물의 회복탄력성을 높이는 경로를 안내하는 ACWA Robotics의 자율 로봇

전 세계 상하수도 시스템의 어려움을 해결하기 위해 ACWA Robotics는 파이프를 탐색하면서 누수를 감지하고 최적화된 방식으로 보수를 진행하는 혁신적인 자율 로봇을 개발했습니다. 이 프랑스 스타트업 기업이 기술을 통해 어떻게 지속가능성을 높이고 귀중한 수자원을 보존하는지 알아보세요.

이미지 제공: ACWA Robotics.

엔지니어들이 ACWA Robotics 테스트 모델을 수도관 안에 넣고 있는 모습.

마크 드 울프(Mark de Wolf)

2024년 9월 4일

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전 세계의 수자원 시스템은 인구 증가, 도시의 무분별한 확장, 기후 변화의 무게로 인해 압박을 받고 있습니다. 깨끗한 물에 대한 요구가 증가하고 있지만 파이프 누수로 인해 수조 갤런의 물이 손실되고 있습니다.
시급한 환경 문제에 대응하기 위해 설계 및 제작 기업은 지속가능성을 우선순위로 삼고 있습니다. 프랑스의 스타트업 기업 ACWA Robotics와 같은 혁신 기업은 기술을 활용하여 지속가능성 문제를 해결하고 새로운 비즈니스를 구축하는 솔루션을 개발합니다.
ACWA의 특별한 자율 로봇은 상하수도 시스템의 파이프 내부를 이동하면서 주의가 필요한 영역에 대한 데이터를 수집하도록 설계되었습니다. 이를 통해 비용이 많이 드는 수리 및 배관 교체를 최적화하고 귀중한 수자원을 보존할 수 있습니다.

전 세계의 상하수도 시스템은 큰 부담을 안고 있습니다. 나날이 인구가 증가하고 많은 건물이 들어서고 있지만 오래된 파이프는 더욱 노후화되고 있습니다. 미국에서는 수조 갤런의 식수가 파이프 누수 및 파손으로 인해 손실되고 있어, 미국의 낡은 상수도망을 수리하려면 향후 20년 동안 6,250억 달러의 수리 비용이 발생할 수 있습니다.

깨끗한 물의 공급이 시급한 세계적 문제가 되었지만 기후 변화는 이러한 문제를 더욱 악화시킬 것입니다. 올해 요하네스버그에서는 단수 사태가 발생했고, 멕시코시티에서는 수도관과 수도가 노후화되어 최대 40%의 물이 손실되고 있습니다.

하지만 희망은 있습니다. 전 세계의 설계 및 제작 회사들이 지속가능성을 최우선 과제로 심각한 환경 문제에 대응하고 있습니다. 오토데스크의 2024 State of Design & Make(영문) 보고서에 따르면 산업 전반에 걸쳐 97%의 기업이 지속가능성을 개선하기 위한 조치를 취하고 있습니다. 그들은 환경 목표를 달성하기 위해 기술을 활용하면서 혁신적인 솔루션을 개발하고 새로운 사업을 구축할 수 있는 기회를 탐색하고 있습니다.

프랑스의 스타트업 기업 ACWA Robotics도 그런 회사 중 하나입니다. 이 회사는 보다 효율적인 물 관리를 위한 데이터를 수집하기 위해 파이프 시스템을 탐색하는 로봇 솔루션을 개발하여 수자원 산업이 직면한 중요한 당면 과제를 해결합니다.

상수도 시스템 개선의 비전

ACWA의 분절된 원통형 자율 수중 로봇이 테스트 파이프에 적재되기를 기다리고 있습니다.

ACWA의 자율 수중 로봇이 상수도 시스템 파이프 내부의 조건을 시뮬레이션하는 테스트 환경에 적재되기 위해 대기하고 있습니다. 이미지 제공: ACWA Robotics.

