DARPA 로보틱스 챌린지(DRC)와 관련해 계속 회자되고 있는 동영상은 멋진 모습의 로봇들이 하나같이 무기력하고 서툴고 멍청하게 넘어지는 장면들이다. 동영상을 보고 있으면 웃음이 나지만 한켠에는 안스러운 마음이 들기도 하고 로봇에게 2족 보행이 결코 쉽지 않은 미션임을 깨닫게 된다.

사실 불안한 2족 보행은 단지 보이는 문제만이 아니라 매우 비싼 기계를 손상시킬 수 있기 때문에 극복하고 싶은 과제임이 분명하다. 전세계 로봇공학자들이 이 문제를 해결하기 위해 머리를 싸매는 것도 이런 이유에서다. 넘어지지 않는 접근법도 있지만 잠시 넘어질 뻔하다가 다시 중심을 잡는 사람처럼 로봇도 균형을 잃은 후 일련의 교정 단계를 추가해 자세를 고쳐잡거나 손을 짚어 낙하의 충격을 완화하는 연구가 진행되고 있다.

듀크대학 전기 및 컴퓨터공학 부교수이자 기계공학 및 재료과학 부교수인 ‘크리스 하우저(Kris Hauser)’는 로봇이 주변 환경을 사용해 이 같은 작업을 수행할 수 있기를 바란다. 그는 “만약 어떤 사람이 벽이나 난간 쪽으로 밀린다면 그 표면을 손으로 짚어 똑바로 서 있을 수 있다. 우리는 로봇이 같은 일을 할 수 있기를 기대한다”고 말했다. “듀크대팀은 로봇이 넘어지는 것을 막기 위해 손을 어디에 놓을지 역동적으로 결정하도록 하는 유일한 연구그룹”이라는 것이 하우저의 설명이다.

이러한 결정과 행동은 인간에게는 본능이지만 로봇의 반사 작용으로 프로그래밍하는 것은 매우 어려운 작업이다. 프로세스를 간소화하고 계산 시간을 절약하기 위해 하우저는 소프트웨어가 로봇의 엉덩이 및 어깨 관절에만 집중되도록 프로그래밍했다.

로봇이 넘어질 때 비틀거리기 전에 안정화 알고리즘이 적용해야 할 세 가지 각도, 즉 발에서 엉덩이, 엉덩이에서 어깨, 어깨에서 손까지의 각도만을 생성한다. 로봇은 도달 범위 내에서 가까운 표면을 식별한 다음 자신을 잡을 수 있는 각도에서 최상의 조합을 신속하게 계산한다. 최종 솔루션은 로봇의 손이 접촉할 때 충격을 최소화하고 손이나 발이 미끄러질 가능성을 최대한 줄여준다. 알고리즘은 최선의 예측을 한 다음 직접 촬영이라는 방법을 사용해 점진적으로 최적화한다.

현재 상태로는 로봇은 주변 환경에 대한 정보를 가지고 있지만 자체적으로 탐색할 수는 없다. 그러나 가까운 장래에 하우저는 자체 카메라 센서가 있는 대형 로봇으로 업그레이드해 주변 환경을 볼 수 있도록 할 계획이다. 그는 “올해 말까지는 로봇이 실제 장애물 코스에서 작동하는 실험을 할 예정이다. 그러면 로봇 주위에 있는 것들을 동적으로 매핑하고 임의의 환경에서 넘어지지 않도록 스스로를 보호하는 방법에 대해 추론할 수 있을 것”이라고 말했다.