물류창고에서 분주하게 움직이는 모바일 로봇이나 도로를 주행하는 자율주행 자동차들은 서로 충돌하거나 교통 정체 없이 정해진 이동 경로를 빠르고 안전하게 움직여야 한다. 만일 모바일 로봇이나 자율주행차가 이동 중에 충돌하면 전체 시스템에 이상 상황이 발생한다.
미국 노스웨스턴대학(Northwestern University) '마이클 루벤스타인(Michael Rubenstein)' 교수팀은 충돌이나 정체없이 군집로봇 또는 자율주행자동차들이 빠르고 안전하게 이동할 수 있는 분권형 알고리즘을 개발했다고 발표했다.
연구팀은 분권형 알고리즘을 1024대의 로봇이 움직이는 시뮬레이션 환경에 적용해 테스트를 진행했고, 이어 실제 100대의 군집 로봇을 배치해 검증했다. 군집로봇들이 협력해 특정한 형태를 만들도록 프로그래밍하고 테스트한 결과 채 1분이 안되는 시간에 특정 형태를 만드는 데 성공했다. 연구팀은 연구 성과를 전문저널(IEEE Transactions on Robotics)에 발표했다.
루벤스타인 교수는 “소형 군집로봇들이 중앙의 통제를 받을 경우 특정 로봇이 작동을 중지하면 전체 시스템이 영향을 받아 실패할 수 밖에 없다”며 “다른 로봇에게 무엇을 해야할지를 지시하는 리더로봇이 없는 분권형 시스템에선 각각의 로봇들이 독자적으로 의사결정을 한다. 만일 군집로봇 가운데 한 대의 로봇이 정상적으로 동작하지 않더라도 군집은 여전히 임무를 수행할 수 있다”고 말한다.
연구진이 개발한 분권형 알고리즘은 로봇이 움직이는 공간을 ‘그리드(grid)’로 인식한다. 각각의 로봇들은 GPS와 유사한 기술을 사용해 로봇들이 그리드상에 어느 곳에 위치하고 있는를 인지할 수 있다. 이 위치 정보를 활용해 충돌과 정체를 방지하기 위해 로봇간 협력과 조정 작업이 이뤄지는 것이다.
각각의 로봇들은 이동하는 곳을 결정하기 전에 이웃에 있는 로봇과 센서를 통해 커뮤니케이션을 한다. 그리드상에서 이웃한 공간이 비어있는지, 아니면 점유되어 있는지를 파악하는 것이다. 로봇은 이웃한 공간이 비어 있거나 어떤 로봇도 그 곳으로 이동하지 않는다는 정보를 얻을 때까지 이동을 거부할 수 있다. 각각의 로봇들은 주의깊게 행동하며 미리 이동할 공간을 예약한다.
각각의 로봇들은 기본적으로 근시안을 갖고 있다. 오직 자신과 이웃하고 있는 3~4개 로봇의 위치만을 파악할 수 있다. 루벤스타인 교수는 “각각의 로봇은 군집 로봇 전체를 파악할 수 없으며 글로벌 정보 없이 지역적으로 소통하고 의사결정을 한다”고 설명했다.
루벤스타인 교수는 100대의 군집 로봇을 투입해 영문자 ‘NU’를 그리는 모습을 시연했다. 시연 결과 각각의 로봇들은 충돌이나 정체 없이 빠르게 이동하면서 NU라는 문자를 표현했다.
연구팀은 이번에 개발한 분권형 알고리즘을 이용하면 물류창고에서 수백대의 군집 로봇들이 충돌 없이 이동하고 자율주행자동차가 번잡한 도로에서 안전하게 이동하는 게 가능하다고 설명했다.
