초록: 21.50초에서 9.32초로 기록을 단축하는 데 단 1년밖에 걸리지 않았다. 로봇공학은 놀라운 속도로 발전하고 있으며, 이에 발맞춰 상류 소재 및 공정 기술도 발전해야 한다.
경기장에서 8.86초, 3.40미터: 반은 알고리즘, 반은 소재
최근 막을 내린 ‘세계 휴머노이드 로봇 대회’에서 로봇들은 100미터 단거리 달리기를 8.86초 만에 완주하고, 높이뛰기에서 3.40미터를 뛰어넘으며 두 종목 모두에서 신기록을 세우고 인간의 한계를 뛰어넘었다.
행사 영상 | 출처: CCTV 뉴스를 비롯한 공개된 뉴스 보도 및 스크린샷을 종합하여 제작
관중들은 속도와 높이만을 보지만, 엔지니어들은 전혀 다른 수치들을 주목합니다. 100분의 1초를 단축하는 것 하나하나가 기계의 무게를 수백 그램이나 줄여주는 구조적 최적화의 결과일 수 있습니다. 이륙과 착륙을 할 때마다 접합 부위의 재료가 가진 강도와 내피로성이 시험대에 오릅니다. 모든 내구 경기는 배터리의 에너지 밀도와 수명에 달려 있습니다.
알고리즘은 경기장에서 경쟁하고, 소재는 무대 뒤에서 경쟁한다.
재료에 대해 한 단계 더 깊이 들여다보면, 논의는 화학 공학자들에게 익숙한 영역으로 들어갑니다. PEEK 기어의 단량체 순도, 전해질 첨가제의 ppm 단위 불순물, 투명 전면 커버의 투광률, 그리고 유연한 표면을 위한 고분자 배합 등이 바로 그것입니다. 많은 중요한 병목 현상에서 제약 요인은 소재 자체가 아니라 이를 제조하는 데 사용되는 공정입니다.
‘게임’을 연결 고리로 삼아, 휴머노이드 로봇을 개념적으로 분해하고 구성 요소별로 살펴보겠습니다. 오늘날 가장 주목받는 기계 중 하나가 얼마나 많은 화학 물질을 소비하는지, 그리고 상하이에서는 어디에서 도겐‘이 회사의 공정 기술 솔루션은 이러한 소재 환경에 어떻게 부합할까요?
프레임과 접합부: 경량화 과제가 고분자 소재 단계에 이르렀다
휴머노이드 로봇 분야에서 가장 먼저 해결해야 할 과제는 무게 감량이다.
몸통에서 1kg을 줄일 때마다 구동 출력, 배터리 용량, 관절 토크에 대한 요구 사항이 낮아집니다. 따라서 경량화는 모든 성능 지표에서 이점을 배가시킵니다. 이제 업계의 주류 방향은 분명해졌습니다. 바로 금속을 고성능 엔지니어링 플라스틱으로 대체하는 것입니다.
가장 대표적인 예로는 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK)이 있습니다. 이 특수 엔지니어링 플라스틱은 강도 면에서 금속에 근접하면서도 밀도는 금속의 약 6분의 1 수준에 불과합니다. 내열성, 자가 윤활성, 내피로성을 갖추고 있어 휴머노이드 로봇의 감속기 기어, 베어링 케이지 및 구조 부품 분야에서 알루미늄 합금과 스테인리스강을 빠르게 대체하고 있습니다. 업계 추정치에 따르면, 고급 휴머노이드 로봇 한 대에는 수 킬로그램의 PEEK가 사용될 수 있는 것으로 알려져 있습니다. 출하량이 증가함에 따라 여러 기관에서 PEEK를 성장 잠재력이 가장 큰 로봇 소재 분야 중 하나로 꼽고 있습니다.
덜 주목받지만 그만큼 중요한 개발 분야는 아라미드 섬유입니다. 파라-아라미드는 같은 무게 기준에서 강철보다 몇 배나 더 강합니다. 초고분자량 폴리에틸렌과 함께, 이 소재는 힘줄 구동식 정교한 손, 케이블 보강재, 유연한 보호 구조물 등에 널리 사용되는 주류 소재입니다. 로봇의 “손가락”이 더 빠르고 안정적으로 움직이기 위해서는 힘줄의 강도가 절대적으로 필수적인 조건이다.
그러나 이 두 가지 주목받는 소재 모두에서 국내 생산의 병목 현상은 중합 단계가 아니라 그보다 더 상류 단계인 단량체 생산에 있다.
