NASA의 CoSTAR팀은 한국의 KAIST(USRG) 를 비롯 NASA의 JPL, 스웨덴의 Luleå LTR 및 MIT, Caltech가 협력 하여 만들어진 팀입니다. 이들은 전 세계 60명의 엔지니어팀으로 구성되어있으며 DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency)의 도전에 참여하는 10개 팀 중 하나입니다.
DARPA의 도전 목표는 지구와 우주 모두에서 지하 환경을 신속하게 탐색하기 위해 로봇 시스템의 자율성을 향상시키는 것이며 또한 군사, 상업 산업 및 정부를 위한 최첨단 연구를 가속화하는 것입니다.
경쟁하기 위해 참여하는 팀들은 지뢰, 동굴 및 자연 재해 이후의 수색 및 구조와 같은 행성 탐사 및 지상 응용 프로그램에 이중 초점을두고 지하 공극을 탐색하는 완전 자율 시스템을 개발해야합니다.
도전 분야는 터널 서킷, 도시 서킷, 케이브 서킷의 세 가지 서킷으로 구성되며 그 다음 세 가지 환경을 모두 통합하는 최종 이벤트가 이어집니다. 성공하면 팀은 향후 2 백만 달러를 지원받게됩니다.
Team CoSTAR의 자율 로봇 (이름 : Nebula) - 약 15개의 Markforged 3D프린팅 부품이 사용됨
The Challenge
자율 로봇이 도전해야하는 지형은 열악한 조건에서도 탐색 할 수 있어야하며, 테스트 중 종종 로봇이 떨어지고 중요한 부품이 파손되는 경우가 많습니다. 때문에 팀 CoSTAR는 충격에 강한 경량 자율시스템으로 준비해야했으며 부서진 부품에 대한 빠른 현장 대처를 실행해야 했습니다.
또한 로봇을 운용하면서 브래킷 및 인클로저와 같은 파트를 반복적으로 다시 설계하고 빨리 만들어내야 했습니다. 이전에는 목재, 기계 가공 또는 레이저 커터를 사용하여 부품을 제작하였지만 보다 빠른 대응을 위해 3D프린팅의 도입이 필요해졌습니다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 그들은 제일 먼저 간단한 PLA 3D프린터를 가져 왔습니다. 하지만 해당 프린터는 최종 생산이 아닌 프로토타이핑에 유용한 부품만을 인쇄 할 수 있었으며 일정하지 않은 지형에 들어가야하는 로봇의 특성상 현장에서 사용할 수있을만큼 충분히 강하지않았습니다.
한 가지 예로 하단의 사진에 있는 로봇 위에 위치한 값 비싼 라이더 센서는 큰 비용을 감수하더라고 반드시 보호해야하는데, 이를 보호하는 데 사용되는 재료는 센서의 신호가 제대로 작동 할 수 있도록 높은 강성과 진동을 줄일수 있는 특성을 가져야합니다. 하지만 앞서 먼저 도입했던 PLA 3D프린터는 표면 마감이 좋지 않고 정밀도가 낮은 부품을 생산하여 프린팅 후 부품을 샌딩하는데 너무 많은 시간을 소비하게 했습니다.
7,000 달러 비용이 발생한 라이더 센서 '케이지'인쇄
The Solution
위와 같은 문제점들로 인해 CoSTAR팀은 Markforged 3D프린터를 도입하였으며 고강도 카본 파이버 재료를 사용하여 팀의 라이더 센서용 케이지를 프린팅했습니다. 또한 Markforged 프린터을 사용하여 만들어낸 브래킷과 마운트가 실제 알루미늄 제품보다 뛰어난 성능을 가지고 경량화까지 실현하였습니다.
대회 기간 동안 그들은 빠른 문제 대응을 위하여 Markforged 3D 프린터의 수를 1대에서 3대로 늘렸으며, Markforged 3D프린터를 호텔방에 직접 설치하여 문제를 해결해 내었습니다.그들은 바로 현장에서 사용하여야 할 부품을 밤새 프린팅하여 다음날 아침 부품을 테스트하였습니다.
그 결과 CoSTAR팀은 Tunnel Circuit에서 2 위, Urban Circuit에서 1 위를 차지할 수 있었습니다.
The Future
그들에게 DARPA 도전은 달, 화성, 심지어 토성과 목성의 일부 위성에서 지하 탐사를 가능하게하는 작업의 출발점입니다. 경쟁을 위한 로봇 능력을 구축함으로써, 팀은 지하 환경을 탐험하기위한 미래의 NASA JPL 임무가 생명의 발전, 다른 행성에 생명체가 있었는지, 미래에 인간 거주 가능성이 있는지에 대해 배울 수 있기를 희망합니다.
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