中 시티유나이트, 질화갈륨 기반 로봇 관절용 칩 개발

▲중국 시티유나이트가 출시한 'CT-21X 질화갈륨(GaN) 자기 인코딩 센서' 이미지.

중국에서 GaN 기반 로봇 관절용 칩이 공개됐다. 로봇의 작업 정밀도와 속도를 동시에 높이면서 관절의 내열성도 높일 수 있다.

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10일 중국 로봇 전문 포털 중국로봇망에 따르면 중국 시티유나이트(CT-UNITE, 中科无线半导体)가 'CT-21X 질화갈륨(GaN) 자기 인코딩 센서'를 출시했다. 이 센서는 중국에서 처음으로 휴머노이드 로봇 관절용으로 설계된 GaN 자기 인코딩 칩이다.

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시티유나이트는 중국 선전에 위치한 화학물 반도체 하이엔드 시뮬레이션 칩 설계 기업이다. 중국 과기대 동문들이 2018년 설립한 회사로서 모션 제어 시뮬레이션 컴퓨팅 칩 연구개발 경험을 토대로 세계 첫 로봇 동력 시스템 칩을 발표한 바 있다.

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자기 인코딩 센서란, 센서에 자석을 결합해 회전 각도 및 위치 정보를 전기 신호로 변환해주는 칩을 의미한다.

▲휴머노이드 로봇 관절용으로 설계된 시티유나이트 GaN 자기 인코딩 칩 'CT-21X'

CT-21X는 GaN 2DEG(2-Dimensional Electron Gas) 재료를 기반으로 고감도, 고방사선 내성, 고주사율, 고온 안정성 등 강점을 갖췄다. 이 칩은 180도의 온도 공정에서도 정밀도, 열적 드리프트(Thermal Drift), 응답 속도, 전력 효율 등 성능 측면에서 기존 TMR센서(Tunnel Magnetoresistance Sensor:터널 자기저항 센서)보다 우세하다.

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로봇의 관절에 있어 장기간 난제로 꼽혀온 ▲고온 고장 ▲공간 협소 ▲경량화 어려움 ▲고정밀도 어려움 등 문제를 해결해준다.

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이를 통해 산업용 로봇, 임바디드 인텔리전스, 항공 우주 및 특수 장비에서 중국산 칩을 탑재해 신뢰성 있는 위치 센싱을 가능하게 했다고 매체는 전했다.

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매체에 따르면 통상 높은 전력 밀도 환경에서 산업용 로봇과 휴머노이드 로봇의 관절 온도는 150~180도에 도달한다. 기존의 AMR(Anisotropic MR:이방성자기저항)·GMR(Giant MR:거대자기저항)·TMR(터널자기저항) 센서는 감도 저하, 정확도 저하, 온도 드리프트 급증, 수명 단축 등 문제로 장시간 안정적 작동을 보장하기 어렵다.

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이에 GaN 및 AIScN(Aluminum Scandium Nitride:알루미늄-스칸듐 질화물) 기술 아키텍처를 기반으로 하는 CT-21X는 180도 온도에서도 성능 저하가 없으며 내고온 온도가 250~400도에 달한다. 여기에 30~100아크초(arc second, 1아크초가 1도(°)의 1/3600에 해당)의 안정적 각도 정확도도 구현한다. 모터 코일 근처에 장착해 단순한 방열 구조로 고밀도 집적화가 가능하다.

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여기에 21비트 초고해상도, 저잡음, 고정밀 ADC와 프로그래밍 가능한 캘리브레이션 기술을 탑재해 각도 오차 0.1도, 응답 지연 시간 <2μs, 대역폭 1~5MHz를 제공한다. 이를 통해 로봇의 궤적 제어 정확도를 ±0.2mm에서 ±0.05mm로 향상시켜 달리기, 점프, 쥐기, 정밀 조립 등 요구 사항을 충족시킨다.

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유효정 기자 robot3@irobotnews.com

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