일본 도쿄공업대학(Tokyo Institute of Technology) 연구진이 다족 로봇의 보행패턴을 만들고 제어할 수 있는 컨트롤러 기술을 개발했다고 밝혔다. 4족 로봇, 6족 로봇 등의 보행 패턴을 자연스럽게 생성할 수 있는 기술이다.

연구팀이 개발한 보행 패턴 제어 기술은 2단계의 콘트롤러를 채택하고 있으며 다양한 보행동작을 생성할 수 있도록 비선형 오실레이터(non-linear oscillators)로 이뤄진 네트워크를 활용한다. 하이레벨에서 몇 개의 패러미터를 조작하면 보행 패턴이 만들어진다

이번 연구는 이탈리아 카타니아대(University of Catania)와의 협력으로 이뤄졌으며 폴란드 과학원의 ‘월드 리서치 허브 이니셔티브(World Research Hub Initiative)’의 자금이 일부 지원됐다.

자연 생태계의 동물은 아주 작은 동물이라도 경사진 곳이나 불규칙한 지형을 쉽게 올라갈 수 있다. 하지만 로봇은 아무리 보행 기술이 뛰어나도 자연에 있는 동물처럼 자연스러운 보행 기술을 구현하기 힘들다. 동물들이 자연스러운 보행 동작을 하는 것은 뇌속에 있는 ‘패턴-생성기 회로(CPGs)’ 덕분이다. CPG가 바로 보행 패턴을 결정한다.

이번에 개발한 기술은 6개의 다리를 갖고 있는 로봇을 상정하고 있으며, 2단계로 이뤄진 전자적 오실레이터의 위계적인 네트워크(hierarchical network of electronic oscillators)를 기반으로 만들어졌다. 상위의 단계에는 보행 동작의 전반적인 시퀀스를 제어하는 CPG가 존재하며,하위의 단계에는 6개의 지역 패턴 생성기(LPGs)가 존재한다. LPG는 개별적인 로봇 다리의 궤적을 관리한다.

연구팀에 따르면 곤충은 여러가지 복합적인 요인에 의해 보행 동작이 영향을 받는데 특히 보행 속도에 영향을 받는다. 바퀴벌레나 개미처럼 상이한 종의 곤충들은 다른 자세를 취하고 있는데도 불구하고 유사한 보행 동작을 할 수 있다는 것도 알아냈다.

연구팀은 FPAAs(field-programmable analog arrays) 반도체 기술을 채택해 컨트롤러가 높은 수준의 유연성을 갖도록 했다. 이를 통해 높은 단계에서 패러미터 값을 조정해 즉시 보행에 반영할 수 있다. 보행 동작, 속도, 자세 등의 제어가 가능하다.

연구팀은 이 컨트롤러를 활용해 전혀 의도하지 않았거나 기대하지 않았던 보행 동작을 만들어낼 수 있었다고 밝혔다. 그리고 컨트롤러가 생성한 로봇의 보행 동작을 동물에서도 찾아낼수 있었다고 설명했다. 이번 연구 논문은 전문 저널인 ‘IEEE 액서스‘에 게재됐다.