34g 초소형 비행 로봇 벌, 3D프린팅으로 제작한 드론 수십 마리

자연의 구조와 움직임에서 아이디어를 얻는 생체모방 설계는 오랫동안 다양한 기술 개발에 활용돼 왔습니다. 최근에는 디지털 설계와 첨단 제조 기술이 발전하면서, 실제 로봇 개발과 정밀한 부품 설계에서 빠르게 확장되고 있습니다.

Festo가 개발한 초소형 자율 비행 로봇 바이오닉비(BionicBee), 벌의 비행 방식을 바탕으로 설계된 이 로봇은 작은 크기 안에 정교한 구조와 기능을 구현해야 한다는 점에서 설계와 제조 기술이 함께 뒷받침되어야 하는 프로젝트였습니다.

바이오닉비, 초소형 비행 로봇

Festo는 자동화와 제어 기술 분야의 기업이지만, 한편으로는 자연에서 아이디어를 얻은 로봇 연구도 꾸준히 선보여 왔습니다. 바이오닉비(BionicBee) 는 그 흐름에서 나온 대표적인 사례로, 초소형 비행 로봇에 자율 제어 개념을 결합한 프로젝트입니다.

이 로봇은 날개 길이 약 240mm, 무게 약 34g 수준의 작은 비행체입니다. 크기는 작지만, 실제 구현 과정에서는 구동, 제어, 통신 기능을 함께 담아야 했기 때문에 구조 설계와 제작 정밀도가 매우 중요했습니다.

특히 바이오닉비는 단순한 소형 비행체가 아니라, 스스로 비행 경로를 판단하고 제어할 수 있도록 개발됐다는 점에서 의미가 있습니다. 좁거나 복잡한 공간에서도 비행할 수 있도록 설계됐으며, 여러 대가 동시에 움직이며 서로의 위치를 인식하는 군집 비행 개념도 함께 구현했습니다. 각각의 기체가 개별적으로 비행을 제어하면서도 동시에 함께 움직여야 했기 때문에, 이 프로젝트에서는 설계와 제어, 제작 완성도가 모두 중요하게 작용했습니다.

이 사례는 단순히 작은 로봇을 만드는 데 그치지 않고, 초경량 구조 설계와 자율 제어, 정밀 제조 기술이 함께 결합돼야 한다는 점에서 의미가 있습니다.

34g 초경량화 드론 제조 방법, 고해상도 3D프린팅

바이오닉비를 만드는 과정에서 가장 큰 걸림돌은 무게였습니다. 34g이라는 가벼운 몸체 안에 모터, 배터리, 통신 회로, 기어박스 같은 필수 부품을 모두 집어넣어야 했기 때문입니다. 부품이 조금만 무거워져도 비행 성능은 급격히 떨어집니다.

기존의 절삭 가공이나 금형 방식으로는 이 문제를 해결하기 어려웠습니다. 내부가 비어 있으면서도 튼튼하게 하중을 버티는 복잡한 격자 구조를 만들어야 했지만, 기존 제조법으로는 그런 미세한 형상을 뽑아내는 것이 불가능했습니다. 결국 해답은 미세한 단위까지 표현할 수 있는 산업용 3D 프린팅 기술에서 찾았습니다. 특수 소재를 사용해 종이처럼 얇으면서도 단단한 로봇 뼈대를 찍어냈습니다. 여기에 알고리즘 기반 최적화 설계를 적용해 경량화 구조를 개선했습니다.

특히 이 프로젝트에서는 단순한 소형화보다, 가벼우면서도 필요한 강도를 유지하는 구조 설계가 더 중요했습니다. 3D프린팅은 이런 요구에 맞춰 얇은 벽 두께와 복잡한 형상을 정밀하게 구현하는 데 유리했고, 비행 로봇에 필요한 경량화 된 부품 제작에 적합한 선택지가 됐습니다.

그 결과 로봇 프레임의 무게를 20g에서 3g으로 줄이는 성과를 거두었습니다. 뼈대에서 줄인 17g의 여유 덕분에 더 큰 배터리와 정밀 센서를 탑재할 수 있었고, 이는 곧 안정적인 자율 비행으로 이어졌습니다. 이는 제조 기술의 정밀도가 설계의 자유도를 어디까지 넓힐 수 있는지 보여주고 있습니다.

