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[全기자의 영화 속 로봇 ] ⑧ 궁극의 웨어러블 로봇 가능할까… ‘아이언맨’

2018년 05월 08일 11:00     

육체적으로는 아무런 능력도 없는 그저 평범한 인간. 그러나 그는 자신의 천재적인 공학지식을 이용해 로봇을 만든다. 의복처럼 몸에 착용하는 ‘입는(웨어러블) 로봇’이다. 이 로봇만 입으면 하늘도 자유자재로 날 수 있고, 보통사람보다 더 민첩해지고, 힘도 훨씬 더 강해진다. 이렇게 로봇의 힘을 빌린 천재 ‘토니 스타크’는 슈퍼영웅으로 거듭난다.

최근 개봉한 영화 ‘어벤저스: 인피니티워(어벤저스)’는 국내 영화 흥행 역사를 갈아 엎고 있다. 개봉 이틀 만에 국내 극장가 사상 최단기간 100만 관객 돌파 기록을 세우더니, 여세를 몰아 개봉 12일째인 6일 현재 800만 관객을 돌파하는 기염을 토했다. 이 역시 역대 최단기간 800만 돌파 신기록이다. 어벤저스는 역대 일일 최다 관객수, 역대 외화 개봉 중 최다 관객수 동원 기록까지 갈아치우고 있어 1000만 관객 동원은 거뜬할 것으로 보인다. 개봉 3일째 200만, 개봉 4일째 300만, 개봉 5일째 400만, 개봉 6일째 500만을 돌파했고, 8일째 600만, 11일째 700만을 돌파했다. 이 역시 모두 국내 신기록이다.

어벤저스: 인피니티 워 포스터

이번에 개봉한 어벤저스는 여러 명의 슈퍼영웅이 등장해 팀을 이뤄 싸워나간다는 독특한 설정으로 큰 인기를 얻고 있는 ‘어벤저스 시리즈’의 세 번째 작품이다. 주연이 따로 없이 여러 명의 슈퍼영웅이 함께 이야기를 끌고 나간다. 매번 빠지지 않고 중요한 역할을 맡는 것이 토니 스타크가 웨어러블 로봇을 입고 활약하는 ‘아이언맨’이다. 그는 로봇의 힘으로 초능력자와 슈퍼영웅들 틈에서 리더 역할을 훌륭해서 해내는 독특한 캐릭터다.

● 과학적 아이디어, 비현실적 설정

아이언맨의 원작은 미국 만화다. 만화 잡지 ‘마블 코믹스’에 1963년 3월 처음으로 등장했고, 이후 큰 인기를 끌며 만화영화 등으로 여러 차례 만들어졌다. 영화 ‘아이언맨’은 2008년 1편이 처음 개봉됐으며 2013년 3편까지 개봉됐다.

어벤저스에 등장하는 영웅은 대부분 현실과 동떨어져 있지만, 그나마 가장 현실화 가능성이 커 보이는 것은 아이언맨이다. 어벤저스에 등장하는 여러 초인 - 물체를 염력으로 움직이는 스칼렛 위치, 보통 사람보다 신진대사가 몇십 배나 빨라 막강한 힘을 자랑하는 캡틴 아메리카, 거미의 능력과 괴력을 가진 스파이더맨, 괴물로 변신하는 헐크 등 - 은 모두 공상의 산물로, 그럴듯해 보이는 개연성만을 갖고 있을 뿐, 과학적으로는 실현 가능성이 거의 없다.

그러나 아이언맨만큼은 많은 사람들이 ‘어쩌면 가능할지도 모른다’라고 여기는 경우가 많다. 로봇기술이 점차 좋아진다면 언젠가는 가능해지지 않겠냐는 것이다.

