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테슬라의 휴먼노이드 로봇 옵티머스(Tesla Optimus)는 인간형 구조로 다양한 작업을 수행하기 위해, 강성과 유연성을 모두 확보한 경량화 프레임 설계가 필수적입니다. 무게는 56kg 수준이지만, 이 안에 AI 컴퓨터, 배터리, 모터, 센서 등 복잡한 시스템이 내장되어 있습니다. 이번 글에서는 옵티머스가 어떻게 경량화와 내구성을 동시에 확보했는지 그 설계 기술을 심층적으로 분석합니다.
1. 경량화 프레임 설계의 필요성
휴먼노이드 로봇에서 프레임 경량화는 단순한 무게 절감이 아닌 안정성, 에너지 효율, 제어 안정성 확보와 직결됩니다.
- 낮은 질량 중심 → 균형 유지 용이
- 에너지 소모 최소화 → 배터리 지속시간 증가
- 모터 부하 감소 → 관절 제어 성능 향상
- 충격 흡수 능력 확보 → 안전성 증가
2. 옵티머스 프레임 구조의 특징
테슬라는 자동차 차체 경량화 경험을 응용해 옵티머스의 프레임 구조를 독자 설계했습니다.
- 모듈형 설계: 상반신, 하반신, 팔 모듈 분리 가능
- 중앙 집중식 배터리 및 FSD 유닛 내장: 질량 중심 최적화
- 복합 곡선 설계: 응력 분산 극대화
- 공동(Cavity) 설계: 내부 공간 활용 극대화
3. 주요 적용 소재
경량화를 위해 테슬라는 소재 선택에서 항공우주·자동차 소재 공학을 적극 활용하고 있습니다.
- 고강도 알루미늄 합금: 기구부 하중 구조 적용
- 탄소섬유 복합재: 팔다리 외장 및 보강재
- 폴리머 및 엔지니어링 플라스틱: 손가락 등 미세 부품 적용
- 내구성 코팅 처리: 마찰 부위 내열성 보강
4. 제조 공법 최적화
옵티머스 프레임 제작에는 테슬라의 자동차 생산 노하우가 상당 부분 이식되었습니다.
- 기가캐스팅(Gigacasting) 기술 적용 가능성
- 3D 프린팅 기반 소형 정밀 부품 생산
- 로봇 암을 활용한 고정밀 용접 공정
- 복합재 압축 성형 기술 적용
5. 경량화와 충격 흡수의 균형
휴먼노이드 로봇은 넘어짐·부딪힘 등의 위험이 높기 때문에 프레임은 단순 경량이 아닌 충격 흡수력도 중요합니다.
- 내부 댐퍼 구조 적용
- 관절 보호용 제한 범위 설계
- 외장에 일정 유연성 부여 → 충격 흡수 보조
6. 향후 발전 방향
테슬라는 옵티머스 프레임의 추가 경량화를 위해 다음 기술을 연구 중인 것으로 예상됩니다:
- 메타 소재 적용 (Metamaterials)
- 탄소섬유/알루미늄 복합 하이브리드 구조
- 능동 변형 가능한 유연 프레임 연구
맺음말
옵티머스의 경량화 프레임 설계는 단순한 다이어트가 아닙니다. 에너지 효율성, 동작 안전성, 장시간 작동 가능성을 확보하기 위한 핵심 기술입니다. 테슬라의 자동차 생산 기술과 로봇공학이 융합된 이 구조는 향후 휴먼노이드 로봇 대중화의 기반이 될 가능성이 높습니다. 경량화 프레임 기술이 결국 실제 작업을 수행하는 산업용 로봇으로 옵티머스를 진화시키는 열쇠가 될 것입니다.