로봇과 COVID-19: 핵심 분야 작업을 자동화하는 미국의 프로젝트 9건

2021년 9월 30일, 오전 10:00

2020년 여름 미국 국방부는 ARM 연구소(Advanced Robotics for Manufacturing)에 코로나19 대유행을 완화할 로봇 솔루션을 찾고, 향후 유사한 위기에 대응할 기술적 기반을 마련하라고 의뢰했다. 연구소는 프로젝트 아이디어를 모으기 위해 300명 이상의 인력을 동원했다.

결국 이 공모전을 통해 국방부 사무국의 자금 지원을 받는 프로젝트 9건이 시작됐다. 프로젝트는 실내 및 표면 소독, 코로나19 검사, 개인보호장비(PPE) 생산 및 품질 관리 절차, 병원 지원을 위한 임시 시설 건설 시 로봇 활용 등 여러 핵심 분야에 초점을 맞췄다.

“국방부가 코로나19 대응을 우리에게 맡겨 주신 것은 큰 영광입니다. 이 프로젝트들을 신속히 완수하고 성공적인 결과를 낸 것은, 다양한 전문가 생태계를 활용해 국가적 수요에 빠르게 대응하는 ARM 연구소의 역량을 보여줍니다”
이라 모스코비츠ARM 연구소 최고경영자

연구소의 기술 포트폴리오 매니저 카라 마차리니는 국방부 지원 활동에 중요한 역할을 한 프로젝트팀들에 감사를 전했다. 모든 기술은 향후 위기에 대한 미국의 대응력을 높이는 방향으로 개선 및 구현될 예정이다.

개인보호장비의 신속 생산

이 프로젝트의 결과로 필요한 작업자 수를 줄이고 효율을 높였으며, 사이클 타임을 단축하고 생산 능력을 늘렸다. 또한 머신비전 기반 결함 감지와 시각 검사를 동반한 로봇 작업으로 신뢰성을 높였고, 초기 장비 비용을 낮추기 위해 서비스형 Edge AI 모듈을 활용했다.

대유행은 글로벌 의료 공급망의 치명적 취약점을 드러냈다. 대유행 초기 미국 제조업체들은 개인보호장비에 대한 큰 수요를 충족하지 못해 품귀 현상과 긴 납기가 발생했다. 이 프로젝트는 로봇 기반 자동 시각 검사, 수집 및 분류, 생산 라인 말단의 포장 및 팔레트 적재를 포함해 미국 내 기존 자동화 마스크 생산을 개선한다.

프로젝트팀: 지멘스 코퍼레이트 테크놀로지스(책임 연구자), 헨더슨 재봉기 회사, 야스카와 모토맨, HomTex.

맞춤형 마스크 생산

이 프로젝트는 언제 어디서나 로봇으로 맞춤형 마스크를 생산할 수 있게 한다. 여전히 수작업에 의존하는 업계에서 자동화 활용을 늘렸다.

미국 질병통제예방센터(CDC)는 천 마스크가 코로나19 확산을 늦추는 데 필수적이라고 밝혔지만, 공급이 수요를 채우지 못하고 있다. 로봇 재봉은 유연한 소재를 다루고, 섬세한 동작 제어와 정밀한 부품 인식이 필요하기 때문에 기술적 난제다.

프로젝트팀: 지멘스 코퍼레이트 테크놀로지스(책임 연구자), 헨더슨 재봉기 코퍼레이션, Sewbo Inc, 블루워터 디펜스, 산업용 재봉 및 혁신 센터(ISAIC).

대형 구조물 제조를 위한 로봇 공학

Pvilion은 이 기술이 국방부의 수요에 더 잘 대응하고 텐트를 생산하는 데 도움이 될 것이라고 본다. 로봇은 작업자의 부담도 덜어 준다. 코로나19는 음압 공간을 신속히 설치할 필요성을 부각시켰다. 이러한 공기 지지식 구조물은 기존 텐트에 비해 빠르게 설치되며, 야전 병원, 격리 시설, 재난 구호나 군사 목적의 다른 용도에 잘 맞는다.

그러나 이런 구조물의 제조는 노동 집약적이다. 무겁고 유연한 소재를 옮기고 다루는 일을 생산 인력이 돕는 로봇 공학의 발전으로 속도를 높일 수 있다. 이 프로젝트는 자기 인식 능력을 갖추고 사람이 제어하는 로봇 플랫폼 군을 개발하는 것을 목표로 한다. 이 기술을 통해 Pvilion은 8~10명의 팀이 72시간 안에 설치할 수 있는 '운송 컨테이너 속 병원'을 만들 수 있게 된다.

프로젝트팀: 렌셀러 공과대학교(책임 연구자), Pvilion.

