테슬라의 2세대 휴머노이드 로봇인 옵티머스(Optimus)는 더욱 부드러워진 보행 자세 제어 외에도 쉽고 정확하게 알을 집고 배치하는 능력이 인상적이다. 매끄럽고 꾸준한 잡기는 로봇의 세련된 손 제어 기능을 보여줍니다.
휴머노이드 로봇의 능숙한 손은 일반 산업용 로봇의 엔드 이펙터와는 완전히 다른 인간의 운동학을 기반으로 설계된 특수 엔드 이펙터입니다. 일반 산업용 로봇 엔드 이펙터는 집기나 용접과 같은 특정 작업만 수행할 수 있는 반면, 여러 센서와 자유도로 지원되는 민첩한 손은 인간의 손 기능을 모방할 수 있습니다. 휴머노이드 로봇 시장의 성장 추세에 따라 이러한 민첩한 손에 장착된 중공 컵 모터도 큰 주목을 받았습니다.
로봇의 엔드 이펙터란 로봇의 모서리(관절)에 부착되어 특정 기능을 수행하는 모든 도구로서 로봇이 작업을 완료하는 데 필요한 도구를 말합니다. 엔드 이펙터는 로봇의 부하와 작동 정밀도를 결정합니다. 애플리케이션 요구 사항을 기반으로 하는 기존 산업용 로봇 엔드 이펙터는 일반적으로 그리핑, 리프팅 또는 용접과 같은 단일 유형 작업만 수행할 수 있습니다. 다용도성은 제한되어 있으며 인간 손의 유연성과는 거리가 먼 특정 시나리오 또는 극소수의 유사한 시나리오에만 적합합니다.
휴머노이드 로봇의 엔드 이펙터인 손재주가 있는 손은 인간의 손 기능을 매핑하여 일상 생활에서 발견되는 다양한 도구와 도구를 보다 쉽게 사용할 수 있도록 해줍니다. 손재주가 없으면 휴머노이드 로봇은 진정한 지능을 지닌 로봇이라고 할 수 없습니다. Optimus 2.0의 소개 영상에서 Tesla는 11개의 자유도를 갖춘 더욱 반응성이 뛰어난 손재주를 장착했습니다.
로봇의 자유도는 모션 유연성, 다양한 작업 처리 능력, 최대 작동 성능을 반영합니다. 일반적으로 자유도가 높을수록 로봇이 인간의 손 기능에 더 가까워지고 제어의 복잡성도 증가합니다. 산업용 로봇은 일반적으로 6자유도를 초과하지 않으며, 대부분은 3~4자유도에 불과합니다.
Optimus 2.0의 엔드 이펙터는 11개의 자유도를 자랑합니다. 자유도가 높을수록 구조가 더 복잡해지고 모터 요구 사항도 높아집니다. 손 공간이 제한되어 있으므로 사용되는 모터는 소형이어야 합니다. 민첩한 손을 제어하는 모터에는 빠른 응답, 정확한 시작-정지, 높은 토크, 작은 크기가 필수적입니다.
중공 컵 모터는 소형, 고정밀 모터의 대표로서 손재주가 뛰어난 손에서 대체할 수 없는 역할을 합니다. 중공 컵 모터는 브러시리스 버전과 브러시 버전으로 모두 제공되는 코어리스 구조의 특수한 유형의 DC 영구 자석 서보 모터입니다. 코어리스 구조로 코어에 의한 에너지 손실을 없애 무게와 기계적 에너지 손실을 줄여 매우 높은 효율을 달성합니다.
또한 질량 관성이 감소된 중공 컵 모터는 높은 토크와 결합하여 매우 짧은 기계적 시간 상수로 동적 구동을 달성할 수 있습니다. 이러한 특성은 휴머노이드 로봇의 요구 사항과 완벽하게 일치합니다.
