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워싱턴대, 소형로봇·곤충에 장착 가능한 카메라 시스템 개발지난 15일 사이언스 로보틱스에 게재
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승인 2020.07.16  19:11:07
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▲ 워싱턴대(University of Washington) 연구팀이 최근 곤충 또는 소형 로봇에 장착할 수 있는 소형 카메라를 개발했다.(사진=워싱턴대)

워싱턴대(University of Washington) 연구팀이 곤충 및 소형 로봇에 장착할 수 있는 저전력, 저중량 무선 카메라 시스템을 개발했다고 ‘사이언스 데일리’ 등 매체들이 전했다. 연구팀은 실제로 이번 기술을 살아있는 딱정벌레와 초소형 로봇에 적용했다고 한다.

이 카메라는 초당 1~5프레임으로 스마트폰에 영상을 제공하고, 최대 60도까지 회전 가능한 기계식 팔 위에 장착된다. 최소 에너지로 고해상도 파노라마 촬영 또는 움직이는 물체를 추적할 수 있다. 두 장치는 120m 거리에서 스마트폰 블루투스를 통해 무선 조종된다. 이 시스템을 곤충 또는 로봇에 적용하면 사람이 진입하기 어려운 공간을 탐색하는 데 유용할 것이라는 게 연구팀의 설명이다. 이번 연구결과는 지난 15일 사이언스 로보틱스(Science Robotics)에 게재됐다.

그동안 초소형 무선 카메라 시스템을 개발하는 일은 거의 불가능한 일이었다. 예컨대 스마트폰에 사용되는 소형 카메라는 광각, 고해상도 사진을 캡처하는 데 많은 힘이 필요해 크기가 작은 곤충 등에는 사용할 수 없었다. 카메라 자체는 가볍지만 이를 지원하는 배터리가 전체 시스템을 너무 크고 무겁게 만들기 때문이다.

연구팀은 곤충으로부터 이에 대한 해결책을 얻었다. 이번 연구에 참여한 '소이어 풀러(Sawyer Fuller)' 원싱턴대 기계공학과 조교수는 “카메라와 유사하게 동물의 시력은 많은 힘을 필요로 한다. 파리들은 휴식 에너지 중 10~20%를 두뇌에만 쓰고 대부분은 시각 처리에만 전념한다. 이런 노력을 줄이기 위해 일부 파리들은 눈 속에 고해상도 영역을 가지고 있다. 이들은 먹이 또는 짝을 쫓는 행위를 할 때 선명하게 보고 싶은 곳을 향해 고개를 돌려 방향을 잡는다. 이는 전체 시야가 높은 해상도를 갖는 것에 비해 힘을 절약해 준다”라고 설명했다.

연구팀은 동물의 시야를 모사하기 위해 초저전력 흑백 카메라를 사용했다. 이 카메라는 기계식 팔을 통해 시야를 바꿀 수 있는데, 이 팔에 고전압을 가하면 소재가 구부러져 카메라가 원하는 위치로 이동한다. 팔은 원래 위치로 돌아오기 전에 약 1분간 각도를 유지한다.

연구팀은 이렇게 카메라를 움직임으로써 많은 양의 전력을 소모하지 않고도 넓은 시야를 확보할 수 있다고 말했다. 이번 연구에 참여한 전기·컴퓨터공학 박사과정 학생인 ‘비크람 아이어(Vikram Iyer)’는 “우리는 로봇 전체를 움직이는 데 에너지를 쓰지 않고도 움직이는 물체를 추적할 수 있다. 이 이미지들은 광각 렌즈를 사용했을 때보다 해상도가 높기 때문에 훨씬 넓은 영역에 분포된 동일한 수의 픽셀로 이미지를 만들어 낼 것이다”라고 말했다.

▲ 이번 연구에 참여한 ‘비크람 아이어(Vikram Iyer)’가 딱정벌레에 이번에 개발한 카메라 시스템을 부착하는 모습(사진=워싱턴대)

연구팀은 이 시스템을 딱정벌레에 적용했다. 초소형 가속도계를 설치해 곤충이 움직일 경우에만 사진을 찍게 만들었다. 이 장치 덕분에 배터리 소모량이 줄어 최대 6시간 녹화가 가능했다는 설명이다. 또 이 곤충은 장치를 짊어지고 있음에도 불구하고 자유롭게 이동했으며, 실험이 끝난 후에도 1년 이상을 살았다고 한다.

이뿐만이 아니다. 연구팀은 이 카메라 시스템을 초소형 로봇에도 적용했다. 이 로봇은 진동을 이용해 움직이는데, 이 때문에 카메라가 흔들려 왜곡된 이미지를 만들어냈다. 연구팀은 로봇을 멈춘 후 사진을 찍는 전략으로 이 문제를 해결했다. 이 전략 덕분에 시스템은 초당 2~3cm 속도로 움직이며 약 90분 동안의 배터리 생명을 보여줄 수 있었다.

연구팀은 이 기술이 개인의 사생활 문제를 초래할 수 있다는 점을 인정하면서도, 생물학부터 새로운 환경을 탐구하는 일까지 다양한 분야에서 활용이 가능할 것이라고 말했다.

조상협  robot3@irobotnews.com
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