PEEK 중합 과정에서는 단량체의 순도에 대해 매우 엄격한 기준이 요구됩니다. 미량의 불순물이라도 분자량을 감소시키고 결정화를 저해하여, 결국 기어의 수명을 단축시킬 수 있습니다. 아라미드 섬유의 강도 역시 단량체의 품질에 크게 좌우되는데, 섬유 강도의 미세한 차이만으로도 텐던의 신뢰성에 큰 차이를 초래할 수 있습니다. 고성능 소재 분야의 경쟁은 우선 상류 공정인 정제 기술에 의해 결정됩니다.
이는 DODGEN의 핵심 전문 분야 중 하나입니다. 도겐 PEEK 단량체 및 아라미드 섬유 단량체 정제를 위한 공정 기술 솔루션을 제공합니다. 당사는 수지나 섬유를 직접 생산하지는 않지만, 후공정 중합 고객사가 고순도 단량체를 확보할 수 있도록 지원함으로써 국내산 PEEK 및 아라미드 소재의 지속적인 발전을 뒷받침하고 있습니다.
주행 거리와 출력: 로봇의 지속 시간 뒤에는 전해질의 전체 가치 사슬이 자리 잡고 있다
이번 대회에서 가장 공감이 가는 종목은 지구력 경주와 마라톤이었다. 제한된 작동 시간은 오늘날 휴머노이드 로봇의 가장 큰 약점 중 하나로 남아 있다. 대부분의 제품은 완전 충전 시 몇 시간밖에 작동하지 못하며, 일부 참가자들은 경기를 완주하기 위해 배터리 교체 릴레이 방식에 의존하기도 했다.
주행 거리 불안의 해결책 절반은 배터리에 달려 있다.
그리고 리튬이온 배터리의 성능 한계의 약 절반은 전해질에 달려 있습니다. 전해질은 단순히 셀 내부의 “액체’로 보일 수 있지만, 사실은 정밀하게 설계된 조성물입니다. 용매는 이온 이동 경로를 제공하고, 첨가제는 계면 품질을 결정하며, 리튬 염은 이온 전도도의 상한선을 정합니다. 모든 구성 요소는 로봇이 10분 더 작동할 수 있는지 여부에 영향을 미칠 수 있습니다.
주요 전해질 성분이 배치되면, DODGEN의 공정 기술 솔루션은 거의 완벽한 공정을 형성합니다:
● 용매: 에틸렌 카보네이트(EC) 정제 및 디메틸 카보네이트(DMC) 정제. 이들은 기초적인 전해질 용매로, 그 순도는 배터리의 자체 방전 및 수명에 직접적인 영향을 미칩니다.
● 성막 첨가제: 비닐렌 카보네이트(VC) 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC)의 생산 및 정제 과정과 1단계 및 2단계 공정 경로. 이러한 핵심 성분들은 양극 표면에 안정적인 고체 전해질 계면층(SEI)을 형성하는 데 기여하며, 긴 수명을 가능하게 하는 “보이지 않는 기여자” 역할을 합니다.
● 고성능 리튬 염: 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드(LiFSI) 공정 기술. LiFSI는 에너지 밀도가 높은 차세대 배터리의 핵심 전해질 염으로 널리 인정받고 있다.
● 미래 지향적 경로: 철 콤플렉스 형성을 기반으로 한 페로시아나이드 나트륨 공정 기술. 페로시아나이드 나트륨은 나트륨 이온 전지의 프러시안 블루형 음극재에 사용되는 핵심 전구체로서, 저비용 에너지 저장 방식의 원료 기반을 구축하는 데 기여합니다.
각 개별 단계는 이미 업계 어딘가에서 연구되고 있습니다. 하지만 용매, 첨가제, 리튬 염, 나트륨 이온 배터리 전구체 등 전체 공급망을 하나의 공정 기술 서비스 포트폴리오 내에서 아우를 수 있는 능력은 훨씬 드뭅니다. 로봇 라인에서는 배터리 팩이 릴레이 방식으로 전달되듯이, 배터리 산업에서도 이 화학 가치 사슬을 따라 단계별로 바통이 이어지고 있습니다. 도겐 그 릴레이에서 믿음직한 연결고리가 되는 것을 목표로 합니다.
외모와 “피부”: 로봇이 인간과 닮을수록 호감도가 더 큰 역할을 한다
골격과 심장을 살펴본 후, 이제 로봇의 외관으로 시선을 돌립니다. 바로 이곳이 화학 물질이 가장 많이 집중되어 있는 곳입니다.
먼저, “눈”입니다. 휴머노이드 로봇은 얼굴 디스플레이 커버, 눈의 광도파관, 투명 센서 창 등에 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA, 아크릴)를 광범위하게 사용합니다. 92% 이상의 광 투과율, 가벼운 무게, 뛰어난 성형성을 갖춘 PMMA는 외관이 중요한 부품에 선호되는 소재입니다. DODGEN의 메틸 메타크릴레이트(MMA) 이 공정은 바이오에탄올을 사용하는 에탄올 기반 공정을 따르므로 본질적으로 친환경적인 토대를 갖추고 있다. 즉, 로봇의 “눈’을 만드는 원료는 유정이 아닌 농장에서 얻을 수 있다.
