자기베어링과 로봇을 연구하며 후배들과 기업에게 헌신하는 학자
자기베어링과 로봇을 연구하며 후배들과 기업에게 헌신하는 학자
  • 박성래 기자
  • 승인 2018.11.12 13:47
  • 댓글 0
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나언주 경남대학교 기계공학부 교수
나언주 경남대 기계공학부 교수
나언주 경남대 기계공학부 교수

 

기술 시장을 우물 안 개구리의 시각으로 바라보면 도태된다. 편리하고 생산효율을 높이는 기술력을 개발하기 위한 부단한 노력이 기업을 살린다. 대한민국을 기술 강대국으로 부상하도록 기술의 변화를 알아채고 시대의 흐름을 읽는 연구자를 소개한다. 회전기계부터 로봇 시스템까지 4차 혁명시대를 준비하며 현재와 미래에 대비하는 연구를 펼치고 있는 경남대학교 기계공학부 나언주 교수를 만났다.

일체형 자기베어링의 진화, 고부가가치 회전기계 흐름을 바꾸다

우리나라는 중국, 일본과 함께 아시아의 경제 흐름을 주도하고 있다. 연구자들의 열정으로 얻은 결과물로 우리나라 기업은 경쟁력을 갖추고 세계 시장으로 나아간다. 수년간 계속되는 연구 과정은 부침의 연속이더라도 오랫동안 기억될 학자의 명예를 포기할 수 없다. 주전공 분야인 자기베어링(magnetic bearing) 연구와 새롭게 시작한 원격조종 로봇팔/손 시스템(remote controlled robot arm/hand system)을 개발하고 있는 나언주 교수는 최근 ‘릴럭턴스 힘을 이용한 diskless 반경방향-축방향 일체형 자기베어링 개발’ 연구를 성공적으로 마쳤다. 이번 연구는 자기베어링 응용 회전기계 관련 기업의 시름을 덜어줄 전망이다.

“축방향의 제어에 릴럭턴스 힘을 이용하여 축방향 디스크를 없앤 구조를 개발했습니다. 가시적으로 중소기업 운영비 부담을 줄일 수 있는 구조입니다. 시스템 유지를 위한 보수 관리를 할 때 분해조립이 훨씬 용이해 비용을 절감할 수 있습니다.”

모터, 발전기, 컴프레서 등 모든 회전기계의 필수 요소부품은 베어링의 기술 변천사를 보면 전통적으로 저렴한 가격의 구름베어링(볼베어링)을 사용해왔지만 최근 변화의 바람이 불기 시작했다. 구름베어링은 수명이 길지 않아 교체할 때 번거로움이 있고 마찰열이 심해 고속회전에 한계가 있어 그 대안으로 자기베어링이 제시됐다. 1980년대부터 미국, 유럽이 전자석, 영구자석에서 발생된 자기력을 이용하여 회전하는 축을 기계적인 접촉이 없이 지지하는 메카트로닉스 시스템인 자기베어링 연구를 시작했으며 현재 각종 회전기계에서 상용화되었다. 신기술 대우를 받았던 자기베어링도 단점이 노출됐다. 2개의 반경방향 베어링과 1개의 축방향 자기베어링이 차지하는 공간 때문에 시스템의 크기가 커지고 회전축도 길어진 것이다. 학자들은 반경방향 자기베어링과 축방향 자기베어링을 결합한 일체형 자기베어링 개발에 성공했다. 기업들은 소형 경량화된 일체형 자기베어링을 반겼지만 수리할 때 분해조립이 쉽지 않아 불편함을 겪었다. 나 교수는 “회전기계가 고장 나거나 유지보수 관리를 할 때 일체형 자기베어링을 분해하는 수고를 덜기 위한 연구를 추진했다”라며 “지지하는 디스크가 없이 특정한 자기력(릴럭턴스 힘)을 이용해 축방향의 힘을 제어하는 기술력이 차별화한 점이다. 현재 고진공 터보분자펌프, 인공심장용 원심형 혈액펌프, 우주용 플라이휠 에너지 저장장치, 초고속 원심분리기(우라늄) 등에 초고속 고부가가치 회전기계에 적용하고 있다”라고 밝혔다.

 

사람을 대신할 로봇 기술 연구에 속도를 내다

연구를 향한 그의 집념을 알아본 한 기업체는 터보블로우어(turbo blower)용 자기베어링 시스템을 개발하는 프로젝트를 의뢰했다. 기계 분야에서 중국의 추격전에 휘청이는 우리나라의 기술력을 높이기 위해 그는 밤낮없이 프로젝트에 매달리고 있다. 그는 미래를 내다보며 기업체의 연구 투자가 더 늘어나길 바란다. 기업의 경쟁자는 국경을 넘어 전 세계에 포진해 있다. 지속적으로 기술을 개발한 기업만이 보이지 않는 경쟁자를 누를 힘을 가질 수 있다.

“발상의 전환과 창의력이 중요한 연구자로서의 삶이 행복합니다. 제 연구 결과가 기업을 살리고 역사를 바꿀 수 있다고 믿기에 저는 늘 최선을 다합니다. 마라톤처럼 힘든 연구를 마치면 그 결과를 아무런 대가 없이 public domain(논문)에 공개합니다. 먼 훗날 후배 연구자가 참고 문헌으로 제 논문을 많이 인용한다면 그것으로 만족합니다.”

그는 최근 햅틱장치(haptic device)를 이용한 원격조종 로봇팔/손 시스템 연구를 시작했다. 방사능지역, 심해, 우주공간 등 사람이 접근하기 힘든 지역에 접근하는 로봇 시스템을 개발하는 것이 그가 세운 새로운 목표다. 그는 4차 산업혁명 시대에 로봇 개발은 필수이며 그중에서도 로봇의 시각·촉감시스템 개발이 선제돼야 한다고 생각한다. 사람은 눈으로 보면서 자연스럽게 3차원으로 사물을 인식하지만 로봇의 3차원 비전 구현 기술은 미흡하다. 로봇이 물건을 만졌을 때 촉감을 느끼는 기술도 마찬가지다. 그는 로봇이 사람을 대신해 힘든 작업을 할 수 있도록 시각·촉각 시스템을 완성하기 위해 오늘도 연구하고 있다. 소음진동공학회, 정밀공학회, 대한기계학회 회원으로 분주히 정보를 공유하며 기술력 향상에 총력을 기울이고 있다.

빡빡한 연구 일정에서도 그는 소박함을 찾는다. 10여 년 전부터 아마추어 재즈 밴드에서 트럼펫을 연주하고 있으며 아마추어 윈드오케스트라에서도 트럼펫을 불고 있다. 공학적인 계산을 하며 설계하는 직업의 만족감을 오래 유지하기 위해 정서적인 음악 활동을 함께 하는 것이다. 삶을 즐기는 여유까지 갖춘 그는 1%의 부족함도 없는 학자이다. 컴퓨터공학을 결합한 지능화된 기계 연구로 4차 산업혁명 시대를 이끌 파수꾼이 되어 우리 곁에 영원히 남을 것이다.


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