물론 아이언맨과 같은 웨어러블 로봇은 실제로 많이 연구가 진행 중이다. 영화만큼 높은 성능은 아니지만 이미 다양한 연구기관에서 군사용 혹은 재난대응용으로 실용화 수준의 연구가 이뤄지고 있다. 국내에서도 한양대, 한국생산기술연구원 등에서 개발 중이고 일본, 미국 등에서도 관련 연구가 여럿 있다. 문제는 과연 이런 로봇을 꾸준히 연구한다고 아이언맨에 비견할 만큼 성능이 높아질 수 있느냐는 점이다.

● 아이언맨은 어떻게 하늘을 날까

 

아이언맨을 보면서 과학적으로 가장 불가능해 보이는 것이 하늘을 날아다니는 비행능력이다. 헬리콥터와 같은 회전익항공기는 로터를 회전시켜 공기를 아래쪽으로 밀어 보내고, 그 반작용으로 하늘로 솟아오른다. 여객기와 같은 고정익항공기는 빠른 속도로 전진하면서 날개로 인해 생기는 양력을 받아 날아간다.

하지만 아이언맨은 이 둘 중 어느 쪽도 아니다. 얼핏 보기에는 우주발사체나 군사용 미사일에 쓰는 로켓과 비슷해 보인다. 영화 속 아이언맨은 손바닥과 발바닥에 ‘리펄서’이라는 이름의 추진장치를 달고 있으며, 이것을 이용해 하늘을 난다. 쉽게 말해 추진제가 없이 전기에너지를 그대로 운동에너지로 바꿔 쏘아내고, 이 힘을 이용해 하늘을 나는 셈인데, 이런 추진기술은 아직 개발된 바 없다. EM드라이브 등으로 불리는 ‘전자기 추진 엔진’이라는 것을 실험적으로 연구하는 경우는 있다. 그러나 과학계에서는 아직 실증되지 않은 기술로 보고 있다.

그렇다면 리펄서가 없는 현실에선 로켓 추진장치를 이용하면 안 되는 걸까. 군사용 미사일 등은 하늘을 잘 날아다니니 말이다. 물론 이를 이용하면 하늘로 솟아오르는 것은 가능하다. 하지만 이런 로켓 방식은 연료와 산소(산화제)를 모두 싣고 짧은 순간에 점화시켜 큰 출력을 내는 것이라 비행할 수 있는 시간이 매우 짧다. 우주발사체를 쏘아 올릴 때 몸체보다 훨씬 큰 연료탱크를 붙여야 겨우 수십 초 동안만 동작한다는 있는 점을 생각해 보면 쉽게 이해가 갈 것이다. 쉽게 말해 현실 속의 아이언맨은 하늘로 솟아오르려면 자기 몸체보다 더 큰 추진장치를 등에 짊어지고 다녀야 하고, 한 번 비행하고 나면 다시 연료를 보충한 후 수리 및 점검을 받아야 한다.

현실에서 영화 속 아이언맨과 비슷한 성능의 비행 기술을 개발하려면 중력을 자유자재로 제어하는 방법을 찾아내야 한다. 현대에는 그 물리적인 원리조차 완전히 규명되지 않았다. 중력을 억지로 상쇄하기 위해 전기장이나 자기장을 이용하는 방법도 생각해 봤지만, 이 경우 아이언맨을 공중에 띄우기 위한 보조장치가 지상에 깔려있어야 한다.

● 현실서도 ‘궁극의 웨어러블 로봇’ 도전

웨어러블 로봇은 사람이 입고 있는 로봇이 사람이 움직이려고 마음먹은 그대로 따라서 움직이는 ‘동조’ 기능이 최대 관건이다. 이 조건을 충족하기 위해 다양한 기술들이 연구되고 있다.

금속 로봇을 입고 있는 사람이 팔이나 다리를 움직일 때 로봇의 내벽 피부가 눌리면서 생기는 압력을 이용하는 ‘감압 센서’ 방식, 인간의 근육에서 발생하는 미세한 전기인 ‘근전도’나 힘을 줄 때 근육이 딱딱해지는 ‘근육경도’를 감지하는 방식도 존재한다. 무릎 등을 구부릴 때 생기는 힘을 측정하고, 여기에 맞춰 발목이나 고관절을 움직여 착용자의 다리 힘을 보조하는 ‘토크 측정’ 방식도 최근 많이 쓰인다. 아직은 실용화에 무리가 있지만 뇌파를 측정하는 연구도 일부 성과를 거두고 있다.

