▲ 계단을 오르는 4족 로봇 '치타 3'

MIT 김상배 교수팀이 비전 카메라나 환경 센서 없이도 계단을 오르고 주변을 걷거나 뛸 수 있는 4족 보행 로봇 ‘치타(Cheeta)3’를 발표했다. 연구팀은 오는 10월 스페인 마드리드에서 열리는 ‘지능형 로봇 국제 컨퍼런스’에서 연구 성과를 발표할 예정이다. 로봇이 비전 카메라나 환경센서 없이 계단을 오르고 거친 지형을 뛰는 것은 사람이 앞을 보지 못하는 상태에서 칠흙 같은 공간을 걷는 것과 마찬가지다.

김상배 교수는 “간혹 시각 정보는 오류 투성이고 부정확할 때가 있다”면서 “우리는 시각 정보 없이 촉각 정보에만 의존해 계단을 오르거나 예상치 못한 장애물을 피할 수 있는 기술을 개발했다”고 말했다. 연구팀은 이번에 개발한 기술을 ‘맹목적인 이동(blind locomotion)’이라고 표현했다. 치타 3는 기존에 발표됐던 치타 2와 달리 로봇이 준비 운동을 하는 것처럼 몸을 앞뒤로 움직이면서 스트레칭하거나 비트는 동작이 가능하다. 또 빠른 속도로 이동하고 계단을 오를 수 있다.

김 교수는 수년안에 사람이 접근할 수 없는 공간 또는 원자력 발전소와 같은 위험한 공간에 치타 로봇을 대신 투입할 수 있도록 로봇의 성능을 개선하겠다는 목표다. 치타3 는 비전 카메라나 환경 센서 없이 2개의 알고리즘에 의존해 이동한다. ‘접촉 발견 알고리즘(contact detection algorithm)’과 ‘모델 예측 제어 알고리즘(model-predictive control algorithm)’이다.

접촉 발견 알고리즘은 하나의 다리가 허공에 떠 있다가 지면에 닿는 최적의 시간을 결정한다. 최적의 시간은 로봇의 다리가 딱딱한 바위에 내디딜 때와 나무 가지들이 많은 곳에 내디딜 때 달라진다. 접촉 발견 알고리즘은 다리가 지면에 닿는 확률, 다리가 지면에 부딪힐 때 생성되는 힘의 확률, 다리가 허공에 떠 있을 확률 등 3가지의 확률을 지속적으로 계산한다. 3가지 확률 정보는 자이로스코프, 가속도계, 다리 관절의 위치에 따라 결정된다. 만일 예상치 못한 순간에 나무 블록에 발을 내디디면 로봇의 몸체는 로봇의 각도와 높이를 기울이거나 변화시킨다.

김 교수 연구팀은 사람도 시야가 전혀 없는 어두컴컴한 곳에선 촉감에 의존하거나 지면이 있는 곳을 머릿속으로 생각한 후 움직인다며 이번 치타3에도 이같은 원리가 적용되었다고 설명했다.

연구팀은 ‘모델 예측 제어 알고리즘(model-predictive control algorithm)’도 개발해 적용했다. 이 알고리즘은 로봇의 다리가 지면에 내디딜 때 어느 정도의 힘을 어느 방향으로 줘야하는가를 결정한다. 가령 로봇을 옆에서 민다면 다리에 어느 정도 힘을 줘 몸이 균형을 유지할 것인가를 계산한다. 모델 예측 제어 알고리즘은 접촉 발견 알고리즘과 결합해 힘을 어떤 방향으로 어느 정도 주는가를 결정할수 있다. 김 교수는 로봇은 시각 정보 없이 위험한 곳에서 작업을 할 경우가 많다며 앞으로 이런 용도로 로봇 기술이 사용될 것이라고 지적했다.