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희망의 옹달샘 - 무동력 정수기

마실 물을 구하기 위해 하루에 몇 km씩 걷는 사람들. 비록 흙탕물이건만 살기 위해 그런 물이라도 마신다. 아프리카나 동남아시아를 다룬 다큐멘터리에서 흔히 볼 수 있는 장면이다. 이런 지역에 사는 사람들은 오염된 물로 인해 질병에 걸리기 쉽다.

이번에 황당맨이 만난 과학자는 전기가 들어오지 않는 곳에서도 오염된 물을 깨끗이 정화해 주는 무동력 정수기, ‘옹달샘’을 개발한 조재원 광주과학기술원 환경공학과 교수다. 조 교수는 지난 2006년 캄보디아를 시작으로 동남아나 아프리카의 깨끗한 식수가 없는 지역에 옹달샘을 보급해 왔다. 현재 캄보디아, 케냐, 남수단, 아이티, 몽골, 잠비아 등지에 총 11대의 옹달샘이 설치돼 있으며, 4대를 더 공급할 예정이다.

옹달샘은 미세한 구멍이 많은 막인 ‘멤브레인’으로 물 속의 오염물질을 제거한다. 물은 구멍을 통과하지만 오염물질은 그렇지 못하기 때문이다. 옹달샘은 두 종류의 멤브레인을 쓰고 있다. 구멍의 크기가 마이크로미터 수준인 마이크로멤브레인과 나노미터 수준인 나노멤브레인이다. 조 교수는 “캄보디아나 라오스 같은 동남아시아의 일부 지역에는 물에 비소가 들어 있어 나노멤브레인 옹달샘을 써야 한다”고 설명했다. 수은과 같은 중금속으로 오염된 물에도 나노멤브레인을 써야 한다. 마이크로멤브레인은 중금속은 없지만 흙탕물이나 미생물로 오염된 물을 정화할 때 쓴다.

옹달샘의 가장 큰 특징은 전기를 쓰지 않는다는 점이다. 물을 정화하기 위해서는 압력을 줘 멤브레인에 통과시켜야 한다. 이때 펌프가 필요한데, 조 교수는 전기 대신 손이나 발로 페달을 돌려 가동시킬 수 있는 펌프를 이용했다. 그래서 전기가 들어오지 않는 외딴 지역에서도 쓸 수 있다.

옹달샘의 성능이 좋다는 사실이 알려지자 지진으로 피해를 겪은 아이티에서 옹달샘을 요청하는 등 세계 여러 곳에서 관심을 보였다. 조 교수는 앞으로 휴대할 수있을 정도로 작은 옹달샘과 마을 전체에 물을 공급할 수 있는 큰 규모의 옹달샘을 개발할 계획이다. 조 교수는 “앞으로도 깨끗한 물이 부족한 지역을 찾아 옹달샘을 보내거나 현지 마을에서 직접 제작하는 프로그램을 진행할 것”이라고 밝혔다.

#2

3차원 형상 측정기 - 라이다와 레이저 스캐너

알아서 길을 찾아 움직이는 무인자동차나 로봇은 어떻게 앞의 상황을 인식하고 장애물을 피할 수 있을까. ‘라이다(LIDAR)’는 무인차량이나 지능로봇이 주변을 스캔해 지형을 알아내게 하는 기술이다. 라이다는 전자기파를 이용하는 레이더와 달리 레이저를 이용한다. 레이저는 일정한 속도로 움직이므로 레이저를 쏜 뒤 반사된 레이저가 도착하는 시간을 측정하면 장애물까지의 거리가 나온다. 레이저를 상하좌우로 회전시키면서 거리를 측정하면 장애물의 정확한 형태를 파악할 수 있는 것이다.

현재 우리나라 로봇 연구에 쓰이는 라이다는 수입산이다. 가격도 비싸 가정에 보급할 지능형 로봇에 적당하지 않다. 이런 라이다 기술을 국산화하려는 연구가 있어 황당맨이 방문했다. 박기환 광주과학기술원 정보기전공학부 교수는 실내 환경에 적합하고 가격이 저렴한 지능로봇 항법용 라이다를 독자 개발했다. 박 교수는 “특히 장거리용 레이저거리 측정기는 국방과도 관련돼 있어 기술을 이전해 주지 않는다”며 “우리나라에서도 독자적인 기술을 확보해야 한다”고 말했다.

기존의 라이다는 레이저가 움직이는 시간만 측정하는데 비해 박 교수가 개발한 라이다는 발사한 레이저와 반사돼 돌아오는 레이저의 위상(주기적으로 반복되는 파동의 한 주기에서 어느 한 순간의 위치) 차이까지 측정한다. 따라서 두 물체를 분리해서 볼 수 있는 분해능이 더욱 좋아졌다. 색이나 반사율과 무관하게 최대 15m 거리에 있는 물체의 위치를 1mm의 오차 범위 안에서 측정할 수 있다.

이 기술은 실내에서 움직이는 지능로봇에 적합하다. 예를 들면, 요즘 쓰는 로봇청소기의 센서는 단순히 충돌을 막아주는 데 그친다. 부딪치지만 않을 뿐 아무렇게나 돌아다니므로 효율적으로 청소한다고는 할 수 없다. 하지만 라이다를 이용한 지능로봇은 주위 환경을 지도로 만든 뒤 최적의 경로를 계산해서 움직일 수 있다.

박 교수가 개발한 기술은 물체의 3차원 형태를 측정하는 레이저 스캐너에도 쓸 수 있다. 원리는 같다. 레이저가 물체에 반사돼 돌아오는 데 걸리는 시간을 이용해 거리를 계산하는 것이다. 박 교수는 “3D 디스플레이 및 가상 마케팅 같은 새로운 시장이 생길 전망이라 원천 기술을 빨리 확보해야 한다”며 “앞으로 산업용 중장거리 라이다와 고속 3D 카메라를 연구할 계획”이라고 밝혔다.