[한국대학신문 이정환 기자] 기술 자동화로 로봇이 산업 현장 곳곳에 도입됐지만, 로봇팔을 움직이는 케이블 수명을 정확히 예측하는 데는 한계가 있었다. 경희대학교(총장 김진상) 전자공학과 김대원 교수 연구팀이 이러한 문제를 해결한 ‘스마트 케이블 모니터링 시스템’을 개발했다. 이 시스템은 에너지 하베스팅 기술과 인공지능을 활용해 기계에 부착된 케이블의 상태를 실시간 모니터링하고, 수명을 예측해 케이블 손상 위험을 크게 줄였다. 이번 연구는 〈Advanced Energy Materials〉(IF: 27.8)에 5월 온라인 게재됐다.
스마트 팩토리의 핵심인 로봇팔이나 자동화 생산 라인에서는 반복적인 움직임으로 케이블의 손상이 발생할 수 있다. 기존 케이블 모니터링은 실시간 검사가 어렵고, 한정된 장소만 검사할 수 있어 오작동이나 치명적인 사고를 대처하기 어렵다. 연구팀이 개발한 모니터링 시스템은 케이블 상태를 지속 감시하고, 케이블의 남은 수명을 정확하게 예측해 사전에 문제를 예방한다.
이 시스템은 케이블용 정전 에너지 수확기 기반 센서(TBSC), 전기장 에너지 수확기(EFEH), 무선 통신 모듈(WCM), 그리고 메인 서버로 구성된다. 케이블의 다양한 움직임은 TBSC 배열에서 생성된 정전기 신호로 감지되고, 이 신호는 자가 전원 무선 통신을 통해 메인 서버로 전송된다. 이를 통해 외부 전력장치 없이 실시간 무선 데이터 전송을 구현했다.
EFEH와 TBSC의 결합으로 전기 에너지가 155% 증가했다. 확보된 데이터는 메인 서버에 저장된다. 김대원 교수 연구팀은 케이블 수명을 예측하기 위해 기존 알고리즘을 보완했다. 딥러닝 기반 알고리즘은 케이블 데이터를 분석해 잔존 수명을 예측했고, 93.7%의 정확도를 기록했다. 김대원 교수는 “산업체와 협력으로 알고리즘 구현에 필요한 많은 양의 데이터를 확보해 그 정확성을 높였다”고 설명했다.
김대원 교수는 이번 연구의 이점을 설명했다. 그는 “에너지 하베스팅 기술과 3D 프린팅 기술을 사용해 비용이 저렴하며, 배터리 등 외부 전력 없이 작동할 수 있어 범용성이 높다”고 말했다. 후속 연구 계획도 밝혔다. 김대원 교수는 “현재 케이블 한 부분만 감지하지만, 앞으로는 센서 전 부분에서 손상을 감지할 수 있도록 시스템을 확장하는 것이 목표”라고 밝혔다.
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