[엠투데이 이상원기자] 휴머노이드 로봇 시장이 본격적인 양산 단계로 진입하면서 업계의 관심이 인공지능(AI) 성능과 운동 제어 기술을 넘어 ‘열 관리(Thermal Management)’ 문제로 이동하고 있다.
전문가들은 발열 문제를 해결하지 못할 경우, 휴머노이드 로봇의 상용화와 대량 생산이 예상보다 늦어질 수 있다고 지적한다.
최근 중국 베이징에서 열린 휴머노이드 로봇 하프 마라톤 대회는 이러한 현실을 단적으로 보여 줬다. 중국 휴머노이드 로봇 업체 아너(Honor)가 개발한 로봇은 대회에서 우승을 차지하며 주목받았는데, 업계는 그 배경으로 독특한 냉각 시스템을 꼽고 있다.
대부분의 휴머노이드 로봇이 공랭식 또는 단순 물리적 냉각 방식에 의존하는 반면, 아너는 가전제품에 사용되는 액체 냉각 시스템을 적용해 장시간 안정적인 주행 성능을 유지했다. 이를 계기로 휴머노이드 로봇의 냉각 기술이 차세대 핵심 경쟁력으로 부상하고 있다.
업계 분석에 따르면 휴머노이드 로봇의 전력 소비량은 5~8kW 수준에 달한다. 하지만 기존 공랭식 시스템만으로는 고강도 작업을 약 30분 정도밖에 지속하기 어렵다. 반면, 액체 냉각 기술을 적용할 경우 작동 시간을 기존 대비 3~5배까지 늘릴 수 있는 것으로 알려졌다.
특히 발열 문제는 로봇 관절 모듈에서 가장 심각하게 나타난다. 로봇 공급망 관계자들은 휴머노이드 로봇 관절이 경량화와 소형화를 동시에 추구해야 하는 구조적 특성 때문에 냉각 설계가 매우 어렵다고 설명한다.
관절 내부 공간은 일반적으로 2mm 미만에 불과하며, 정교한 손동작을 구현하는 손가락 관절 부품의 경우 냉각 공간이 5㎤ 이하로 제한된다. 여기에 일부 관절 하우징은 열전도율이 낮은 소재를 사용하고 밀폐형 구조로 설계돼 열이 외부로 배출되기 어렵다. 그 결과 장시간 고부하 작동 시 열이 축적되면서 성능 저하가 발생한다.
문제는 관절에만 국한되지 않는다. 몸통 내부에 탑재되는 배터리와 AI 연산을 담당하는 컴퓨팅 스택 역시 상당한 열을 발생시키는 주요 열원이다.
업계 관계자들은 냉각 문제가 해결되지 않을 경우 로봇의 전반적인 작동 효율이 급격히 저하될 수 있다고 경고한다.
실제로 과열 방지 보호 메커니즘이 작동하면 관절이 전달할 수 있는 최대 출력 토크가 40% 이상 감소할 수 있는 것으로 알려졌다. 이는 곧 로봇의 보행 속도와 작업 능력 저하로 이어진다.
베이징 휴머노이드 로봇 하프 마라톤에서도 이러한 현상은 뚜렷하게 관찰됐다. 대회 초반 1~3km 구간에서는 대부분의 로봇들이 빠른 속도와 안정적인 보행 능력을 보여줬다. 그러나 중반 이후 누적된 열의 영향이 나타나기 시작했고, 특히 15km 지점을 넘어서면서 상당수 로봇의 속도가 눈에 띄게 감소했다.
업계에서는 냉각 문제가 단순한 부품 수준의 기술 과제를 넘어 시스템 전체의 병목 현상으로 발전, 향후 휴머노이드 로봇 시장의 경쟁력은 AI 성능이나 관절 정밀도뿐 아니라 제한된 공간 안에서 높은 전력 밀도를 효율적으로 관리할 수 있는 능력에 의해 결정될 것이라는 분석이 나오고 있다.
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