"ACWA는 Autonomous Clean Water Appliance의 약자입니다."라고 ACWA Robotics의 전무 이사인 장 프랑스와 귀더도니(Jean-François Guiderdoni)는 말합니다. "전 세계적으로 4천만 킬로미터에 달하는 파이프가 건물, 주택, 기업에 깨끗한 물을 공급하고 있지만 이 중추적인 물 분배 시스템을 통해 운반되는 과정에서 손실되는 물의 양은 평균적으로 20%~40%에 달합니다. 실로 엄청난 양이며 이 문제는 파이프의 상태와 관련이 있습니다."

이 상황을 개선하기 위해 상수도 회사는 더 많은 파이프를 수리 및 교체하여 물 손실을 줄여야 합니다. 그러나 귀더도니는 "모든 인프라가 오래 전에 설치되고 묻혔기 때문에 언제 어떤 부분을 교체해야 할지 정확히 알기가 어렵습니다."라고 말합니다.

상수도 시스템 운영자에게 필요한 정보를 제공하기 위해 ACWA Robotics는 물 공급을 중단하지 않고 자체적으로 수 마일의 파이프를 탐색할 수 있는 관절형 모듈식 로봇을 개발하는 데 앞장섰습니다. 구부러지고 회전하면서 데이터를 수집하는 이 로봇은 취약한 부분, 누수 위치를 여러 개의 센서를 통해 정확히 파악하고, 잠재적인 문제 지점을 파악하여 상수도 회사가 효율적인 조치를 취할 수 있도록 도와줍니다.

엔지니어가 도달할 수 없는 곳까지 찾아가는 스마트 로봇

로봇은 수도관을 탐색하며 수중에서 파이프 상태와 잠재적인 문제 지점에 대한 데이터를 수집합니다. 이미지 제공: ACWA Robotics.

이 지능형 파이프 로봇의 제작 목적은 상수도망의 현재 상태에 대한 완전한 데이터를 수집하는 것입니다. "우리는 공급관 또는 본관이라고 부르는 대형 파이프를 조사합니다."라고 귀더도니는 말합니다. "이러한 파이프가 파손되면 도시나 동네 전체에 영향을 미쳐 막대한 재정적 손실을 초래하고 도시 전체의 활동을 중단시킬 수 있습니다."

로봇은 고화질 이미지와 비파괴 검사(NDT) 기술을 활용하여 파이프 직경, 다양한 위치에서 파이프의 현재 두께, 부식이 발생한 영역과 같은 지표를 포착합니다. 현재 상태에 대한 평가 외에도 ACWA의 로봇은 고정 센서로는 탐지 불가능한 수온, pH, 유속 및 탁도 수치를 수집하여 수질과 성능을 개선할 수 있습니다.

파이프라인을 따라 가는 로봇의 경로는 여정이 시작되기 전에 설정됩니다. 각 지점은 경도, 위도 및 해발 고도 같은 지리적인 좌표로 참조됩니다. 회사는 40cm 오차 범위 내로 위치를 보정할 수 있다고 말합니다. 로봇은 임무를 완수한 후 진입 지점이나 미리 정의된 출구로 이동합니다.

로봇에 생명을 불어넣다

관절형 로봇의 렌더링이 로봇이 수도관을 통과하기 위해 구부린 모습을 보여줍니다. 이미지 제공: ACWA Robotics.

처음부터 ACWA의 과제는 상수도 파이프를 탐색할 수 있을 만큼 작고 유연한 장치, 즉 물의 흐름을 방해하지 않을 정도로 작지만 데이터 수집에 필요한 시스템을 장착할 수 있는 크기의 장치를 설계하는 것이었습니다.

이 회사는 Autodesk Fusion을 통해 본체가 알루미늄으로 제작되고 250개의 부품으로 이루어진 로봇을 설계했습니다. 유일하게 사전 제작된 부품은 모터, 볼 베어링, 샤프트 씰, 너트 및 볼트, 배터리입니다. 다른 모든 것은 로봇을 위해 특별히 설계되었습니다.

