양치기 개가 산허리에서 양들을 모으는 장면을 본 적이 있는가. 양들은 파도를 타듯이 앞뒤로 진동하며 움직이고 개가 그 뒤에서 주변 양들을 엮어낸다. 그것은 마치 자석에 의해 철가루가 움직이거나 다가오는 펭귄을 피해 달아나는 물고기떼의 모습과도 흡사하다.

양떼나 물고기떼에서 보이는 것처럼 특정한 방향으로 밀착, 정렬하는 방식의 행동들은 포식자에 의해 식별되거나 먹힐 확률을 줄이는 역할을 한다. 이러한 패턴에 주목해 GPS를 사용해서 양떼와 양치기 개를 추적하는 방식으로 반포식자(anti-predator) 효과가 어떻게 나타나는지를 연구하는 프로젝트를 ‘더 컨버세이션’이 소개했다.

연구자들은 개별 동물들이 도망치는 집단의 중심을 향해 이동함으로써 잠재적 위험에 대응한다는 오랜 주장을 입증했다. 1970년대 진화생물학자 빌 해밀턴(Bill Hamilton)이 처음 제안한 ‘이기적인 무리(selfish herd)’라는 이론이다.

하지만 양떼가 몰려드는 방식보다 더 흥미로운 것이 있으니 바로 양치기 개의 역할이다. 개는 어떻게 그렇게 많은 양을 쉽게 이동시키고 조종할 수 있을까. 개가 사용하는 규칙은 무엇일까. 이를 조사하기 위해 연구팀은 양과 양치기 개의 행동 모델을 만들고 컴퓨터 시뮬레이션을 실제 수집한 데이터와 비교했다.

그 결과 양치기 개는 두 가지의 매우 간단한 규칙을 사용하는 것으로 나타났다. 개는 양들을 뒤에서 목표물 쪽으로 몰고 간다. 그러나 양들이 너무 분산되면 개는 흐트러진 가장자리로 이동한다. 양치기 개가 너무 가까이 다가가면(철가루와 자석을 기억하라) 양들은 개로부터 멀어지고 양들끼리 가까워지기 때문에 밀집된 양떼와 뒤에서 엮어주는 양치기 개라는 결과가 나타난다. 하지만 두 가지 단순한 규칙이 있다는 것뿐 그것만 가지고 모델을 코드화하지는 않았다. 모델에 코드화하지 않은 속성이 있는 이 현상은 응급 행동이라고 알려져 있다.

로봇 양치기

연구팀이 이 두 가지 규칙을 기반으로 고안한 '양치기 모델(shepherding model)'은 로봇이 살아있는 에이전트와 인공 에이전트의 움직임에 영향을 주도록 설계하는 방법이다. 많은 여론의 주목을 받았고 양치기 개를 로봇으로 대체하는 사안이 관심을 끌었다고 한다. 실제 그렇게 하지는 않았지만 양치기의 행동에서 영감을 얻어 무리를 모으고 분산시키는 로봇을 만드는 것이 가능한 것으로 파악됐다.

이를 시험하기 위해 '개 규칙'을 따르는 간단한 로봇을 프로그래밍했고 작은 플라스틱(무생물) 물체를 수집하도록 했다. 그 결과 로봇은 어떤 도움을 받지 않고도 물체를 재빨리 확인하고 수집했다. 수집할 물체가 더 늘어나면 행동을 수정해 적응하는 모습을 보였다. 모든 시험에서 성공적인 것으로 평가됐다. 다음 단계는 이 모든 것을 현실 세계에 적용하는 것이다. 간단한 실험실 환경에서 간단한 로봇을 사용했지만 다양한 현실 환경에서도 유의미한 결과를 나타낼 수 있을 것으로 기대된다. 이같은 알고리즘으로 설계된 로봇은 기름 유출, 플라스틱 혹은 다른 오염 물체를 청소하는 데 사용될 수 있다. 또한 인간의 도움없이 동물을 특정 장소에 접근하지 못하게 하거나 무리짓게 할 수 있다고 설명했다.