ISAAC (Integrated Structural Assembly of Advanced Composites)의 “첨단 복합재료가 통합된 구조“라는 이름을 가진 로봇은 다재다능하며 회전할 수 있는 머리와 튼튼하고 구부릴 수 있는 다리를 가지고 있어 나사의 랭글리 연구센터에서 항공우주 비행기에 사용하기 위한 보다 강하고 가벼운 복합재료 구조물과 재료들을 개발하는데 도움을 주고 있다. 세계에서 단지 세 개인 이러한 로봇 중의 하나로 수백만 불의 시스템이 작년 가을에 랭글러에 설치되었고 1월 26일 착수행사 후에 가동될 준비가 될 것이다. 트랜스포머 장남감과 할리우드 명성과 거의 맞게 ISAAC는 크기를 바꾸고 기능을 변화시켜 유연하고 적합하게 작동하게 된다.
버지니아 햄프톤에 위치한 랭클리 연구센터의 프로젝트의 통합 책임자인 Brian Stewart는 개념 개발, 분석 및 시뮬레이션, 체계적인 구조분석과 같은 분야에서 기술적인 스킬과 능력을 가지고 있다. 그러나 자체의 구조물을 빠르게 만들어야 할 때 랭글리 연구센터는 한계를 가지며 이를 ISAAC가 할 수 있다. Electroimpact 회사가 만든 ISAAC는 KUKA 기준 산업용 로봇을 채택하였다. 주요한 특징 중 하나는 크고 회전하는 디스크와 같은 머리 부분이다. 이 머리는 일반적으로 탄소섬유 리본 스풀(spool)과 같은 하중을 가진다. 그러나 머리는 영구적으로 고정되어 있지 않아 분리될 수 있고 다른 도구들을 가진 동일한 머리로 대체될 수 있다. 따라서 새로운 작업에서 작동할 수 있는 시스템으로 매우 빠르게 변화시킬 수 있다.
복합재료를 만드는 로봇을 랭글리 연구센터로 가져오자는 의견은 박사 학위를 준비하는 20년 전부터 복합재료를 연구해온, 구조 기계학 기술자인 Chauncey Wu의 생각이다. Wu는 항공기와 우주선의 몸체를 보다 강하게 제조하는데 있어 소비자 패턴으로 탄소섬유를 조립하고 재단하는데 있어 많은 장점을 보았다. 최근에 탄소섬유 복합재료는 보잉 787에서 항공기에 적용하는데 있어 우수한 특성을 보여주었으며 현재 연구원들은 이들의 특성을 향상시켜 용도를 확장하고자 하고 있다. 제조업자들은 탄소섬유들을 사람의 머리카락 보다 더 작게 만들고 이들을 부분적으로 에폭시 레진에 결합시켜 매우 가는 리본을 만들었다. 이들 리본들은 많은 탄소섬유 보강 복합재료를 만드는데 원재료로 사용된다. ISAAC의 경우에 리본들은 정확한 패턴과 방향성 및 정렬 방식에 따라 시트에 함께 융합되어 로봇의 회전하는 머리에 적용된다. 이들 시트들은 층층으로 되고 하나의 층마다 레진과 함께 경화되어 단단하고 내구성이 우수한 덩어리를 이루게 된다.
ISAAC는 연구원들이 이들 리본들과 리본 내에 있는 탄소섬유들을 배열하는 것을 보다 유연성이 있게 설계하였다. 기존의 자동차에 사용되는 일반적인 복합재료들은 0, 45 및 90 각도로 배양된 많은 섬유들의 층으로 구성되어 있다. ISAAC는 이들을 곡선으로도 만들어 패턴이 강도와 특성이 보다 향상될 수 있게 디자인한다. 랭글리 연구센터에서 로봇이 처음으로 할당된 곳은 항공학 연구 미션 부서(Aeronautics Research Mission Directorate)의 첨단 복합재료 프로젝트와 우주 기술 미션 부서(Space Technology Mission Directorate)의 상층 탐험을 위한 복합재료 분야이다. 또한, ISAAC는 연구 목적을 위한 비행 품질 하드웨어, 항공기 및 우주선의 규모 축소 모델, 풍력 터널 시험을 위해 공력탄성적(aeroelastically)으로 제조된 구조물- 심지어는 풍력 터널 팬 블레이더 및 헬리콥터 로터 블레이드를 만들 수 있다. 또한, 연구팀은 로봇이 금속 부품들과 구조물을 만드는데 사용할 수 있는 방법도 조사하고 있다. 과거에는 복합재료 구조물의 분야에서 새로운 아이디어를 구체화하는 것이 시간이 걸리고 경비가 많이 드는 작업이었으나 오늘날 지식의 속도는 이들 보다 빠르고 경제적으로 진행될 수 있게 해준다.
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』