비록 하늘을 날진 못하더라도 아이언맨처럼 힘세고 날렵해지는 웨어러블 로봇을 만들 수 있다면 군사용, 구조대원용 등으로 큰 가치가 있다. 이 경우는 다소나마 영화 수준의 현실화가 가능할 것으로 보인다.

최대 관건은 에너지원이다. 아이언맨 정도로 가볍고 날렵하면서도 막강한 힘을 자랑하는 로봇을 움직이려면 동력원, 즉 에너지의 확보가 반드시 필요하다. 영화 속에서 아이언맨은 손바닥보다 작은 ‘아크 원자로’라는 초소형 발전장치를 개발해 이 문제를 해결했지만 이런 동력원이 현실에서 개발될 가능성은 매우 낮다.

에너지 문제는 현실에서도 이미 지적되고 있다. 미국 방위고등연구계획국이 지원해 미국 레이시언사가 개발한 웨어러블 로봇 ‘엑소스(XOS)’는 대단히 강한 힘을 낼 수 있고, 복싱이나 축구 동작을 흉내낼 수 있을 정도로 날렵한 동작도 가능하지만 무겁고 전력 소모가 크다. 전선을 연결해 두고 계속해서 에너지를 공급해야 하기 때문에 아직도 실용화 해답을 찾지 못하고 있다. 현재까지 실용화 여부를 점치는 웨어러블 로봇은 배터리를 달고 움직이며 몇 시간 정도만 소방대원이나 군인의 체력소모를 줄여주는 정도다.

전력 문제만 해결된다면 아이언맨 정도는 아니더라도 영화 ‘엣지오브 투모로우’에 등장했던 군사용 웨어러블 로봇 정도는 빠르게 현실에 등장할 가능성이 크다. 톰크루즈가 주연을 맡았던 이 영화는 외계인과 싸우기 위해 병사들이 웨어러블 로봇을 입고 전장으로 나선다는 독특한 설정으로 흥미를 끌었다.

웨어러블 로봇은 많은 영화에 등장한다. 아이언맨이 공상의 설정을 더한 궁극의 웨어러블 로봇이라면, 엣지오브 투모로우의 웨어러블 로봇은 가장 현실화 되기에 적합해 보인다.

이 영화는 시간여행이 가능하다고 묘사되는 등 과학적으로는 억지스러운 설정이 여러 가지 눈에 들어왔지만, 영화에 등장한 전투용 웨어러블 로봇만큼은 근미래에 현실이 될 가능성이 크다. 관건은 충전식 배터리의 효율을 지금보다 수십 배 이상 높이는 것이다. 충전식 배터리의 성능을 수십배 이상 높이려는 연구는 곳곳에서 시행되고 있다. 그래핀 등 첨단소재를 동원해 배터리 문제를 해결하려는 것으로, 긍정적인 연구성과도 자주 발표되고 있어 십수 년 이내에는 현실화가 가능할 것으로 예상된다.

아이언맨은 모든 로봇 공학자들이 꿈꾸는 ‘궁극의 웨어러블 로봇’으로 보기에 손색이 없다. 하지만 화려한 무기를 쏘아대며 하늘을 멋지게 나는 아이언맨의 모습은 당분간 영화 속에만 볼 수 있다는 사실도 기억해야 한다. 다른 어벤저스 멤버들에 비해 꽤나 현실성이 높아 보이는 아이언맨의 멋진 모습 뒤편엔 아직 비과학의 영역에 있는 공상의 설정도 적잖게 숨어있기 때문이다.

1963년 마블 코믹스에 처음 등장한 아이언맨의 모습. 현재와는 큰 차이가 난다.