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배터리 기술의 한계가 휴머노이드 상용화의 최대 걸림돌로 지목된다. 휴머노이드는 일반 산업용 로봇보다 훨씬 많은 전력을 소모하는데, 복잡한 내부 구조 때문에 배터리를 탑재할 수 있는 공간은 제한적이다.
시중에 나와 있는 대부분의 휴머노이드가 한 번 충전하면 1~2시간 만에 방전되는 이유다. 휴머노이드의 사용 시간을 늘리기 위한 배터리 기술 개발이 전 세계 로봇 기업과 배터리 기업의 주요 협력 과제로 부상하고 있다.
[출처 : 국민일보 250603]
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휴머노이드 배터리 문제
1. 작동 시간 짧음
◇ 휴머노이드는 많은 모터와 센서를 사용함 → 전력 소모가 매우 큼
◇ 일반적으로 한 번 충전으로 작동 가능한 시간은 30분~1시간 내외
◇ 인간형 움직임 구현 위해 지속적 연산·제어 필요 → 배터리 부담 증가
◇ 실외 활동이나 장시간 노동에는 매우 부족한 수준
2. 무게 대비 에너지 밀도 문제
◇ 고용량 배터리를 사용하려면 그만큼 무게가 증가함
◇ 배터리가 무거우면 로봇의 균형, 보행, 넘어짐 방지에 악영향
◇ 반대로 가벼운 배터리는 작동 시간이 너무 짧아짐
◇ 따라서 ‘에너지 밀도 높으면서도 가벼운’ 배터리 개발이 핵심 과제
3. 발열 및 안전성 문제
◇ 고성능 리튬이온 배터리는 출력 시 급격한 발열 발생
◇ 과열되면 배터리 성능 저하 또는 화재·폭발 위험
◇ 특히 인간형 로봇은 내부에 회로와 부품이 밀집 → 열이 빠지기 어려움
◇ 따라서 냉각 시스템 또는 열 분산 설계가 반드시 필요
4. 충전 시간 문제
◇ 대부분의 리튬이온 배터리는 완충까지 수 시간 소요
◇ 하지만 작동 시간은 1시간 이하 → 비효율적
◇ ‘자율성’ 확보 위해서는 빠른 충전 기술(고속충전) 또는 배터리 교환 방식 필요
5. 배터리 교체·관리의 어려움
◇ 배터리가 내장형이면 정비·교체가 매우 어렵고 시간이 오래 걸림
◇ 작업 도중 충전 중단 시 → 작업 중지
◇ ‘모듈형 배터리 시스템’이 필요함
예: 자동차처럼 교체 가능한 배터리 팩 설계
대응 기술 및 발전 방향
▸ 고에너지밀도 배터리 개발
- 리튬황전지: 리튬이온보다 에너지 밀도 2~5배, 무게 적음
- 고체전지(Solid-state): 안전성 높고 발열 적음, 소형화 가능
▸ 모듈형 배터리 시스템
- 배터리 탈부착을 빠르게 할 수 있는 슬롯 방식 설계
- 작업 도중 충전된 배터리로 교체 가능 → 다운타임 최소화
▸ 에너지 회수 기술 (회생제동 등)
- 보행 시 발생하는 에너지를 다시 배터리로 저장
- 로봇이 반복 동작을 할 경우 효율 개선 효과 있음
▸ 무선 충전 및 자율 충전 시스템
- 지정된 스테이션이나 패드에 접근해 자동 충전
- 서비스 로봇, 청소로봇에는 이미 일부 적용됨
- 휴머노이드에도 적용 시 야간 자율 충전 등 가능
▸ AI 기반 전력 효율화
- 로봇의 동작과 상황을 분석해 불필요한 에너지 낭비 방지
예: 이동 중에는 센서 일부 절전 모드로 전환
- 동작 경로 최적화로 모터 출력 최소화
실제 로봇 사례
◇ Tesla Optimus : 약 2시간 작동 목표, 경량 설계에 집중, AI 기반 제어 적용 중
◇ Boston Dynamics Atlas : 배터리 내장형, 작동 시간 약 30분 내외, 고기동성 위해 배터리 무게 증가 제약샤오미
◇ CyberOne : 약 45~60분 작동, 고출력 리튬 배터리 탑재, 데모 위주 활용
결론 및 전망
휴머노이드의 실용화를 위해서는 배터리 문제 해결이 가장 핵심 과제 중 하나
단순히 배터리 용량 증가보다도
무게 대비 효율 향상
안전성 확보
충전 및 교체의 용이성
AI 기반 전력 절약 설계 등이 종합적으로 해결되어야 함
현재는 대부분 단시간 작업 중심의 데모·실험적 목적에 그침
향후 고체전지 기술 + 에너지관리 AI + 무선충전 인프라가 발전하면 일상 서비스 로봇으로도 확장 가능