로봇의 설계 그룹은 기계 설계와 전자 설계의 두 팀으로 나뉩니다. Fusion은 두 팀이 원활하게 협업하여 2D 및 3D 청사진, 3D 렌더링 이미지, 맞춤형 회로 기판, 전자 카드, 기계 부품을 제작할 수 있도록 지원했습니다. 각 팀은 응력 및 열 시뮬레이션에 대한 정확한 분석을 수행하고 수집하기 위해 Fusion Simulation Extension을 사용합니다.

AI를 통한 독립성 구축

엔지니어 두 명이 테스트를 위해 사전 제작된 ACWA 자율 로봇 모델을 지상에 설치된 대형 파이프로 운반하고 있습니다.

ACWA Robotics는 최대 수압 250PSI와 유속 1.5m/s까지 올리는 혹독한 조건의 시뮬레이션에서 자율 로봇을 테스트했습니다. 이미지 제공: ACWA Robotics.

파이프 이동 로봇이 수집한 데이터는 누수 식별에 그치지 않고 파이프의 구조적 평가 기준을 수립하는 역할을 담당합니다. 귀더도니는 "콘크리트 파이프에 부식, 접합부 결함 또는 균열이 많은 지점을 고객에게 알려줄 수 있으며 이 정보를 통해 누수가 발생하기 전에 조치를 취할 수 있습니다."라고 덧붙입니다.

구조적 평가 정보는 "상수도 회사가 수리를 해야 하는 위치, 조치를 취할 필요가 없는 위치, 올해 또는 2년, 3년, 4년 또는 5년 후에 파이프 교체 위치를 결정하는 데 도움이 되는 일련의 단서"를 제공할 수 있다고 그는 말합니다. "최종 목표는 상수도 업체에 파이프의 상태와 예산을 어떻게 사용해야 하는지에 대한 매우 명확한 관점을 제공하는 것입니다."

향후 개발 단계에서는 ACWA 로봇에 AI(인공 지능)를 도입하여 데이터 수집 방법을 개선할 것입니다. "AI는 로봇이 임무 수행 중에 동적으로 대응할 수 있게 해줄 것입니다."라고 그는 말합니다. “예를 들어, 로봇은 수도관 내부에서 사진을 찍을 수 있고 균열을 감지할 수도 있습니다. 특정한 모양과 길이의 균열을 발견하면 로봇은 멈추고 더 자세히 살펴봅니다. 이밖에도 AI를 활용하면 다양한 방식으로 더욱 정확한 데이터를 수집하면서 파이프 유지보수를 적극 지원할 수 있습니다.”

새로운 인재 유치에 초점을 맞춘 지속가능성

ACWA 자율 로봇을 든 작업자가 다른 작업자가 대기하고 있는 유지보수 맨홀 옆에 무릎을 꿇고 있습니다.

코르시카 섬의 ACWA 본사 도시인 바스티아에 있는 수도 회사인 Aqua Publica에서 작업자가 프로토타입 로봇을 시범 적용하고 있습니다. 이미지 제공: ACWA Robotics.

ACWA Robotics의 기술은 계속 발전하고 있지만, 숙련된 인재 채용은 설계 및 제작 산업(영문)의 많은 기업과 마찬가지로 이들에게도 지속적인 과제입니다. 귀더도니는 "인재를 찾고 유치하는 것은 어려운 일이며, 특히 엔지니어의 경우 더욱 그렇습니다."라고 말합니다. "적임자를 찾는 것이 우리에게는 중요합니다."

“중요한 지속가능성 문제 해결”이라는 ACWA의 사명은 인재 채용 시 회사의 매력도를 높여주는 큰 이점으로 작용합니다. State of Design & Make에 따르면 비즈니스 리더의 72%(영문)는 지속가능성을 인재 유치의 가장 중요한 요소로 꼽았습니다.