동일한 품질의 대량 로봇 제조 솔루션

바이오닉비 프로젝트의 의미는 수십 마리의 로봇을 똑같은 품질로 만들어냈다는 점에 있습니다. 여러대의 로봇이 동일하게 군집 비행을 하려면 모든 로봇이 0.01g의 무게 오차도 없이 동일하게 작동해야 합니다. 산업용 3D 프린팅은 디지털 설계만 있으면 수백 개의 부품을 편차 없이 즉시 생산할 수 있는 환경을 제공했습니다.

완성된 바이오닉비는 초당 15~20Hz 수준으로 날개를 구동하며, 벌의 날갯짓을 참고한 비행 시스템을 구현했습니다. 이를 바탕으로 훼스토는 약 20대의 바이오닉비가 동시에 공간 안에서 비행하는 시연도 선보였습니다. 여러 기체가 서로의 위치를 인식하며 함께 움직였다는 점에서, 이 프로젝트는 단일 비행체 개발을 넘어 군집 제어까지 확장된 사례라고 볼 수 있습니다.

이 과정에서 산업용 3D프린팅은 반복 개발과 정밀 제작 측면에서 강점을 보였습니다. 동일한 디지털 설계를 바탕으로 복잡한 프레임 구조를 빠르게 제작할 수 있었고, 설계를 수정한 뒤에도 새로운 버전을 빠르게 다시 검증할 수 있었습니다. 특히 무게 중심이나 구조 형상을 여러 차례 조정해야 하는 프로젝트에서는, 훨씬 유연하게 대응할 수 있다는 점이 장점으로 작용합니다.

결국 이 사례는 3D프린팅이 단순히 복잡한 부품을 만드는 데 그치는 것이 아니라, 다수의 기체를 반복적으로 개발하고 성능을 맞춰가는 과정에서도 유효한 제조 방식이 될 수 있음을 보여줍니다. 초소형 비행 로봇처럼 설계 변경이 잦고 정밀도가 중요한 분야일수록, 이런 제조 유연성은 더 큰 의미를 갖습니다. 이는 다품종 생산이 필요한 고기능성 로봇 분야에서 3D 프린팅이 강력한 제조 수단이 될 수 있음을 의미합니다.

산업용 3D 프린팅, 로봇 양산 시스템으로의 전환

훼스토의 바이오닉비 사례는 산업용 3D프린팅이 단순히 복잡한 부품을 만드는 기술에 그치지 않고, 정밀한 구조 설계와 다품종 대량 생산을 함께 뒷받침할 수 있다는 점을 보여줍니다. 금형 없이 복잡한 형상을 구현할 수 있고, 설계 변경 이후에도 빠르게 다시 제작하고 검증할 수 있다는 점에서 로봇 개발과 같은 분야에 특히 잘 맞는 방식입니다.

글룩(GLUCK)은 이러한 제조 방식에 맞춰 대규모 산업용 3D프린팅 인프라를 바탕으로, 정밀한 로봇 부품 제작부터 반복 생산 대응까지 연결할 수 있는 제조 체계를 운영하고 있습니다. 산업용 SLA 3D프린팅을 통해 최대 ±50μm(0.05mm) 수준의 정밀도를 구현할 수 있으며, 복잡한 구조나 경량화가 필요한 부품 제작할 수 있습니다.

또한 바이오닉비의 사례처럼 미세한 구조 설계를 통한 경량화와 부품 일체화를 가능하게 합니다. 특히 약 50기의 대형 산업용 SLA 장비가 24시간 가동되는 글룩의 3D 프린팅 스마트 팩토리는 수백, 수천 대의 군집 로봇이나 복잡한 서비스 로봇 부품을 디지털 설계파일 만으로 바로 생산 할 수 있는 독보적인 '온디맨드(On-demand) 대량 생산' 시스템을 제공합니다.

이런 제조 인프라는 로봇 분야에서도 의미가 있습니다. 개발 초기의 시제품 단계부터 구조 조정, 반복 검증, 양산 전환 준비까지 하나의 흐름으로 이어갈 수 있기 때문입니다. 결국 산업용 3D프린팅은 로봇 제조에서 설계를 자유롭게 할 수 있을 뿐만이 아니라 개발 속도와 설계 변경에 빠르게 대응할 수 있는 방식에서도 중요한 역할을 할 수 있습니다.