"무선 청소기가 사실 NASA의 아폴로 계획 유산이라는 사실을 아시나요? 달 표면 암석 채취를 위해 탄생한 블랙 앤 데커의 무선 드릴 기술부터 현대의 BMS 배터리 관리 시스템까지, 우리 거실로 내려온 초정밀 우주 공학의 반전 역사를 지금 바로 확인하십시오."
솔직히 말하면, 저도 처음에는 무선 청소기를 그냥 '줄 없어서 편한 청소기' 정도로만 생각했습니다. 그런데 어느 날 블랙앤데커(Black & Decker)라는 브랜드가 NASA의 아폴로 계획(Apollo Program)에 참여했다는 이야기를 접하고 나서, 손에 들고 있던 청소기를 다시 보게 됐습니다. 집구석 먼지나 빨아들이는 이 물건이, 인류가 달에 가기 위해 만든 기술의 후손이라는 게 쉽게 믿기지 않았거든요.
달에는 콘센트가 없었다
1960년대 말, NASA의 과학자들이 맞닥뜨린 문제는 생각보다 아주 단순한 것이었습니다. 달 표면 깊숙한 곳의 암석 샘플을 캐내야 하는데, 전기를 꽂을 곳이 없다는 것. 당시의 전동 공구들은 전부 전선에 묶여 있었고, 우주선 내부의 제한된 전력을 선으로 끌어다 쓰는 것은 현실적으로 불가능했습니다.
NASA는 이 문제를 전동 공구 전문 기업인 블랙앤데커에 맡겼습니다. "선 없이도 단단한 월면 암석을 뚫을 수 있는 드릴을 만들어라"는 미션이었죠. 저는 처음 이 사실을 알았을 때, 그 유명한 검정 노란색 브랜드가 단순한 철물점 공구 브랜드가 아니었구나 하는 생각이 들었습니다. 제 주변에도 블랙 앤 데커를 저렴한 공구 브랜드 정도로만 여기는 분들이 많은데, 사실 이 회사는 NASA 파트너였던 겁니다.
여기서 핵심 기술은 단순히 배터리를 달아 만든 드릴이 아니었습니다. 블랙앤데커의 엔지니어들은 토크(Torque)를 극대화하는 동시에 전력 소모를 최소화하는 컴퓨터 최적화 모터 설계 알고리즘을 새로 개발해 냈습니다. 여기서 토크란 회전 운동에서 발생하는 힘의 세기로, 암석처럼 단단한 물체를 뚫을 때 얼마나 강한 회전력을 낼 수 있는가를 결정하는 핵심 수치입니다. 우주비행사의 생명 유지 장치와 전력을 공유해야 하는 극한 상황에서, 1%의 전력 효율이 생사를 가를 수 있었기 때문입니다.
1971년 아폴로 15호 미션에서 이 무선 드릴은 실제로 달 표면을 뚫고 샘플 채취에 성공했습니다(출처: NASA Spinoff Program). 그리고 그 기술은 1979년 세계 최초의 휴대용 무선 청소기 더스트버스터(DustBuster)로 민간에 이전되었습니다. 우리가 지금 쓰는 다이슨(Dyson)이나 LG 코드제로(CordZero)의 기술적 조상이 달에서 왔다고 해도 과언이 아닙니다.
NASA기술이라는 말,얼마나 믿어야 할까?
여기서 한 가지 짚고 넘어가고 싶은 게 있습니다. "NASA 기술"이라는 수식어를 붙이면 왠지 더 대단해 보이는 것은 사실인데, 이게 실제 기술의 연속성인지 아니면 마케팅 수사인지 따져볼 필요가 있습니다. 저도 처음에는 이 부분이 좀 의심스러웠거든요.
비판적으로 보자면, 1960년대에 사용된 것은 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 배터리 기반 기술이고, 지금 우리가 쓰는 청소기에는 리튬이온(Li-ion) 배터리가 들어갑니다. 이 둘은 화학적 구성 자체가 완전히 다릅니다. 여기서 니켈-카드뮴 배터리란 충전 가능한 2차 전지의 초기 형태로, 출력은 강하지만 무겁고 자기 방전율이 높다는 단점이 있었습니다. 현대의 리튬이온 배터리와는 계보가 다르다는 지적은 기술적으로 틀린 말이 아닙니다.