### 휴머노이드 로봇을 활용한 중공컵 모터 개발 가속화
NTCysd의 추정에 따르면 중공 컵 모터의 세계 시장 규모는 2022년 7억 달러였으며 2028년에는 12억 달러에 이를 것으로 예상됩니다. 이 예측은 휴머노이드 로봇의 잠재적인 수요 급증을 고려하지 않습니다. Optimus 2.0에서 Tesla는 6개의 중공 컵 모터를 사용하여 11개의 자유도를 달성하며 모터당 단가는 $150-$300입니다. 이번 물량을 바탕으로 향후 휴머노이드 로봇 개발은 휴머노이드 로봇 분야에서만 중공 컵 모터 시장 규모를 크게 확대할 것으로 기대된다.
현재는 Maxon, Faulhaber, Portescap과 같은 회사들이 중공 컵 모터 시장을 일찍부터 시작하여 이 분야를 선도하고 있습니다. 중국에서는 여러 모터 제조업체가 이 블루오션 시장의 막대한 미래 수요를 충족하기 위해 고성능 중공 컵 모터를 제공할 수 있거나 생산할 계획을 갖고 있습니다.
Optimus와 같은 휴머노이드 로봇이 최종 시장에 점진적으로 적용됨에 따라 중공 컵 모터에 대한 수요는 의심할 여지 없이 크게 증가할 것입니다.
### 중공컵 모터에 반영된 고성능 마이크로 모터의 급속한 개발
중공컵 모터는 DC 모터, 영구자석 모터, 서보 모터의 일종으로 마이크로 모터로도 분류할 수 있습니다. 마이크로 모터는 일반적으로 수백 밀리와트에서 수백 와트에 이르는 출력을 가지며 프레임 직경이 160mm를 초과하지 않거나 중심 높이가 90mm를 초과하지 않는 전기 기계 제품을 의미합니다.
앞서 첨단 모터 제어 기술 세미나에서는 마이크로 모터에 대한 보고가 있었는데, 시장 수요에 힘입어 전체 마이크로 모터 분야, 특히 작은 크기와 높은 토크를 갖춘 고성능 마이크로 모터가 급속한 성장을 겪고 있음이 부각됐다. 중공 컵 모터는 이러한 추세의 한 예일 뿐입니다.
Grand View Research의 분석 보고서에 따르면, 2022년 전 세계 마이크로 모터 시장 규모는 400억 7천만 달러였습니다. 소형, 고성능 장비를 달성하기 위한 소형화 요구로 인해 마이크로 모터 분야가 급속도로 발전하고 있으며, 향후 5년간 연평균 성장률 6.2%가 예상됩니다.
자동차 분야에서는 휴머노이드 로봇 외에도 고성능 마이크로 모터에 대한 수요가 늘어나고 있습니다. 2022년에는 자동차 부문이 가장 큰 마이크로 모터 시장이었습니다. 도어 잠금 장치, 백미러, 창문, 전동 시트, 냉각 팬, 워터 펌프, 와이퍼, 선루프, 클러치, 콘덴서, 스티어링 휠을 포함한 다양한 차량 내 시스템에는 모두 더 작고 가벼운 모터가 필요합니다.
고성능 자동차 마이크로 모터는 작은 크기로 정확하고 안정적인 구동을 제공하여 보다 효율적인 모션 제어를 달성하고 차량 성능, 안전 및 편안함을 보장하는 동시에 높은 에너지 효율성을 유지합니다. 또한 잠김 방지 제동 시스템과 같은 안전 시스템에도 고성능 마이크로 모터의 사용이 증가하고 있습니다.
고성능 중공 컵 모터로 대표되는 마이크로 모터는 더 작은 프레임에서 뛰어난 모터 성능을 구현하는 것을 가능하게 합니다. 앞으로 중공 컵 모터뿐만 아니라 작은 크기, 빠른 응답, 정확한 시작-정지 및 높은 토크를 갖춘 고성능 마이크로 모터가 다양한 산업 분야에서 더 많은 응용 분야를 찾을 것이며 모터 개발의 중요한 방향을 제시할 것입니다.
