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현재 배관 검사는 10m 이내의 범위에서 수동으로 내시경을 배관 내부에 진입시켜 육안 검사를 하거나, 결함이 예상되는 부분 외부에서 X-선, 초음파를 이용하고 있습니다.

이는 정확성이 떨어질 뿐만 아니라 검사 거리가 짧아 배관의 극히 일부로 검사 범위가 한정되는 단점이 있습니다.

발전소나 상하수도 같은 좁은 배관 속을 스스로 이동하며 1㎜ 이하의 미세 결함까지 탐지해 낼 수 있는 로봇이 개발됐습니다.

□ 한국원자력연구원 원자력융합기술개발부 김승호 박사팀이 화력발전소 내부의 지름 10㎝ 배관 속을 100m까지 자유롭게 이동하면서 레이저를 이용해 배관 내부에 존재하는 1㎜ 이하의 이물질, 파임, 돌출 등 미세 결함을 탐지해 낼 수 있는 비파괴 검사 로봇을 개발했습니다.

지름 10㎝ 배관 내부 결함 비파괴 검사 로봇


배관 내부를 3차원으로 재현한 모습

투명 배관에 넣고 작동하는 모습




김승호 박사팀이 개발한 로봇은 4방향에서 발사되는 레이저 주사를 이용, 배관 내부의 모습을 3차원으로 복원한 다음 고화질로 전송함으로써 1㎜ 이하(탐지 가능 최소 크기 0.47㎜) 크기의 미세 결함까지 정확하게 탐지할 수 있습니다.

이동시 0.1㎜ 간격으로 레이저를 발사해서 이동 거리를 측정함으로써 로봇의 위치 좌표와 결함의 발생 위치를 정확히 알아낼 수 있습니다.

특히 크기 대비 출력이 높은 모터를 선택함으로써 소형이면서도 충분한 구동력을 확보하고, 로봇이 배관에 접촉해서 나선형으로 이동하는 나사 구동 방식을 채택, 30㎏의 물체까지 견인할 수 있는 강한 추진력을 얻음으로써 배관 내부를 최대 100m까지 이동할 수 있습니다.

이번에 개발된 로봇은 이물질, 파임, 용접 부위 불량 등 미세 결함으로 인한 배관 파손 및 폭발 가능성을 사전에 탐지할 수 있어, 일차적으로는 화력 발전소 비 가동 기간에 투입돼 배관 안전성 검사에 활용될 예정입니다.

아울러 김 박사팀은 배관 내부의 세 축을 지지점으로 삼아 전진하며 지름 50㎝ 중구경 배관을 검사할 수 있는 로봇도 개발했습니다.


지름 50㎝ 배관 내부 결함 비파괴 검사 로봇

<김승호 박사>

 

○ 성    명 : 김승호 (金承鎬, 만 58세)
 ○ 소속기관 : 한국원자력연구원 원자력융합기술개발부
 
  학    력
  ○ 1972년 ~ 1979년  연세대학교 기계공학과 학사
  ○ 1979년 ~ 1982년  연세대학교 기계공학과 석사
  ○ 1982년 ~ 1988년  연세대학교 기계공학과 박사

  주요경력
  ○ 1982년 ~ 1983년 미국 원자력규제위원회(US NRC) 실무연구원
  ○ 1988년 ~ 2005년 한국원자력연구원 원자력로봇연구실 실장 
  ○ 1995년 ~ 1996년, 2003년 ~ 2004년 제어자동화시스템공학회 이사
  ○ 2007년 ~ 2008년 뉴욕주립대학 교환 과학자
  ○ 2011년 ~ 현재 한국원자력연구원 원자력융합기술개발부장

  주요연구업적
<연구 주제>
    - 원자력 산업용 첨단로봇 기술개발
    - 원자력 산업용 내방사선 로봇 기술개발
    - 화재진압 및 화점탐사 로봇 기술개발
<연구 성과>
    - 연구논문 건수 : 60건
    - 특허출원 : 30건
    - 특허등록 : 50건

posted by 글쓴이 과학이야기

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무병장수는 인간의 근원적인 욕구이고 이를 위해 많은 돈과 노력이 투자되고 있다.
질병의 조기진단은 수명연장에 크게 기여하고 있다.
예를 들면 위 내시경이 보편화 되면서 위암을 조기에 발견할 수 있게 되었고 그 덕분에 위암으로 인한 사망자 수가 급격히 줄었다.
위 속을 눈으로 볼 수 있다는 것만으로도 위암의 위험에서 많이 벗어난 것이다.

그렇지만 위 내시경도 암 덩어리가 눈에 보일 만큼 크지 않으면 소용이 없다.

또한 암인지 여부를 판별하기 위해 조직을 떼어내어 검사해야만 한다.
만약 암을 세포수준에서 발견할 수 있고 또 몸속에서 바로 판별할 수 있다면 암은 더 이상 공포의 대상이 되지 않을 것이다.

KRISS(한국표준과학연구원)에서는 분자수준, 세포수준에서 암세포를 찾아내는 기술을 개발하고 있다. 
비선형 광학 레이저 이미징 기술의 하나인 CARS 현미경이 바로 그것이다.

CARS 현미경을 이용한 생체조직 관찰 실험 장면

일반적으로 생체조직을 자세히 관찰하기 위해서는 조직체에 염색이나 형광물질을 투입해야만 한다.
그런데 이런 형광물질은 독성을 가지기 때문에 생체조직에 사용하기 어렵다.
그런데 CARS 현미경은 아무런 형광물질을 사용하지 않아도 생체를 관찰할 수 있기 때문에 그런 점에 있어서는 안전하다.
그리고 세포를 볼 수 있을 만큼 해상도가 높고, 3차원으로 관찰할 수 있다는 점에서 기존의 여러 이미징 기술보다 우수하다.

염색이나 형광물질 없이 생체 세포를 관찰할 수 있기 때문에 CARS 현미경은 신약개발을 위한 도구로 사용될 수 있다.
생체에 투입된 약물이 세포수준에서 어떻게 반응하는가를 볼 수 있어 빠른 시간에 약효를 판별할 수 있다.
이로 인해 전임상 시험에 막대한 돈과 시간이 소요되는 신약개발 연구에 사용될 수 있는 중요한 기술이다.
이러한 KRISS의 CARS 현미경 기술은 세계적으로 선도그룹 수준이다.

현재 KRISS에서는 CARS 현미경을 내시경 형태로 개발하는 연구가 진행되고 있다.
이를 위해 레이저빔을 인체내부로 이송시키고 영상신호를 받아들이는데 특수 광섬유를 이용하는 기술을 개발하고 있다.
CARS 현미경 기술은 바이오 의료기기 분야에서 우리나라의 성장 동력으로 앞으로 큰 영향력을 발휘할 것이다.

<이호성 KRISS 미래융합기술부장>

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