그런데 제 생각은 조금 다릅니다. 중요한 것은 특정 화학 물질의 계승이 아니라 설계 철학의 계승이라고 봅니다. NASA와 블랙 앤 데커가 함께 정립한 "극도로 제한된 전력 환경에서 최대의 회전 성능을 끌어내는 모터 제어 알고리즘"이라는 사상이, 이후 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)으로 이어졌습니다. BMS란 배터리의 충전·방전 상태를 실시간으로 모니터링하여 수명을 늘리고 성능을 안정적으로 유지하는 전자 제어 시스템을 말합니다. 지금 테슬라 전기차에 들어가는 BMS와, 고급 무선 청소기에 탑재된 BMS의 기본 설계 철학은 같은 뿌리에서 나왔다고 볼 수 있습니다.
현대 무선 청소기의 핵심 기술 요소를 정리하면 다음과 같습니다.
- 고속 BLDC 모터(브러시리스 직류 모터): 마찰 없이 회전하여 소음을 줄이고 수명을 늘린 모터 방식
- BMS(배터리 관리 시스템): 과충전·과방전을 방지하고 배터리 수명을 최적화하는 전자 제어 장치
- 디지털 인버터 제어: 흡입력을 일정하게 유지하면서 전력 손실을 최소화하는 제어 방식
- 사이클론(Cyclone) 분리 기술: 다이슨이 독자 개발한 원심력 기반 먼지 분리 방식
배터리 수명, 이제 달라지고 있을까?
무선 청소기를 구매할 때 저도 가장 오래 망설인 부분이 바로 배터리 문제였습니다. 3년쯤 지나면 사용 시간이 반 토막 나고, 배터리 교체 비용이 본체 값의 절반을 넘는다는 이야기를 여럿 들었기 때문입니다. 이 비판은 지금도 여전히 유효합니다. 리튬이온 배터리는 소모품이라는 현실을 부정할 수 없습니다.
다만, 기술의 흐름은 분명히 바뀌고 있습니다. 최근에는 전기차 산업에서 발전한 배터리 셀 밸런싱(Cell Balancing) 기술이 가전제품에도 적용되고 있습니다. 셀 밸런싱이란 배터리 내부의 여러 셀이 균등하게 충전·방전되도록 조절하여 특정 셀이 먼저 망가지는 것을 막는 기술입니다. 이 기술 덕분에 고가 무선 청소기의 배터리 수명이 기존 대비 두 배 가까이 늘어나는 성과가 실제로 보고되고 있습니다.
또 한 가지 현실적인 고민이 있습니다. NASA의 기술은 애초에 단 몇 번의 극한 성능을 위해 설계된 것인데, 매일 수십 분씩 몇 년을 쓰는 가전제품에 그 사상을 그대로 이식하는 것이 최선인가 하는 질문입니다. 실제로 무선 청소기의 배터리 폐기물 문제는 환경적으로도 해결해야 할 숙제입니다. 국내에서도 소형 가전 배터리 폐기물 문제가 지속적으로 제기되고 있으며, 제조사들의 회수 및 재활용 시스템 강화가 요구되고 있습니다(출처: 환경부).
우주에서 온 기술이 지구에서 완성되려면, 성능만큼이나 지속 가능성도 함께 풀어야 한다는 게 제 생각입니다.
결국 손에 든 무선 청소기는 달을 향한 인류의 도전이 만들어낸 결과물이 맞습니다. 다만 그 기술을 맹목적으로 찬양하기보다, 배터리 수명과 환경 비용이라는 현실적인 질문을 함께 들고 가는 것이 더 솔직한 태도일 겁니다. 다음에 무선 청소기를 고를 때는 BMS 탑재 여부와 배터리 교체 가능 여부를 꼭 따져보시길 권합니다. 그게 1960년대 엔지니어들의 밤샘 노력에 응답하는 방식이기도 하니까요.
참고: NASA Apollo 50th Spinoff Tech / Black & Decker Corporate History