다음은 “피부’입니다. 전자 피부는 표면이 압력, 온도, 변형을 감지할 수 있게 해주는 로봇 연구 분야에서 가장 활발히 연구되고 있는 분야 중 하나입니다. 업계 연구에 따르면, 유연한 폴리우레탄 필름은 전자 피부를 위한 가장 유망한 기판 재료 중 하나로 꼽힙니다. 이소소르비드(ISO) 및 기타 바이오 기반 단량체로 생산되는 바이오 기반 폴리우레탄은 이 분야에 더 지속 가능한 소재 경로를 제공합니다.
이를 통해 DODGEN의 가장 대표적인 공정 성과 중 하나인 폴리머 등급 이소소르비드(ISO) 생산 기술에 대해 살펴보겠습니다. 천연적으로 강성을 지닌 포도당 유래 디올인 이소소르비드는 가장 유망한 바이오 기반 플랫폼 단량체 중 하나로 인정받고 있습니다. PEIT 공중합 에스테르 및 바이오 기반 폴리카보네이트를 포함한 이소소르비드의 유도체 소재들은 높은 투명성, 내열성, 내스크래치성을 겸비하고 있어 투명 로봇 얼굴 커버, 경량 하우징, 유연한 보호 부품의 후보 소재로 주목받고 있습니다. DODGEN이 Shengtong Juyuan에 공급한 폴리머 등급 이소소르비드 공정 기술은 업계 평가를 통과하여 산업 플랜트에 도입되었습니다. 용매를 사용하지 않고 에너지 소비가 적으며 폴리머 등급의 순도를 갖춘 이 공정은 실험실 연구에서 바이오 기반 소재의 대규모 생산으로 이어지는 가교 역할을 합니다.
마지막으로, 시제품 제작 워크숍입니다. 로봇 설계는 매우 빠르게 발전하기 때문에 시제품 하우징, 관절 보호대, 고정 장치는 신속한 3D 프린팅에 크게 의존합니다. 폴리락틱산(PLA)은 용융 적층 성형(FDM)에 가장 널리 사용되는 원료인 반면, 폴리카프로락톤(PCL)은 대표적인 유연성 인쇄 소재입니다. DODGEN의 PLA, PCL 및 락톤용 공정 기술 솔루션은 디지털 설계에서 실제 부품 제작에 이르는 과정을 가장 효율적으로 지원합니다.
“눈”과 “피부”부터 시제품 제작 워크숍에 이르기까지, 로봇이 인간과 점점 더 닮아갈수록 사용되는 소재는 더욱 친환경적으로 변하고 있습니다. 친환경 소재의 성공적인 양산은 신뢰할 수 있는 공정 기술 패키지에서 시작됩니다.
행사 영상 | 출처: ‘베이징 저녁신문’을 비롯한 공개된 뉴스 보도 및 스크린샷을 종합하여 제작
결론: 우리는 경기장에 있는 것이 아니라, 그 밑바탕이 되는 기술 기반 속에 있습니다.
종합해 보면, 단 한 대의 휴머노이드 로봇이 12대 이상의 도겐 공정 기술 솔루션:
● 접합부에 사용되는 PEEK 및 아라미드 소재의 품질은 단량체의 정제 정도에 좌우된다.
● 배터리 전해질은 용매에서 리튬 염에 이르기까지 이어지는 전체 공정 체인과 밀접한 관련이 있습니다.
● 안면 부품용 PMMA, 전자 피부용 바이오 기반 폴리우레탄, 그리고 시제품 제작용 PLA 및 PCL은 바이오 기반 및 생분해성 소재를 위한 종합적인 기술 포트폴리오를 구성합니다.
도겐 로봇을 제조하지 않으며, 심지어 소재 자체도 직접 생산하지 않습니다.
저희가 제공하는 것은 이러한 원료들을 현지화하고, 친환경적으로 가공하며, 산업 규모로 생산할 수 있게 해주는 기반입니다. 바로 공정 기술 패키지, 정제 기술, 그리고 공학적 규모 확대 기술입니다. 이는 가치 사슬에서 가장 눈에 띄지 않지만 없어서는 안 될 연결고리입니다. 마치 경기장 아래에 깔린 기초와도 같아서, 관중들은 이를 결코 볼 수 없지만 모든 기록은 바로 그 위에 세워집니다.
다음 올림픽에서 어떤 기록이 깨질지는 알 수 없습니다. 하지만 그 기록을 달성하기 위한 과정이 화학 공정 라인을 거쳐야 한다는 사실은 분명합니다.
