사람 대신 철도 화물차를 칠하는 로봇 도장 공장

스프레이 캔으로 자전거 프레임이나 낡은 의자를 칠해 본 적 있나요? 처음엔 쉬워 보이는데, 손이 잠깐만 멈춰도 그 자리에서 페인트가 주르륵 흘러내려요. 그렇다면 철도 화물차 한 대를 통째로 칠해야 한다면 어떨까요? 이 글은 그 막막한 질문을 따라가 보는 이야기예요.

이미지 출처: NASA

철도 화물차를 칠하는 공장에는 무엇이 들어섰을까요?

캐나다 온타리오주 미시소가의 Vadeko International이 Canadian National Railways(CN)를 위해 로봇 도장 시스템을 개발했어요. 철도 화물차를 칠한다고 하면 커다란 붓을 든 사람들이 먼저 떠오르지 않나요? 그 공장의 구조를 하나씩 따라가 볼게요.

이 로봇 도장 공장에는 나란히 놓인 도장 부스 한 쌍이 있어서 호퍼카 두 대를 동시에 칠할 수 있어요. 계산대가 나란히 열린 마트를 떠올려 보세요. 줄이 여러 갈래로 나뉘어 흘러가는 풍경과 닮지 않았나요? 한 곳이 붐벼도 옆 계산대가 열려 있으면 마음이 한결 놓이잖아요.

각 부스에는 로봇이 세 대 있어요. 그중 둘은 벽에 설치된 레일을 따라 움직이며 외부를 분사해요. 세 번째 로봇은 철도차량 지붕의 해치를 통해 내려가 내부를 칠해요. 페인트칠을 해 본 분이라면 겉면과 안쪽이 전혀 다른 작업이라는 걸 아실 거예요.

여러 개의 팔이 한자리에서 움직이는 장면은 북적이는 주방과 비슷해요. 한 명이 국을 젓는 동안 동료는 불 앞에서 팬을 흔들고, 막내는 오븐 안쪽을 살피잖아요. 각자 맡은 자리가 달라야 서로 부딪히지 않고 일이 흘러가요.

로봇 팔이 페인트를 고르게 입히는 원리는 무엇일까요?

스프레이 노즐은 액체 페인트를 아주 가는 구멍으로 밀어내면서 눈에 보이지 않을 만큼 작은 알갱이로 쪼개요. 이 알갱이들이 안개처럼 퍼져 날아가다가 표면에 닿으면 서로 이어 붙으면서 얇은 막이 돼요. 분무기로 물을 뿌릴 때 물방울이 퍼지는 모습과 크게 다르지 않아요.

문제는 손으로 칠할 때 거리와 속도가 조금씩 흔들린다는 점이에요. 노즐이 표면에 가까울수록, 또 천천히 움직일수록 한 자리에 쌓이는 알갱이가 많아져서 도막이 두꺼워지고 흘러내려요. 반대로 멀어지거나 서두르면 그 자리는 얇고 듬성듬성해져요.

그래서 얼룩 없이 칠하는 요령은 늘 같아요. 같은 거리에서 같은 속도로, 지나간 줄을 살짝 겹쳐 가며 움직이는 거예요. 정해진 경로를 정확히 반복하도록 컴퓨터가 움직임을 짜 두면 기계 팔은 이 요령을 지치지 않고 되풀이할 수 있어요.

이런 반복과 정밀함은 우주 작업에서도 꼭 필요한 성질이에요. 사람이 들어가기 어렵거나 위험한 환경에서는 정해진 동작을 정확히 되풀이하는 로봇 팔과 멀리서 다루는 제어 장치가 큰 역할을 해요. 사람 대신 움직이는 기계는 위험을 줄이고 작업 결과를 일정하게 유지해 주기 때문이에요.

이미지 출처: NASA

작업 시간과 코팅은 무엇이 달라졌을까요?

이전에 이 작업은 32시간이 걸렸어요. 로봇은 같은 작업을 4시간 안에 할 수 있어요. 퇴근까지 남은 때를 시계로 헤아려 본 적이 있다면 이 차이가 어떤 무게인지 짐작이 갈 거예요. 기다림이 길어질수록 하루가 얼마나 느리게 가는지 우리는 잘 알아요.

로봇 시스템은 더 철저한 코팅을 입혀요. CN은 이 시스템으로 호퍼카의 유용 수명이 두 배가 되고 비용 효율이 좋아질 것으로 기대해요. 베란다 난간의 페인트가 몇 해 만에 일어나 벗겨지는 모습을 본 적이 있을 거예요. 칠이 얼마나 꼼꼼하게 입혀졌는지가 오래가는 정도를 좌우한다는 걸 우리는 생활 속에서 알고 있어요.

