4차산업혁명에서 인공지능이 차지하는 부분은 가히 혁명적으로 불리울 만큼 막대한 영역을 차지한다. 4차 산업혁명이 가져오는 변화 기술의 진화가 사회, 경제, 생활의 방식을 변화시켜 산업구조, 업무 및 생산방식, 서비스, 고용구조의 변화가 일어나고 생활에서는 드론, 자율 주행차, 로봇, 3D프린터, 가상/증강현실, 소셜미디어 등에 다양한 변화가 일어나 사람간의 관계 방식 변화 일자리 및 부의 분배 이슈 발생할 것이다.
경남대학교 기계공학부 나언주 교수가 이러한 4차 산업혁명 흐름에 발맞춰 최선의 노력을 경주하고 있다. 일체형 자기 베어링과 햅틱 장치를 활용한 원격 조종 로봇 팔/손 시스템 연구에 전력을 다하고 있는 나 교수는 메카트로닉스시스템을 전공하였으며 21세기 전문지식과 실천역량을 갖춘 인재를 양성하는 경남대학교 기계공학부 전임교수로 재직중이다. 경남대학교 기계공학부는 창의적 기술 교육을 통하여 인류생활 향상에 기여하는 전문 기계기술자를 양성하고 급변하는 첨단 기술 세계에 대한 능동적 적응능력을 갖춘 기계 기술 인력을 양성하는 학부로 다가올 미래에 맞게 창의적 기술 교육과 인류생활 향상에 기여하는 전문 기계기술자를 양성하고 급변하는 첨단 기술 세계에 대한 능동적 적응능력을 갖춘 기계 기술 인력을 양성하고 있다.
나언주 교수의 주전공 분야는 자기 베어링 연구로 회전 기계가 고장 나거나 유지 및 보수, 관리할 때 일체형 자기 베어링을 분해하는 애로사항을 줄이기 위한 연구에 심혈을 기울였다. 그 결과 기존 일체형 자기 베어링의 단점을 완벽하게 개선한 ‘릴럭턴스 힘을 이용한 디스크리스 반경방향-축방향 일체형 자기 베어링 개발’에 성공하며 연구 인생에 한 획을 그었다. 개발한 일체형 자기 베어링은 기존 일체형 자기 베어링과 다르게 장점이 무궁무진하다. 모터, 발전기, 컴프레서 등 모든 회전기계의 필수 요소부품이 베어링이다. 전통적인 구름베어링(볼베어링)은 저렴한 가격에 요구 성능을 만족시킬 수 있어 대부분의 회전기계에 사용되지만 수명이 있어 일정시간 후에는 교체해줘야 하고 마찰열 때문에 고속회전에 한계가 있다. 자기베어링은 전자석, 영구자석에서 발생된 자기력을 이용하여 회전하는 축을 기계적인 접촉이 없이 지지하는 메카트로닉스 시스템이다.나언주 교수는 “자기베어링이 80년대부터 미국, 유럽을 중심으로 연구되었고 많은 선배 연구자들의 노력 덕분에 현재는 각종 회전기계에 적용하여 상용화할 수준에 이르렀다. 자기베어링은 보통 2개의 반경방향 베어링과 1개의 축방향 자기베어링으로 구성되는데 각각의 베어링이 차지하는 공간으로 인하여 시스템의 크기가 커지고 회전축도 길어지게 된다. 이러한 공간적인 제약을 개선하기 위해서 반경방향 자기베어링과 축방향 자기베어링을 결합한 일체형 자기베어링이 연구되기 시작했고 소형 경량화에 유리하다. 하지만 이러한 형태의 일체형 자기베어링은 축방향 디스크를 가진 구조로 분해조립의 어려움이 따른다. 일체형 자기베어링은 축방향의 제어에 릴럭턴스 힘을 이용하여 축방향 디스크를 없앤 구조로서 시스템 유지 보수시에 분해조립이 훨씬 용이한 장점이 있다. 회전기계의 고장 또는 유지보수 시에 일반적인 베어링 시스템은 축방향 디스크 때문에 회전축을 분리하려면 전체 시스템을 분해해야하는데 이런 수고를 줄여보자는 목적으로 본 연구가 추진되었고 성과를 내게 되었다. 축방향 베어링에는 반드시 지지할 수 있는 디스크가 필요하다는 고정관념을 깨는 것이다. 특정한 자기력(릴럭턴스 힘)을 이용하면 디스크 없이도 축방향의 힘을 제어할 수 있다. 모든 회전기계에 자기베어링을 적용할 수 있지만 고가의 제작비로 인해서 현재 적용하고 있는 분야는 초고속 고부가가치 회전기계에 한정된다. 예를 들면 고진공 터보분자펌프, 인공심장용 원심형 혈액펌프, 우주용 플라이휠 에너지 저장장치, 초고속 원심분리기(우라늄) 등이 바로 그것.”이라고 밝혔다.
