한국생산기술연구원(KITECH)

생기원 '우주 로봇팔·반도체 장비', 올해의 10대 기계기술 선정

- 우주환경 견디는 로봇팔 설계·제작 기술 국내 최초 확보

- 반도체 연마·세정 핵심 장치 개발, 국내 장비기업에 기술이전

□ 한국생산기술연구원(원장 손웅희, 이하 생기원)이 개발한 우주 로봇팔과 반도체 연마·세정 장비기술 2건이 '2026 대한민국 올해의 10대 기계기술'에 선정됐다.

ㅇ ‘올해의 10대 기계기술'은 한국기계기술단체총연합회가 지난 1년간 국내에서 개발된 기계 분야 우수 기술과 제품을 선정해 수여하는 상으로, 2013년부터 매년 선정해 오고 있다.

□ 인간중심로봇연구부문 원대희 수석연구원 연구팀이 개발한 우주 로봇팔 'K-ARM'은 인공위성에 탑재돼 우주잔해물을 포획하고, 다양한 우주 임무를 자율적으로 수행할 수 있도록 설계된 로봇팔이다.

ㅇ 수명이 다한 위성 등의 우주잔해물을 포획해 안전한 폐기 궤도로 옮길 수 있으며, 로봇팔 끝의 그리퍼와 다목적 핸드를 임무에 따라 교체하면 고장 위성 수리, 연료 재급유 등 다양한 임무에 활용할 수 있다.

ㅇ 발사할 때는 위성 안에 접힌 채 실리고, 궤도에 진입한 뒤 펼쳐져 임무를 수행하는 구조다.

ㅇ 연구팀은 또 지상에서 미소중력 환경을 모사해 근접 임무 성능을 시험하는 시스템 ‘K-POS’를 개발, 로봇팔과 위성 탑재 장비의 기능·성능을 발사 전 검증하는 기반 기술도 확보했다.

□ 우주에서는 진공과 극한 온도, 방사선, 발사 때의 진동 때문에 지상 산업용 로봇 부품을 그대로 쓸 수 없다. 

ㅇ 이에 따라 로봇팔을 처음부터 우주급 부품으로 설계·제작했으며, 국내 최초로 우주 로봇팔 기술을 확보하게 됐다. 

□ 연구팀은 확보한 원천기술을 바탕으로 인증시험모델(EQM)급 K-ARM을 제작했으며, 실제 발사 및 우주 환경을 모사한 진동시험과 열진공시험을 통과해 우주 환경 적합성을 입증했다.

ㅇ 한양대학교 최영진 교수 연구팀, ㈜뉴로메카와 공동 개발한 이 탑재체는 현재 국방과학연구소, 한국항공우주연구원과 위성 체계 개발을 위한 기술 협력을 추진하고 있다.

□ 극한공정제어그룹 조한철 수석연구원 연구팀은 반도체 웨이퍼 표면을 평평하게 갈아내는 연마(CMP) 공정의 핵심 장치 두 가지를 개발했다.

ㅇ 웨이퍼를 문지르는 패드는 쓸수록 닳아 형상이 변화하게 되고, 패드의 형상 변화는 반도체 웨이퍼의 품질에 영향을 미치게 된다. 

ㅇ 연구팀은 공정 중 패드 두께를 실시간으로 인식하며 두께 편차를 최소화할 수 있는 장치를 개발했다.

ㅇ 이와 함께 연마를 마친 웨이퍼의 오염물질을 제거하는 세정 장치의 핵심 구조를 새로 설계해 부피를 70% 이상 줄였다. 

ㅇ 세정 장치는 줄어든 부피만큼 여러 단으로 쌓을 수 있어 장비가 차지하는 공간은 작아지고 처리량은 늘어나게 된다.

ㅇ 연구팀은 또한 힘과 마찰을 감시해 장비 상태를 스스로 진단하는 기능을 넣어 장비의 신뢰성과 공정 안정성을 한층 높였다. 

□ 한편 연마 공정의 핵심 장치 기술은 2025년 국내 장비 기업에 이전됐으며, 차세대 연마 장비의 핵심 모듈로 탑재해 실증 평가를 진행 중이다.

ㅇ 상용화에 성공할 경우 미국과 일본 기업이 세계 시장의 90% 이상을 차지해 온 글로벌 시장을 공략할 수 있을 것으로 전망된다. 

□ 생기원 손웅희 원장은 "우주 로봇팔의 극한 환경 제어부터 반도체 장비의 외산 장벽 돌파까지, 이번 10대 기계기술 선정은 생기원이 지향해 온 현장 밀착형 실전 기술의 결실”이라며, “앞으로도 국가 전략산업이 글로벌 공급망 위기에 흔들리지 않도록 초격차 원천기술 확보와 사업화에 집중하겠다”고 강조했다.