휴머노이드 로봇 '관절'의 진화…中, 정밀 가공 기술로 생산 혁신

중국이 차세대 휴머노이드 로봇의 핵심 부품인 ‘관절’의 제조 경쟁력을 획기적으로 끌어올릴 정밀 가공 기술을 확보했다.

최근 휴머노이드 로봇의 보급 속도가 빨라지면서 로봇의 역동적인 움직임과 긴 수명을 좌우하는 초정밀 부품 생산 최적화가 글로벌 제조 업계의 화두로 떠오른 시점이다.

지난 4일(현지시각) 글로벌 타임스(Global Times)와 중국신문망(chinanews.com)의 보도에 따르면, 중국 후난성 샹탄대학교(Xiangtan University) 펑 루이타오 교수팀은 휴머노이드 로봇 관절의 핵심인 ‘대형 피치 고딕 아치형 볼 스크류(Large-pitch Gothic-arch ball screws)’의 친환경 정밀 가공 기술을 개발했다.
연구팀은 이번 성과를 제조 공정 분야 저명 학술지인 ‘저널 오브 매뉴팩처링 프로세스(Journal of Manufacturing Processes)’에 발표하며 관련 이론의 기틀을 마련했다.

복잡한 기하학적 난제… ‘건식 하드 터닝’으로 공정 효율 극대화

휴머노이드 로봇의 관절 구동기(Actuator)에 들어가는 볼 스크류는 로봇의 움직임을 정밀하게 제어하고 큰 하중을 견뎌야 하는 핵심 부품이다. 그러나 나선형 표면의 기하학적 구조가 매우 복잡해 그동안 정밀 가공에 큰 어려움을 겪어왔다.

기존 제조 방식인 연삭(Grinding) 공정은 생산 효율이 낮고 비용이 많이 들 뿐만 아니라, 대량의 절삭유를 사용해야 한다는 치명적인 단점이 있었다. 이는 비용 상승은 물론 환경적 부담을 가중해 고성능 로봇 부품의 대량 생산을 가로막는 요소였다.

펑 루이타오 교수는 “대형 피치 고딕 아치형 볼 스크류는 로봇의 동적 응답 속도와 내구성을 결정짓는 부품”이라며 “기존 공정의 한계를 극복하기 위해 이번 연구에서는 건식 하드 터닝(Dry hard turning) 공정을 도입해 가공 메커니즘을 규명했다”고 설명했다.
연구팀은 이번 연구를 통해 공정 최적화는 물론, 실험적 검증까지 마친 ‘완성된 연구 프레임워크’를 구축했다고 밝혔다.


이번 기술적 돌파구는 단순한 부품 가공법 개선을 넘어, 중국의 고사양 로봇산업 전체의 비용 절감과 생산성 향상으로 이어질 전망이다.

최근 테슬라의 옵티머스, 현대차의 아틀라스 등 글로벌 기업들이 휴머노이드 로봇의 공정 투입 시기를 앞다투어 예고하면서, 핵심 부품의 ‘대량 생산 가능성’은 곧 시장 점유율과 직결되는 상황이다.

시장 전문가들 사이에서는 로봇의 성능뿐만 아니라 ‘얼마나 효율적으로 로봇을 생산할 수 있느냐’가 향후 휴머노이드 로봇 시장의 주도권을 결정할 핵심 변수라는 평가가 지배적이다.

특히 샹탄대 연구팀이 집중한 ‘친환경·고효율 제조’는 갈수록 강화되는 글로벌 탄소 중립 규제와 맞물려 향후 로봇 부품 공급망에서 상당한 경쟁 우위로 작용할 것으로 분석된다.

업계 관계자들은 “이번 성과가 단순 이론에 그치지 않고 실제 산업 현장의 제조 라인에 조속히 이식된다면, 중국 내 로봇 부품 공급망의 자립도는 한층 공고해질 것”이라고 입을 모았다.


이번 연구는 고정밀 부품 가공의 이론적 토대를 제공했다는 점에서 의의가 크다. 연구팀은 앞으로도 고사양 전력 장비 제조 분야의 고질적인 기술 난제들을 순차적으로 해결해 나간다는 계획이다.

글로벌 로봇 시장에서는 단순히 로봇을 설계하는 능력을 넘어, 공정 단계에서부터 비용을 낮추고 내구성을 높이는 ‘제조 기술’이 곧 핵심 원천 기술로 대접받고 있다.

이번 중국 연구진의 가공 공정 혁신은 향후 로봇 시장의 단가를 낮추고 보급을 가속하는 촉매제가 될 것으로 보인다. 로봇산업이 공상과학의 영역에서 실질적인 제조 현장의 중심으로 이동함에 따라, 이러한 정밀 가공 기술을 둘러싼 기술 패권 다툼은 앞으로 더욱 치열하게 전개될 전망이다.


진형근 글로벌이코노믹 기자 jinwook@g-enews.com