나언주 교수가 최근에 가장 포커스를 두고 있는 분야는 다름 아닌 로봇 분야다. 그는 “현재까지도 손이 자연스럽게 움직이는 로봇은 거의 없다고 봐도 무방하다. 이를 구현하는 게 정말 힘들다. 동물은 근육이라는 시스템이 있어 큰 파워를 발생시키는데 반해 로봇의 모터는 힘이 현저히 떨어진다. 힘을 증가시키기 위해 모터에 기어박스를 부착하면 크기가 커지고 소형화가 힘들기 때문에 자기력을 활용하여 큰 힘이 발생할 수 있도록 인공근육 형태의 새로운 구동기 연구개발에 박차를 가하고 있다. 아울러 로봇의 시각, 촉각시스템을 개발하는 것에 전력을 다해 심해, 우주 공간, 방사능 지역 등 위험한 지역에 로봇이 사람 대신 쓰일 수 있도록 최선을 다하겠다.”고 의지를 표했다.
나언주 교수는 원격지에 있는 로봇을 제어하고 로봇이 외부환경과 접촉할 때 촉감을 사용자에게 전달하여 현실감을 느끼게 하는 도구인 햅틱장치(haptic device)를 독자 개발하였고 이를 이용한 원격 조종 로봇 팔/손 시스템 연구에 사활을 걸고 있다. 4차 산업혁명 시대의 열쇠는 당연히 로봇이며, 이를 위해 선행되어야 하는 것이 바로 로봇의 시각, 촉각 시스템 개발이라는 것이다. 아직까지도 로봇의 3차원 비전 구현 기술은 걸음마 단계다. 물건을 만졌을 때 느끼는 촉감 기술도 사람의 그것과는 현격한 차이를 보이는 것이 사실이다. 이를 보완 및 개선해야 로봇이 진정으로 사람을 대신해 어려운 작업도 할 수 있는 것은 물론 4차 산업혁명의 상징이 될 수 있다. 이에 향후 10년간 나언주 교수는 이 분야에 자신의 모든 것을 걸겠다는 각오다. 그리하여 반드시 지금보다 진일보된 로봇이 상용화될 수 있도록 연구를 멈추지 않겠다고 포부를 나타냈다.
연구자로서는 먼 훗날 후배 연구자가 논문에서 많이 인용하는 기억에 남는 연구성과를 내는 것이 꿈이라 말하는 나언주 교수는 “4차 산업혁명 시대가 열리면서 여러 직업군이 인공지능로봇으로 대체되고 사라질 수 있다. 인공지능로봇이 대체할 수 없는 창의적인 직군만이 살아남을 것으로 예상되기 때문에 학생들이 좀 더 창의적이고 문제해결능력을 길러주는 것을 목표로 하고 있다.” 며 “수년간의 힘든 연구를 하고 그 결과를 아무런 댓가 없이 public domain 즉 논문에서 공개하고 이를 후배 연구자가 논문에서 참고문헌으로 인용하는 것이면 자신은 만족한다.”고 말해 학자로서 명예와 그의 연구, 개발에 기대치가 높아지는 이유이기도 하다.
세계적 권위의 3대 인명사전 중 하나인 마르퀴즈 후즈 후(Marquis Who‘s Who)의 ‘Who’s Who In The World 2019’에 등재된 나언주 교수는 메카트로닉스시스템의 한 분야인 자기 베어링을 연구해 국제학술지(SCI, SCIE)에 10여 편을 게재했다. 또 최근에는 원격지에 있는 로봇을 제어하고 로봇이 외부환경과 접촉할 때 촉감을 사용자에게 전달하여 현실감을 느끼게 하는 도구인 ‘햅틱장치’를 독자 개발해 국제학술지(SCI, SCIE)에 2편을 게재하기도 했다.