2020년 12월 현대차그룹이 ‘소프트뱅크(SoftBank Group)’로부터 ‘보스턴다이내믹스(Boston Dynamics, Inc.)’의 지배 지분을 인수했다는 뉴스가 언론의 주목을 받았다. 대학 실험실에서 출발해 세계적인 로봇 전문기업으로 성장한 보스턴다이내믹스의 역사와 핵심 개발 전략, 그리고 주요 특허기술을 3회에 걸쳐 분석해본다. <편집자>

역동역학(passive dynamics)적 ‘제어 알고리즘’ 특허

[영상] Boston Dynamics가 아틀라스(Atlas) 로봇을 만든 방법

보스턴다이내믹스가 2013년 12월 구글 X에 인수되기 전까지 출원된 발명들(약 11건)은 대부분 다리 골격 또는 “근육에 상응하는 실린더 액추에이터 시스템”에 관한 것들이다.

▲ [대해부] ‘보-스턴다이내믹스’ 보고서 표지

그리고 보스턴다이내믹스가 보유한 제어 알고리즘에 관한 방법 발명은 모두 구글에 인수된 이후에 출원되었다.

▲ 이진수 변리사

실제로 ▲다리 로봇의 경로 이동 ▲지면 상태 추정 ▲불규칙한 지면의 보행 ▲미끄럼 방지 ▲이동 경로설정 ▲걸음걸이나 행동의 결정 등에 관한 제어 알고리즘은 보스턴다이내믹스가 구글 X에 인수된 이후에 구글 연구원의 개발 결과물로 출원되었고 소프트뱅크에 인수되는 시점에 보스턴다이내믹스로 양도됐다.

로봇의 다리 위치 제어… ‘롤과 피치 균형‘ 잡는 방법 특허

다리를 가진 모든 동물(사람 포함)의 보행은 의도적으로 다리를 움직이거나 몸체를 기울여 불균형 상태를 만들고 다시 다리의 위치를 바꾸어 균형을 회복하는 과정이라고 할 수 있다.

▲ 로봇 균형 제어 방법 출처: “자연 피치와 롤(Natural pitch and roll)” 특허

이를 로봇에 구현한 알고리즘 발명이 “자연 피치와 롤(Natural pitch and roll)”이란 명칭으로 2014년 처음 출원된 미국 특허 번호 제9,517,561호(이하 ‘561특허)이다.

이 발명의 패밀리 특허는 3건이 더 있으며 (US 9662792 B2, US 10,105,850 B2, US 10,654,168 B2), 현재 미국특허상표청(USPTO)에 미 연방정부가 통상실시권을 가지고 있는 것으로 등록돼 있다.

이 발명은 로봇이 불안정한 자세에 있을 것이라고 예측되면, 로봇이 안정적인 다른 자세를 취하도록, 로봇이 로봇의 다수의 관절 다리 중 적어도 하나 이상의 관절 다리를 이동시키는 제어를 특징으로 한다.

로봇의 자세를 추정하는 방법으로 복수의 센서로 각 관절의 관절각도를 측정하고 자이로스코프나 가속도계 등에 의해 로봇 본체의 자세를 측정한다.

그리고 로봇 장치 본체의 가속도, 또는 로봇 본체의 피치, 롤 및 요 등의 회전 각도를 측정한다. 이러한 측정값들의 관계를 수학적 알고리즘을 이용해 로봇의 자세와 상태를 판정하는 방법이다.

로봇의 ‘걸음걸이 제어’ 방법 특허

다리를 가진 모든 동물(사람 포함)은 기구적으로 다양한 걸음걸이로 원하는 속도와 방향으로 이동할 수 있다.

이러한 동작을 흉내 내어 로봇의 걸음걸이를 제어하는 방법이 “뛰는 걸음걸이와 질주하는 걸음걸이를 위한 방법(Methods and devices for bound and gallop gaits)”이란 명칭으로 2014년 출원된 미국 특허 번호 제9,395,726호(이하 ‘726특허)이다.

▲ 로봇 다리 걸음걸이 제어 방법 출처: “뛰는 걸음걸이와 질주하는 걸음걸이를 위한 방법 (Methods and devices for bound and gallop gaits)” 특허

이 발명은 미 국방성의 방위고등연구계획국(DARPA)의 자금을 지원받아 개발됐으며(계약번호 W91CRB-11-C-0048), 현재 미특허청에 2019년 미 육군이 비배타적 통상실시권을 설정받은 것으로 등록되어 있다.

다리 달린 로봇은 다리를 기계적으로 싸이클링 동작을 해 걸음걸이 동작을 한다. 이 발명은 뛸 때는 한 쌍의 다리를 동시에 조작해 한 쌍의 다리가 동시에 지면을 차고 나가도록 하고, 전력 질주할 때는 다리를 서로 독립적으로 조작해 한쪽 다리만 지상을 지지하면서 밀어내도록 제어한다.

‘에너지 공급원’ 한계 극복이 관건… 전기자동차와 동일

2족 로봇이나 4족 로봇의 기술은 결국 다리가 달린 동물과 사람의 모습을 닮아가는 것이 개발 목표이다.

그러나 스마트 워치를 사용해보거나 전기 자동차를 운행해 본 사람은 공감하겠지만 이러한 전기적으로 작동하는 로봇은 한번 충전 후 적어도 목적하는 작업을 마칠 수 있는 시간 동안은 사용할 수 있어야 한다. 그렇지 않으면 전원 공급 라인을 연결된 상태에서 제한된 공간의 이동만 가능하다.

따라서 보스턴다이내믹스가 개발한 다리 달린 로봇이 상품화에 성공해 민간 소비 시장에 자리 잡기 위해서는 에너지 공급원에 대한 한계를 극복해야 한다.

그러나 이러한 기술의 한계는 전기자동차의 한계와 공통되기에 전기자동차 기술 진보와 함께 해결되어 갈 것이다. 자율자동차에 적용되는 자율주행이나 네비게이션 기술 역시 다리 달린 로봇에 그대로 적용될 것이다.

여기에 인공지능을 통한 정보 인식과 처리, 그리고 예측과 행동결정의 자유도가 확보된다면 인간이 로봇과 함께 살아가는 공상과학영화의 한 장면이 현실로 다가올 것이라 생각한다. 영화 터미네이터나 AI에 나오는 휴머노이드가 인간과 함께 살아가는 날도 머지않은 일이 될 것이다.