로봇으로 안전한 현장을 구축한 것에 더해 아름다운 구조물까지 만들어냈는데요. 바로 3D 프린팅 로봇입니다. 이미 3D 프린팅 기술로 플라스틱 비정형 조경구조물을 만들어 국내 최초, 현장 적용에 성공한 업적이 있는 현대건설은 더 나아가 다관절로봇을 이용한 콘크리트 3D 프린팅 기술을 일찍부터 확보했습니다. 

다관절로봇을 이용한 3D 프린팅 출력시스템은 설계 파일에 맞춰 재료를 배합해 주는 믹서기, 재료를 압송하는 펌프, 재료를 균일하게 압출하는 노즐, 그리고 위치를 정밀하게 제어해 출력하는 다관절로봇 단계까지 순차적으로 이루어집니다. 이를 통한 시공 자동화는 안전한 환경을 만들어 줄 뿐만 아니라 작업 시간 단축, 인건비와 폐기물 절감으로 지속 가능한 건설에 기여하고 있습니다. 현대건설의 다관절로봇은 7개의 관절을 갖고 있어 다양한 비정형 형상과 패턴을 추출할 수 있는데요. 이를 통해 정교하고 아름다운 구조물을 만들어낼 수 있습니다. 힐스테이트 용인 둔전역의 비정형 구조물 ‘H-Eye Planter’가 바로 3D 프린팅 로봇의 작품입니다. ‘아시아 디자인 프라이즈 2024’와 ‘그린 굿 디자인 어워드 2024’에서 수상의 영예를 안기도 했죠. 

[3D 프린팅 로봇으로 제작한 힐스테이트 용인 둔전역 ‘H-Eye Planter’]

국가의 경계를 넘어서도 제어 가능한 원격 타워크레인 ‘타와레모(TawaRemo)’

일본 다케나카에서는 원격 조종이 가능한 타워크레인을 선보였습니다. 타워크레인은 고층으로 자재를 옮기는 작업을 수행하는데요. 운전석이 타워의 상부 끝에 위치해 있어 운전원이 매일 타워를 오르고 내려야 하는 수고와 위험을 감수해야 했습니다. 하지만 ‘타와레모’는 운전원이 타워 끝에 올라갈 필요 없이, 지상 조종석(Cockpit) 안에서 원격으로 타워크레인을 제어하기 때문에 안전한 것은 물론, 크레인의 운전석까지 오르내리는 시간(하루 평균 90분)이 절약되어 훨씬 효율적입니다. 

게다가 이번 시연회는 용인 마북동에서 일본 오사카 현장에 위치한 타워크레인을 제어하는 장거리 원격 조종을 선보였습니다. ‘타와레모’의 카메라와 다면 센서를 통해 타워크레인 상부의 영상과 음성은 물론 진동과 풍속 등의 데이터가 지상 조종석으로 실시간 전달되는데요. 저지연 통신기술을 활용하기 때문에 대한민국에서 약 800km 떨어진 일본 타워크레인의 높이와 거리, 회전 각도 등을 바로 조종할 수 있습니다. 이미 일본의 건설 현장에는 30곳가량에 설치되어 제 몫을 톡톡히 해내고 있다고 합니다. 이렇게 원격 제어로 운전원의 작업 여건이 개선되어, 다소 높았던 타워크레인 운전 진입 장벽이 낮아져 신규 운전인력 확보도 용이해졌습니다. 

현대건설은 현재 마북동의 로보틱스랩과 일본 현장을 연결해 타와레모의 원격 제어 기술을 테스트하고 있는데요. 국내에서도 이 기술을 통해 안전성과 생산성이 확보될 수 있도록 연구 개발을 계획하고 있습니다. 