개인보호장비 생산의 품질 평가 자동화

이 프로젝트에서는 미국의 의료용 개인보호장비 산업 기반을 빠르게 확장할 수 있는 기술을 만들었다. 이 기술은 액체 침투, 인화성, 차단성 시험에 사용할 수 있다. 또한 실험실 자동화, 의료기기 및 바이오 의약품 생산에 활용되며, 심지어 가구와 의류 분야에서도 쓰인다.

개인보호장비의 품질 관리 절차는 노동 집약적이고 시간이 많이 걸린다. 샘플 시험은 제조 공장뿐 아니라 의료 기관에서도 우선 과제가 되었다. 이 프로젝트는 개인보호장비 검사를 위한 품질 시험을 자동화하는 로봇 시스템 개발을 목표로 했으며, 미국 내 생산성과 효율을 높였다.

프로젝트팀: 노스이스턴 대학교(책임 연구자), Merrow Manufacturing, Boston Engineering.

항균 구리 코팅의 로봇 도포

이 프로젝트를 통해 접촉이 많은 물품을 스스로 소독하는 생산 준비가 된 반자동 저온 분사 로봇이 개발됐다. 설치는 즉시 사용 가능하며 쉽게 조정할 수 있다.

구리로 덮인 표면은 코로나19를 포함한 바이러스를 빠르게 죽이지만, 수요가 적어 널리 쓰이지 못했다. 대유행은 자가 소독 표면의 필요성을 드러냈다. 이는 자주 청소하지 않아도 코로나19 확산을 줄여 줄 것이다. 항균 구리 도포 로봇 시스템(저온 분사)은 스캐너와 경로 생성 및 품질 관리 도구를 결합해 문손잡이, 병원 벤치, 카트, 난간 등 여러 물품에 구리 코팅을 입힌다.

프로젝트팀: 지멘스 코퍼레이트 테크놀로지스(책임 연구자), VRC Metals System.

신속 진단

이 시스템은 시험지 개발 속도를 2~3배 높이고, 공정의 품질과 신뢰성을 개선하며, 필요한 기술 인력 수를 줄인다. 이 기술은 모든 검사 키트 개발 공정에 적용될 수 있고, 쉽게 확장되며, 코로나19 같은 질병 유행에 신속히 대응하는 데 도움이 된다.

바이러스 검사를 위한 신속한 검사 키트 개발은 현재와 향후 대유행 시 미국의 대규모 검사 노력에 크게 기여할 것이다. 이러한 시험지를 평가하려면 최소 두 명의 전문가가 필요하다. 한 명은 검사를 수행하고, 다른 한 명은 분석기로 결과를 해석한다. 이 프로젝트에서는 고급 머신비전 시스템과 유연한 로봇을 활용해 자동화를 통한 검사 키트 개발 가속화 솔루션을 만들었다.

프로젝트팀: 지멘스 코퍼레이트 테크놀로지스(책임 연구자), Maxim BioMedical Inc, 지멘스 헬시니어스.

창고의 자율 로봇 분무 및 소독

이 시스템은 자율 지도 작성, 직관적인 사용자 인터페이스, 모든 브라우저에서 접근 가능한 휴대용 작업 프로필을 통해 설정 시간과 노력을 줄인다. 이 기술은 자율 내비게이션과 신뢰할 수 있는 시각 인식을 활용한 자동 소독 절차를 통해 운영에 최소한의 영향을 주면서 안전하고 위생적인 작업 환경을 제공한다.

물류 및 지원 운영은 수백만 미국인에게 의약품과 생필품을 공급하며 국가를 지탱하는 데 핵심적인 역할을 했다. 코로나19 확산을 막으려면 더 자주, 더 신뢰할 수 있는 소독이 필요하다. 이 프로젝트에서는 자율적으로 이동하고, 위치를 파악하며, 많이 접촉되는 표면과 오염 가능성이 있는 구역을 소독할 수 있는 창고 자율 소독 시스템을 개발했다.

프로젝트팀: 지멘스 코퍼레이트 테크놀로지스(책임 연구자), FedEx Corporation, 야스카와 모토맨.

이동식 자율 산업용 소독기

상업적으로 배치된 솔루션은 10만 달러 미만일 것으로 예상된다. 929㎡를 소독하는 데 8시간이 걸리며, 작업 속도는 0.2㎡/초다. 코로나19의 빠른 변화로 인해 기업과 작업장을 안전하게 운영하려면 표면을 자주 소독해야 한다. 수작업 청소는 작업자가 병에 걸리거나 바이러스를 옮길 수 있어 이상적이지 않다.

이 프로젝트에서는 소독 시스템과 센서 세트를 모두 제어할 수 있는 다축 로봇 팔을 장착한 자율 이동 로봇을 개발했다. 이 기술은 소독이 필요한 구역을 식별하고, 공정을 수행하며, 완료된 청소 작업을 기록한다.

프로젝트팀: Lockheed Martin Advanced Technology Laboratories, GrayMatter Robotics, Southwest Research Institute(SwRI), Lockheed Martin Rotary Mission Systems.