I. 시작하며

Mechatronics (메카트로닉스), 요즘 내가 특별히 관심을 갖고 있는 분야이다.
이는 내가 산업 중 제조업의 혁신에 관심을 두기 때문인데 (제조업은 국가 산업의 기반!)
제조업의 근간이 되는 기계물들, 그리고 기계물을 작동하게 하는 전자전기공학의 결합이라니, 벌써 흥미롭다.

본 글은 Mechatronics에 대해 아주 기본적인 내용을 정리해 둔 것이다. 논문 같은 어려운 리소스가 아닌 구글에서 쉽게 리서치 할 수 있는 수준으로 정리해 두었으니, 깊은 내용을 원한다면 다른 글을 참고하시기 바란다.

2. Mechatronics의 정의

위키백과에 따르면, 다음과 같이 정의하고 있다.

Mechatronics engineering, also called mechatronics, is an interdisciplinary branch of engineering that focuses on the integration of mechanical engineering, electrical engineering, electronic engineering and software engineering, and also includes a combination of robotics, computer science, telecommunications, systems, control, and product engineering.

번역해 보면, Mechatronics는 정말 여러 가지의 공학 분야를 결합하여, 혁신적인 제품과 시스템을 개발하는 것을 목표로 한다. (기계공학, 전자전기공학, 소프트웨어 공학 등의 결합으로, 로보틱스, 컴퓨터 공학, 텔레커뮤니케이션, 시스템, 제품공학 등등..뭔가 다 때려넣은 느낌..?)

전통적인 기계 시스템을 전자 및 컴퓨터 기술과 결합해서 자동화 및 제어하는 새로운 접근 방식이다. 이는 이전의 제품의 성능, 효율성, 기능성을 향상시키는데 큰 역할을 할 수 있을 것으로 기대받는다.

예를 들어, 전통적인 '자동차' 기계가 어떠한 고체물의 결합으로서 인간의 명령에 의해서만 작동했다면, 최근의 자율주행은 소프트웨어가 기계가 작동되도록 명령하게 된다. 이와 같이, 하드웨어인 기계와 소프트웨어 프로그램의 결합을 통해 아주 혁신적인 제품을 새롭게 만들게 되는 것이다.

[참고] Aerial Euler diagram from RPI's website describes the fields that make up mechatronics

3. Mechatronics의 응용 분야

Mechatronics의 응용 분야는 무궁무진하다. 기본적으로 기존 전통적인 제조업의 영역에 모두 다 접목될 수 있다고 보면 된다.

3.1. Mobility

위의 정의에서 언급했듯이, Mechatronics는 자동차 산업에서 핵심 기술이다. 차량 내 센서 (Sensor)와 제어장치인 액추에이터 (Actuator) 를 통합하여 차량의 안전성, 효율성, 운전 편의성을 향상시키도록 도와준다.

- 자동차 제어 시스템

엔진, 브레이크, 조향, 서스펜션 등에서 Mechatronics 기술은 전자적인 요소들과 함께 작동하여 운전자의 명령에 반응하고, 최적의 성능을 제공할 수 있게 해주는데,
ABS (Anti-lock braking system), ESP (Electronic stability program) 등이 이에 해당한다.

- 자율 주행 기술

레이더 (Radar), 카메라 (Camera), LIDAR (Light Detection and Ranging)와 같은 센서들을 활용하여 주행 환경을 감지하고, 이에 따라 차량이 스스로 운전하는 기술에서도 Mechatronics가 중요한 역할을 한다.

3.2. Robotics

로봇 공학 분야에서도 Mechatronics는 다양한 응용이 이루어지고 있다. 크게 산업 로봇과 의료 로봇으로 구분하여 살펴볼 수 있다.

- 산업 로봇

공장 내에서 자동화를 위한 로봇 연구에 활용된다. 효율적인 로봇의 운동, 감지 시스템, 그리고 자동 제어에 활용된다.

- 의료 로봇

수술하는 로봇이나 환자에게 도움을 주기 위한 로봇 시스템에 활용된다. 로봇이 인간의 생명에 영향을 미치는 만큼 정밀한 동작과 환경에 따른 반응이 필요하며, Mechatronics는 안전하고 효율적인 로봇을 만드는 데 기여한다.

3.3. Medical

의료 로봇에 이어 그 외에도 의료분야에 Mechatronics가 어떻게 활용되는지 보겠다.

- Medical Imaging System

X-ray, CT, MRI와 같은 Medical imaging system에는 정밀한 제어와 센서 기술이 필요하다. 해당 기기에 Imaging system의 정확성, 효율성을 향상시키는데 사용된다.

- 의료 보조 기기

보행 보조기, 인공 지능 기반의 치료 시스템 등에서 환자를 치료하고 의료 서비스를 향상시키는 데 사용된다.

3.4. Industrial

당연 일반적인 제조 및 생산 분야에서도 자동화와 생산량 최적화를 위해 사용된다.

- 생산 라인

공장 생산 라인에서 효율성, 생산성은 매우 중요하다. 라인의 로봇이나 자동화 장비들은 Mechatronics 기술을 기반으로 동작하며, 전 생산 과정, 즉, 제품의 조립, 품질, 검사, 포장 등에 모두 관여한다.

- 3D 프린팅 기술

Additive Engineering - 3D Printing 기술은 다양한 소재를 사용해서 물체를 층층히 쌓아 만드는 기술이다. 이러한 제조 과정을 제어하고 최적화하는데 활용된다.

3.5. Smart Product

가전제품이나 스마트폰 같은 제품에도 기술이 사용된다.

- Smart Home

CF 같은 데서, IoT 방식으로 작동하는 가전 제품을 볼 수 있었을 텐데, 이렇게 가전제품들이 상호 연결되어 사용자의 편의를 높이는데 Mechatronics가 사용된다. 스마트 냉장고, 홈 자동화 시스템 등이 해당한다.

- Smart Phone

스마트폰과 같은 기기를 통한 원격 제어, 음성 인식 기술 등도 Mechatronics의 일부로써, 다양한 기기들 간의 상호작용을 가능케 한다.

3.6. Aviation

내가 가장 관심있는 분야. 바로 항공우주 산업이다. 개인적으로 기계의 꽃이라고 생각한다. 항공기 및 우주 탐사 장치의 성능을 향상싴이고 안전성을 강화한다.

- 항공기 제어 시스템

비행 중에 발생할 수 있는 다양한 조건에 대응하기 위해 항공기의 자동 조종 및 안전시스템에서 Mechatronics 기술이 활용됩니다.

- 우주 탐사 장치

우주 탐사 장치 (탐사선 등)의 경우 지구로부터 멀리 떨어진 환경에서의 자율 운전과 조작이 필요하다. 이를 위해 Mechatronics 기술이 활용된다.

4. 나가며

이러한 응용분야로 볼 때, Mechatronics의 발전 가능성과 기대되는 역할은 어마무시, 말해뭐해라고 이해할 수 있을 것 같다.

다양한 공학 분야와의 통합 (짬뽕과 같은..)으로 많은 분야에 사용되고 있어 앞으로 인류의 삶에 밀접하게 연결되어 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다.

오늘은 간단하게 정의 및 구성 요소, 응용 분야 정도로 살펴보았고, 다음부터는 세부 분야에 대해 공부한 바들을 포스팅해보도록 하겠다.

5. 용어 정리

Mechatronics
Sensor
Actuator
ABS (Anti-lock braking system)
ESP (Electronic stability program)
LIDAR (Light Detection and Ranging)
Medical Imaging System
Additive Engineering