심해 1만 미터 탐사 로봇이 받는 거대한 유압

Question

심해 1만 미터 탐사 로봇이 받는 거대한 유압 압박을

견디기 위해 내부 공간에 채우는 유체 충전식 선체 구조와

신소재 부력재의 물성적 특징은 뭔가요?

Answer 1

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

심해 1만미터 압박을 견디는 포인트는 안을 비우지 않고 채우는 발상인데,

빈공간을 두면 사방의 엄청난 압력에 그대로 찌그러 지게 되요. 그래서 전자장비 같은 부품을 기름 같은 유체 속에 통째로 담가요. 기름은 액체라 눌러도 부피가 거의 안줄어 들거든요.

안팎의 압력이 이 유체를 통해 균형을 이루니, 겉과 속이 똑같이 눌리게 되서 찌그러지지 않는 거에요. 압력을 막는 게 아니라 안으로 통과시켜 상쇄 시키는 거죠.

부력재는 반대 역할이에요. 무거운 로봇을 뜨게 하려면 가벼우면서도 안 찌그러지는 재료가 필요해요. 그래서 유리로 만든 아주 작은 속 빈구슬을 수지로 뭉친 신소재를 쓰는데, 이 미세한 유리 구슬은 둥근 구조라서, 압력을 고르게 분산해 잘 안꺠지고 속이 비어 가벼워요 :)

Answer 2

심해 1만 m 면 1000기압 쯤 되는 압력이 걸립니다. 일반적인 금속 구조로는 견디기 힘든 압력이죠.

그래서 일부 장비들은 내부를 절연유 등으로 채우는 형태로 유체 충전식 구조를사용해서 안팍의 압력 차이를 줄이고, 전자장비를 보호하기도 합니다.

선체는 이런 압력에 견딜 수 있게 티타늄 합금이나 고강도 특수강을 사용해서 압력에 강한 구형 구조를 많이 선택하고, 부력재는 수지를 기반으로 신택틱 폼을 사용해 높은 압ㄹ겨에서도 잘 찌그러지지 않고 부력을 유지하도록 합니다.

인간이 우주보다 심해에 대해서 탐구가 덜 되어 있다고 합니다. 심해 탐사 기술의 핵심은 강한 금속보다도 압력을 버티는 구조 설계와 극한의 압력에도 형태를 유지하는 소재에 있다고 생각합니다.

Answer 3

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

심해 1만 미터에서는 약 천기압의 엄청난 수압을 받기 때문에 일부 탐사 로봇은 내부를 절연유나 실리콘 오일 같은 비압축성 유체로 채워 내부와 외부의 압력을 거의 같게 만들어 선체에 걸리는 응력을 줄이는 유체 충전식 구조를 사용합니다 또한 부력을 확보하기 위해서는 유리 미세구르 에폭시 수지에 분산시킨 신택틱 폼과같은 신소재 부력재를 사용하는데 높은 압축강도와 낮은 밀도 낮은 흡수율을 가져 깊은 바다에서도 부력을 안정적으로 유지합니다 이러한 재료는 반복적인 고압 환경에서도 변형이 적고 내구성이 뛰어나 심해 탐사 장비의 핵심 소재로 활용됩니다

Answer 4

안녕하세요. 박재화 박사입니다.

심해 1만 미터 정도로 내려가면 대략적으로 1000기압 수준의 수압이 발생됩니다. 그래서 빈 공간을 가진 구조물은 쉽게 찌그러질 수 있습니다.

그래서 탐사 로봇들은 내부 공기를 비워두지 않고 절연유나 실리콘 오일 같은 유체로 채워두어 안팎의 압력 차이를 줄이는 방식을 사용하기도 합니다. 이런 유체 충전식 구조는 내부 유체가 외부 수압을 함께 받아주기 때문에, 선체가 모든 압력을 혼자 버티는 그런 부담은 줄일 수가 있습니다.

부력재는 보통 가볍지만 잘 눌리지 않아야 하기 때문에 속이 빈 미세 유리구슬이나 세람기 입자를 수지에 넣은 부품들이 많이 활용된다고 합니다. 이 재료들은 밀도가 낮아 뜨는 힘을 만들면서도, 깊은 바다의 압력에서는 기공이 무너지지 않는 압축강도와 낮은 흡수성이라는 특성이 중요할 수 있습니다.

심해 로봇은 결국 단단한 껍데기로만 버티는 것이 아닌, 압력 차이를 줄이는 유체 구조와 가볍고 눌리지 않는 부력재를 함께 사용하는 방식으로 볼 수 있습니다.