최근 선보이는 비행 로봇들은 더 작아지고 기능은 우수해지며 실내외 모든 종류의 장애물을 회피하는 수완이 점점 좋아지고 있다. 그러나 사람들에게 위협적이지 않고 물건을 향해 돌진하지 않으면서 배터리가 떨어질까 걱정할 필요없는 비행 로봇 얘기는 잘 들리지 않는다.

‘IEEE 스펙트럼’은 조지아텍에서 개발한 GT-MAB(Miniature Autonomous Blimp)를 이런 부류의 로봇으로 분류한다. GT-MAB는 부드럽고 약간 부풀려진 비행선 모양을 하고 있으며 얼굴을 감지하고 주변 사람을 자율적으로 추적할 수 있는 비행 로봇이다.

푸민 장(Fumin Zhang) 교수가 이끄는 조지아텍 연구팀이 개발한 GT-MAB은 몇 가지 약점이 있긴 하지만 특정 환경의 실내에서 상호 작용할 필요가 있는 경우 아주 친근한 아이디어로 보인다. 무엇보다 이 비행선은 사람을 감지하고 따르는데 아주 효과적이다. 안정적이며 진동이 없고 가까운 거리에서도 전혀 위협적이지 않기 때문이다. 풍선이기 때문에 사람들과의 충돌조차도 위험하기보다는 상당히 우스꽝스럽고 재미있다.

또 에너지를 낭비하지 않아 배터리 수명이 분 단위가 아닌 시간 단위로 측정된다. 특히 호버링(hovering)의 경우 비행선의 기본 상태에 해당하기 때문에 에너지 효율이 매우 높다. 단점은 역동적으로 움직이는 것이 어려우며 옥외 운영은 여의치가 않다는 점이다.

연구팀에게 가장 어려웠던 점은 이 비행선이 총 50g을 들어올릴 수 있기 때문에 온보드 하드웨어를 최소화하는 것이었다. 온보드 하드웨어에는 5개의 소형 모터(프로펠러 포함), 마이크로 컨트롤러, 배터리, 무선 카메라 및 Xbee 무선 모듈 등이 포함됐다.

사람을 추적하기 위해 스테레오 비전이나 3D센서를 내장하는 대신 비행선 카메라가 비디오를 지상 PC로 전송하는 방식으로 무게를 줄였다. 지상 PC는 얼굴 추적 알고리즘을 실행하고 Xbee 모듈을 사용해 제어 신호를 다시 비행선에 전송한다.

까다로운 문제는 비행선과 얼굴간 거리를 계산해 적절한 다음 행동을 하도록 하는 것이다. 어떤 종류의 깊이 정보도 없이 비행선은 사람의 얼굴 길이에 대한 사전 지식을 사용해 단안 이미지와의 거리를 계산해낸다. 이는 비행선의 카메라가 쿼드콥터 카메라와는 달리 얼굴과 항상 평행한 상태를 유지하며 절대 피칭이나 롤링하지 않도록 작동하기 때문이다. 일단 비행선이 어떤 사람을 따르기로 정해지면 5개의 작은 프로펠러를 사용해 3차원 및 요(Z축 방향 회전)을 모두 변환할 수 있다. 해당 사람이 너무 빨리만 움직이지 않으면 잘 작동한다는 결과가 나왔다.

연구자들은 이 같은 내용을 최근 싱가포르에서 열린 ICRA(International Conference on Robotics and Automation)에서 '소형 로봇 비행선에서 단안 비전을 기반으로 인간 따라가기'라는 제목으로 발표했다.