일본 도호쿠대학(東北大学) 전기통신연구소 로봇과학자들이 이동속도에 맞춰 스스로 걸음걸이를 바꿀 수 있는 4족 로봇을 개발했다고 사이언스 데일리 등 매체들이 보도했다.

이번 연구는 도호쿠대학 전기통신연구소 이시구로 아키오(石黒章夫) 교수, 와와키 다이(大脇大) 교수 등이 진행했으며 과학 전문 저널인 ‘사이언티픽 리포츠(Scientific Reports)’에 게재됐다.

이번 연구는 4족 동물의 동작을 로봇에 구현한 것이다. 포유류의 대부분을 차지하는 4족 동물은 대부분 이동속도에 따라 걸음걸이를 달리한다. 천천히 걸을 때는 좌후각(左後脚)→좌전각(左前脚)→ 우후각(右後脚)→우전각(右前脚)의 순서로 접지를 하는데 속도가 빨라지면(trot) 대향각(対角脚)이 동시에 접지한다. 더욱 빨라지면(gallop) 앞다리와 뒷다리 부분이 각각 동시에 접지하는 형태로 바뀐다. 이렇게 다리의 모양을 달리해 보행하거나 주행하면 에너지의 효율성이 높아진다고 한다.

▲ 속도에 따른 패러미터의 변화

연구팀은 4족 동물이 이동 속도에 따라 다리의 접지를 달리하는 현상을 4족 로봇에 구현했다. 4족 동물의 걸음걸이 전이 현상을 재현하는 메커니즘을 규명하기 위해 최소한의 설정으로 로봇을 단순하게 설계했다. 1개의 다리 구조는 1자유도의 매우 간단한 구조로 되어 있으며, 각 다리의 리드미컬한 운동을 생성하는 컨트롤러인 ‘위상 진동자(位相振動子)’는 간단한 진동자 모델을 채택했다.

또한 미리 프로그램하는 방식으로 다리 사이의 협조 패턴을 생성한 것이 아니라, 다리에 하중이 걸려있는 시간에는 그대로 신체를 지지하고, 극히 간단한 제어 법칙에 의해 각각의 다리 운동 리듬을 조정하는 것만으로 다리 사이 협조 패턴을 생성하도록 했다.

연구팀은 이번 연구 성과를 발전시켜 재해 현장 등 가혹한 조건에서 빨리 이동하되 일반적인 환경에선 주인과 보조를 맞출 수 있는 4족 로봇을 개발할 계획이다.