KAIST, 달 피트·용암동굴 진입 여는 ‘전개형 에어리스 휠’ 세계 최초 개발

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종이접기 구조로 구현한 가변형 바퀴… 소형 로버의 달 탐사 한계 넘어서

달 표면 아래 형성된 피트와 용암동굴은 극심한 온도 변화와 우주 방사선을 피할 수 있는 공간으로, 장기적인 달 거주지 후보이자 태양계 초기 지질 기록을 간직한 핵심 탐사 지역으로 꼽혀 왔다. 그러나 급경사와 암반, 낙하 위험이 겹친 가혹한 지형으로 인해 지금까지 실질적인 접근은 이루어지지 못했다. 이러한 난제에 대해 KAIST 연구진이 복잡한 기계 장치 없이 종이접기 구조만으로 해법을 제시했다.

KAIST는 항공우주공학과 이대영 교수 연구팀이 국내외 연구기관 및 기업과 협력해 달 피트와 용암동굴 진입을 목표로 한 전개형 에어리스(airless) 휠을 세계 최초로 개발했다고 밝혔다. 이 기술은 달 탐사 로버의 이동성을 근본적으로 확장할 수 있는 핵심 요소로, 기존 로버가 접근하지 못했던 급경사 지형과 동굴 내부 탐사를 가능하게 한다는 점에서 의미가 크다.

기존 달 탐사 전략에서는 대형 로버에서 소형 로버를 분리해 투입하는 방식이 제안돼 왔지만, 소형 로버는 구조적 한계로 인해 충분한 기동성을 확보하기 어려웠다. 바퀴 크기를 조절하는 가변형 휠 기술 역시 냉간 용접, 불균일한 열팽창, 연마성이 강한 달 먼지 등 극한 환경 조건으로 인해 실용화에 한계를 보여왔다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 힌지나 구동 장치가 필요한 복잡한 기계 구조 대신, 종이접기(오리가미) 원리와 소프트 로봇 기술을 결합한 새로운 전개식 바퀴 구조를 제안했다. ‘다빈치 다리’의 맞물림 구조에서 착안한 이 전개형 에어리스 휠은 탄성이 우수한 금속판을 접는 방식으로 제작돼, 별도의 경첩 없이도 접힘과 전개가 가능하다.

개발된 바퀴는 접힌 상태에서는 지름 23센티미터에 불과하지만, 전개 시 최대 50센티미터까지 확장된다. 이를 통해 소형 로버임에도 불구하고 큰 장애물을 넘을 수 있는 기동성을 확보했다. 인공 월면토 환경에서의 주행 시험에서도 안정적인 성능을 보였으며, 달 중력 기준 약 100미터 높이에서 자유낙하해도 구조와 기능이 유지될 만큼 높은 내충격성이 확인됐다.

연구진은 달의 극단적인 온도 변화를 고려한 정밀 열 해석을 통해 구조적 안정성도 검증했다. 낮과 밤의 온도 차가 300도에 이르는 환경에서도 바퀴 형태와 기능이 유지될 수 있도록 설계됐다는 설명이다. 이는 실제 달 환경 적용을 염두에 둔 실증 단계 기술이라는 점에서 의미를 더한다.

이대영 KAIST 교수는 이번 전개형 바퀴가 달 피트와 용암동굴 진입이라는 탐사 난제에 세계 최초로 기술적 해답을 제시한 사례라고 평가했다. 통신, 항법, 전력 등 남은 과제는 존재하지만, 이동성 문제를 해결한 이번 기술이 향후 독자적인 달 탐사 임무를 현실 단계로 끌어올리는 출발점이 될 수 있다는 것이다.

이번 연구에는 KAIST 연구진을 비롯해 무인탐사연구소, 한국천문연구원, 한국항공우주연구원, 한양대학교 연구자들이 참여했으며, 성과는 국제 로봇 분야 학술지 Science Robotics에 게재됐다. 달 탐사의 이동 기술 한계를 구조적으로 재설계했다는 점에서, 향후 심우주 탐사 로버 기술 전반에 적지 않은 영향을 미칠 것으로 전망된다.

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