강력한 긴 팔, 위험한 곳 출동! 양팔로봇 '암스트롱(Armstrong)'

사람이 위험을 감수해야만 하는 극한 공간에 강력한 팔 힘을 가진 양팔로봇 ‘암스트롱’이 대신들어갑니다. 기존에 널리 사용되던 전동식보다 강한 힘을 낼 수 있는 유압식 팔로, 최대 200kg의 물건 운반이 가능합니다. 힘만 강한 것이 아니라 팔 끝에는 손가락 역할을 하는 0.5mm 이하 제어 정밀도의 그리퍼가 달려 있어 사람이 사용하는 장비 그대로 활용하여 볼트나 밸브 제어 등 정교한 작업도 가능합니다. 팔 기능만 우수한 게 아닙니다. 고해상 시각 센서의 눈으로 실시간 환경을 인식하고, 거친 흙길이나 장애물이 있는 험지 주행에 특화된 무한궤도 바퀴로 어디든 이동할 수 있습니다. 양팔로봇의 미니어처 버전인 마스터 디바이스를 통해 실시간으로 원격 조종할 수 있는데요. 비전문가도 어렵지 않게 조종이 가능합니다. 

양팔로봇은 사람이 진입하기 힘든 원전이나 화재 등의 재난 현장에 들어가 화재를 진압하거나 유해 물질을 처리하는 등 고위험 작업을 원격으로 대신 수행하는데요. 강한 힘으로 정밀한 작업이 가능해 구조물을 해체하고, 잔재를 제거하는 데도 용이합니다. 

오차 없이, 차선에 구멍을 뚫어! 도로 자동천공 로봇

도로 안전 시설물 설치를 위해 도로에 구멍을 뚫는 천공 작업은 차들이 달리고 있는 상황에서 사람이 하나씩 드릴링해야만 했습니다. 이렇게 위험을 무릅써야 하는 일도 이제 로봇이 대신해 줄 수 있습니다. 바로 도로 자동천공 로봇입니다. 

도로 자동천공 로봇은 차선 인식을 할 수 있는 센서로 자율주행하며 드릴로 도로에 구멍을 뚫어 중앙분리대나 표지병, 시선유도봉 등 설치를 도와주는데요. 무인화를 통한 안전성 확보는 물론, 도로의 중앙선을 따라가며 최대 5개를 동시에 천공할 수 있어 작업 생산성을 높여 줍니다. 실시간 작업 모니터링은 물론 자재 타입별, 차선 형태에 따라 작업 표준화가 이루어집니다. 향후에는 드릴 작업 후 바로 분진이나 잔여물을 처리하는 장치도 추가할 예정이라고 하니 훨씬 더 효율성이 높아질 것으로 기대가 됩니다. 

안전하게 벽에 색을 입히는 페인트공! 실내 자율주행 도장로봇

숙련공의 페인팅 기술을 학습한 도장로봇도 있습니다. 실시간 원격제어는 물론 로봇에 설치된 카메라로 3D MAP을 생성하고, 안전 센서를 통해 환경과 상황을 판단하면서 실내 자율주행이 가능하죠. 실내 도장을 위해 엘리베이터 탑승이 가능한 크기(약 150cm)로 만들어졌는데, 로봇 팔을 통해 3.5m 높이의 벽까지 도장이 가능합니다. 무엇보다 벽이나 바닥과 같이 도장 대상을 인식해 도장 경로를 자동으로 생성할 수 있는데요. 효율성을 높인 것은 물론 보다 완성도 있게 작업을 마무리해 줍니다. 

실내 자율주행 도장로봇이 도장 작업을 하면 자동화로 인해 인건비와 작업 시간을 절약해 준다는 큰 장점이 있는데요. 밀폐 공간에서 생길 수 있는 유해 요인을 예방하여 작업자 안전성도 확보합니다. 

AI가 일상을 넘어 건설 현장에도 혁신적인 변화를 일으키고 있는 요즘, 전문가들은 단순 반복 작업이 자동화되면 생산성 향상은 물론이고 현장의 안전성을 확보할 수 있어 건설로봇이 필요하다고 얘기합니다. 특히 수심이 깊은 곳, 깊은 지하, 위험한 재난 현장에서 로봇이 사람의 역할을 대신할 수 있다면 마음 졸일 이유가 없어질 것 같습니다. 현대건설은 국토교통부, 한국도로공사, 한국토지주택공사 등 스마트건설 얼라이언스 관계자 및 기업들과 협력하여 건설로봇의 생태계를 구축하고, 현장의 피드백을 적극 수렴하여 건설로봇을 진화시킬 계획입니다. 건설 현장의 안전과 품질은 물론 고령화로 인한 기술 인력 감소 등 건설업 현안을 해결할 수 있는 건설 무인화 및 자동화의 혁신이 기대됩니다.  

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