로봇의 움직임과 도장 과정은 완전 컴퓨터화된 시스템이 제어해요. 세탁기에서 코스 버튼을 누르면 물 받기와 헹굼이 차례로 이어지는 것과 닮은 구석이 있어요. 버튼 하나로 정해 둔 순서가 이어지는 편리함을 우리는 이미 집에서 누리고 있잖아요.

겨울마다 자전거를 세워 두는 베란다 난간을 보면 칠이 어떻게 벗겨지는지 눈에 들어와요. 가장자리나 모서리처럼 칠이 얇아지기 쉬운 곳부터 녹이 슬기 시작하는 걸 본 적이 있을 거예요. 그래서 칠의 두께를 고르게 맞추는 일은 겉모습을 넘어 오래가는 데도 중요하다고들 해요.

어렵고 위험한 일을 기계가 맡으면 사람에게는 무엇이 남을까요?

사람 도장공은 어렵고 위험한 작업을 더 이상 직접 맡지 않아도 돼요. 환기가 잘 안 되는 방에서 페인트칠을 하다가 창문을 활짝 열어도 냄새가 가시지 않아 당황한 적이 있지 않나요? 작은 방 하나를 칠할 때도 그렇게 신경 쓸 게 많아요.

병 속을 닦아 본 사람은 입구가 좁을수록 손이 안 닿는다는 걸 알아요. 그런 자리를 칠하는 일은 생각보다 번거롭지요. 세 번째 로봇은 철도차량 지붕의 해치를 통해 내려가 내부를 칠해요.

사람이 직접 들어가기 어려운 곳에 먼저 기계를 보내는 방식은 우주 탐사에서도 오래 쓰여 왔어요. 우주에서는 숨 쉴 공기도, 누르는 기압도 없어서 작은 작업 하나에도 큰 준비가 필요해요. 그래서 정해진 동작을 정확하게 해 주는 로봇 팔이 사람의 손을 대신하는 경우가 많아요.

집에서 높은 선반 위나 좁은 틈새를 청소할 때 우리는 긴 막대나 집게 같은 도구의 도움을 받아요. 사람의 손이 닿지 않는 곳까지 기다란 도구를 뻗는 건 오래된 생활의 지혜지요. 로봇 팔도 어찌 보면 손을 길게 늘인 도구와 같은 계열이에요.

로봇을 다루는 사람에게는 어떤 새 기술이 필요할까요?

CN 도장 공장 직원들은 로봇을 제어하는 컴퓨터 시스템을 운용하도록 재교육을 받았어요. 회사에서 쓰던 프로그램이 하루아침에 새것으로 바뀌었던 날을 기억하시나요? 메뉴가 어디 있는지부터 헤매던 그 첫 주가 떠오를 거예요.

새 도구를 익히는 일은 어느 직장에서든 비슷한 과정을 거쳐요. 처음엔 설명서를 옆에 펴 두고 한 줄씩 따라 하다가, 어느 순간 손이 먼저 움직이게 되잖아요. 자전거나 운전을 배울 때처럼 몸이 먼저 기억하는 순간이 오지요.

그 컴퓨터 시스템이 맡는 일은 로봇의 움직임과 도장 과정을 제어하는 거예요. 리모컨으로 텔레비전을 켜고 채널을 고르는 일도 처음엔 낯설었던 때가 있었을 거예요. 익숙해지고 나면 그저 당연한 일상이 되어 버리지만요.

새 기술을 익히는 데 필요한 건 대단한 재능이 아니라 반복해 볼 기회라는 말이 있어요. 처음 해 보는 일이 서툰 건 누구에게나 당연하니까요. 서툴러도 괜찮다고 말해 주는 선배 한 명만 있어도 배움의 속도가 달라지잖아요.

이 시스템을 만든 회사는 또 어떤 일을 할까요?

Vadeko는 대형 로봇 시스템 외에 유연 자동화 분야에서도 활동해요. 낯선 단어라 해도 이름만으로 조금씩 감이 오지 않나요? 뜻을 억지로 외우기보다 단어가 주는 느낌부터 잡아 보세요.

Vadeko의 다른 기술 분야에는 원자력 정비, 수중 비행체, 박막 증착, 광대역 모니터링이 포함돼요. 이름만 보면 서로 멀리 떨어진 분야처럼 보여요. 스마트폰 액정에 붙인 보호 필름을 떠올리면 얇은 막이라는 말이 조금 가깝게 느껴질 거예요.

다음에 지하철을 타거나 현관문을 열 때, 손에 닿는 매끈한 표면을 한 번 쓸어 보세요. 그 얇은 막이 어떤 손길을 거쳐 거기 입혀졌는지 괜히 궁금해질지도 몰라요.

참고 자료: NASA Spinoff 공식 사례 (HDQS-SO-182) · spinoff.nasa.gov
이미지는 NASA 공개 자료이며, 이 글은 NASA의 공식 입장이나 보증과 무관합니다.