자전거 페달 밟는 로봇

처음 이 프로젝트는 모험에 가까웠다. 칼 모건의 아들 저스틴은 워싱턴 주 베인브릿지 섬 외곽의 가파른 언덕을 매일같이 자전거를 타고 올라가야만 했다. 저스틴은 퇴직한 전기공학자인 그의 아버지에게 자전거를 보다 편하게 탈 수 있도록 해달라고 부탁했다.

1년 후 모건은 뒷자리에 줄이라는 로봇을 태운 2인승 자전거를 만들었다. 이 자전거의 기본 개념은 뒤에 있는 로봇이 동력을 발생시켜 페달을 밟고 앞의 사람은 운전을 하는 것이다.

모건은 로봇의 몸속에 있는 전기모터의 동력을 페달 밟는 동작으로 전환시키는 설계에 수개월을 투자했다. 또한 로봇의 작동이 인간의 움직임을 그대로 재현하도록 했다. 즉 로봇의 엉덩이에 연결된 허벅지가 움직이면 무릎도 따라 움직이고, 그에 맞춰 종아리가 페달을 밟도록 한 것.

모건은 언덕 오르기에 성공할지 상당히 염려했지만 이 자전거는 손쉽게 언덕 꼭대기까지 올라갔다. 뿐만 아니라 시속 50km로 질주하는 것도 가능했다. 하지만 모건은 구태여 이 자전거의 성능 한계를 몸소 확인해 볼 생각은 없다고 말한다. "저는 겁이 많아서 줄의 성능이 어느 정도인지 확인해보고 싶은 생각은 없어요."

자전거 페달 밟는 로봇의 작동 원리

●TIME: 1 YEARS ●COST: ＄3,000

●출력 조정

14마력의 전기모터를 장착한 줄에 대해 모건은 "너무 강력해서 나무도 오를 수 있을 정도"라고 우스갯소리를 했다. 실제 이 로봇은 출력을 전체의 28% 이하로 유지하는 전류 제어기를 달아야 할 정도로 성능이 탁월했다.

전기모터의 분당 회전수는 최대 2,400회. 프로 사이클 선수라도 페달을 밟는 속도, 즉 분당 회전수가 100~110회 밖에 되지 않는다는 점을 감안하면 얼마나 출력이 강한지 알 수 있다.

이 때문에 모건은 줄의 몸통에 여러 벨트와 체인을 장착해 페달 밟는 속도를 통제 가능한 수준으로 낮추었다. 분당 회전수를 90회 정도로 감소시킨 것. 이는 시속 50km 정도의 속도를 낼 수 있는 분당 회전수다. 이 작업을 통해 자전거의 회전력은 더욱 향상됐고, 가파른 언덕길도 거뜬히 넘어갈 수 있게 됐다.

●탁월한 안전성

모건은 보조바퀴를 자전거 뒤쪽에 장착, 주행 중 전복하는 일이 발생하지 않도록 했다. 전기모터를 전방의 제어장치에 연결하는 것 역시 전기공학자인 모건에게는 어렵지 않은 일이었다.

그는 또 왼쪽 핸들에 열쇠를 돌려 작동시키는 점화장치와 비상시 전원 차단용 토글스위치를 배치했다. 토글스위치란 위아래로 젖히게 돼 있는 스위치를 말한다. 그리고 오른쪽 핸들에는 모터사이클 방식의 스로틀을 부착해 속도를 조절할 수 있게 했다.

●세련된 외관

줄은 맵시 있는 알루미늄 디자인과 경주용 헬멧을 착용한 것 같은 머리 모양 등 시선을 끄는 외관을 갖추고 있다. 모건은 어떤 프로젝트든지 외관은 매우 중요한 역할을 한다고 믿고 있다. 그는 "하늘을 나는 종이비행기를 만드는 것은 멋진 일이죠. 하지만 그 종이비행기 날개에 용을 그려 넣으면 더욱 환상적일 겁니다."

●원통형 링크

모건은 줄의 발과 동력전달장치인 크랭크 암 사이에 원통형 알루미늄 링크를 달았다. 하지만 줄의 다리 회전 각도가 몇 mm만 어긋나도 페달을 부드럽게 밟을 수 없기 때문에 알루미늄 링크 안쪽에 발포 우레탄을 넣어 다리 회전 각도가 다소 어긋나더라도 페달을 밟는 데는 이상이 없도록 했다.

모건은 페달 위에 발을 얹어놓고는 있지만 아무 일도 할 필요가 없다. 그는 "기껏 열심히 페달 밟는 로봇을 만들었는데 로봇의 일을 방해해선 안 되죠. 게다가 자전거를 타는 동안이나마 편하기 위해 몇 달 동안 고생을 했는데 말이죠."

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