귀더도니는 젊은 직원들에게 보상과 도전적인 업무 외에도 세상에 긍정적인 영향을 미치고자 하는 마음가짐이 동기 부여 요소로 작용한다고 말합니다. 그는 "새로운 세대는 지속가능성을 위해 일하고 영향력을 미치고자 합니다."라고 말합니다. "우리와 함께 하는 사람들은 기술적으로 도전적인 업무를 수행하면서 자신이 하는 일이 세상에 미치는 영향력을 직접 확인할 수 있습니다. 그들은 자신이 기계의 톱니바퀴가 아니라는 것을 알고 있습니다."

세류에서 급류로

오늘날의 상하수도 시스템 관리자는 인프라 투자에 대한 결정이 차질을 빚게 만드는 낭비, 인식 부족, 태만과 같은 과제를 해결해야 하는 압박에 직면해 있습니다.

"물 속에서는 모든 것이 천천히 변합니다."라고 귀더도니는 말합니다. "우리는 상당히 보수적인 환경에서 신기술을 도입하고 있지만 지금 세상에는 혁신과 변화의 흐름이 일고 있습니다. 과거에 상하수도 회사에서는 '어느 정도의 물 낭비는 원래 있는 것이고 문제가 있으면 가격을 올려야 한다’고 말해 왔습니다. 그러나 그들은 가격이 임계치에 도달했다는 것을 알게 되었고 이제 너무 높아진 가격 때문에 성과를 높이기 위한 노력을 시작했습니다."

"미디어의 압력, 기업의 압력, 새로운 규정, 유럽연합 집행위원회(European Commission) 또는 정부의 인센티브 등 지속가능성에 대한 압력은 다양한 곳에서 가해집니다. 정부와 기업은 모두 지속가능성에 많은 경제적 잠재력이 있다는 것을 깨닫고 있으며, 그리고 실제로 가치를 창출하고 선순환이 이루어지고 있습니다.”

- 장 프랑수와 귀더도니(Jean-François Guiderdoni), ACWA Robotics 전무 이사

보다 환경 친화적인 방식으로 행동해야 한다는 압력도 증가하고 있습니다. State of Design & Make 보고서에 따르면, 기업 5곳 중 4곳은 모든 영역의 이해 관계자의 요구에 따라 지속가능성 조치 채택(영문) 에 대한 압박을 받고 있습니다. "미디어의 압력, 기업의 압력, 새로운 규정, 유럽연합 집행위원회(European Commission) 또는 정부의 인센티브 등 지속가능성에 대한 압력은 다양한 곳에서 가해집니다. "정부와 기업은 모두 지속가능성에 많은 경제적 잠재력이 있다는 것을 깨닫고 있으며, 그리고 실제로 가치를 창출하고 선순환이 이루어지고 있습니다.”

상수도 회사는 기후 변화로 인해 증가한 수요에 맞서 싸우면서 기존 자원의 가치를 최대한으로 활용해야 합니다. 이는 지속가능성의 핵심 원칙입니다. 귀더도니는 최근 업계의 혁신으로 인해 수도관의 누수를 스마트하고 정확하게 찾을 수 있는 신기술이 급증했다고 말합니다. "다음 단계를 주도할 것은 자산 관리입니다. 즉, 파이프가 터지기 전에 조치를 취해야 합니다."라고 그는 말합니다. "사람들은 이제 물, 특히 배수 인프라에 대해 신속하게 조치를 취해야 한다는 사실을 깨달았습니다. 앞으로 몇 년 동안 이루어질 상수도 회사의 변화를 우리가 지원할 수 있다는 것을 보여주고 영향력을 미칠 수 있게 되어 기쁩니다."

마크 드 울프(Mark de Wolf) 소개

마크 드 울프는 기술 분야 전문의 프리랜서 저널리스트이자 수상 경력에 빛나는 카피라이터입니다. 토론토에서 출생해, 런던에서 성장했으며, 취리히에 살고 있습니다. markdewolf.com을 통해 그에게 연락하세요.