▲ 카이스트 명현 교수(사진 오른쪽에서 3번째) 연구팀이 국제 4족 보행 로봇경진대회에서 우승을 차지했다.

별도의 시각이나 촉각 센서의 도움 없이 계단도 성큼 오를 수 있는 보행 로봇 제어기인 ‘드림워크(DreamWaQ)’를 장착한 KAIST 자율보행로봇이 국제 4족 보행 로봇 경진대회에서 우승을 차지했다.

KAIST는 전기및전자공학부 명현 교수 연구팀(미래도시 로봇 연구실)이 지난 5월 29일부터 6월 2일까지 영국 런던에서 개최된 로봇 분야 최대 규모 학술대회인 '2023 국제 로봇 및 자동화 학술대회(IEEE International Conference on Robotics and Automation, ICRA)'에서 주최한 4족 로봇 자율보행 경진대회(Quadruped Robot Challenge, QRC)에서 현지 시간 6월 1일 압도적인 점수 차를 보이며 우승을 거두었다고 밝혔다.

KAIST 팀은 독자적으로 개발한 단위 기술들을 체계적으로 통합 및 최적화하여, 전 세계에서 한국을 포함한 미국, 홍콩, 이탈리아, 프랑스 등 총 11개 팀이 참여하고 7개의 팀이 본선에 진출한 QRC에서 성공적인 자율보행을 선보였으며 최종 6개의 팀이 참여한 결승전에서 총점 246점을 거두었다. 이는 60점을 획득한 메사추세츠 공과대학교(MIT)의 4배 이상으로, 사실상 압도적인 차이로 따돌리며 우승을 거머쥐었다. 3등은 CMU팀이 차지했다.

▲ 카이스트 드림워크 탑재 4족 보행 로봇이 주행하는 모습

KAIST 팀은 소형 4족 보행 로봇을 사용하였으나 가장 빠르게 움직이며 가장 높은 점수를 획득했다. 결승전에서 원격 수동 조작을 위주로 한 팀들이 평균 약 49분의 완주 시간을 기록한 반면, KAIST 팀은 자율 보행 위주로 41분 52초의 완주 시간을 기록했다.(2위 MIT는 원격조작으로 45분 32초). 카이스트는 2000만원 상당의 보행 로봇을 수여받았고, 약 300만원 상당의 보조금을 받을 예정이다.

KAIST 연구팀은 다양한 환경에서의 자율보행을 위하여 카메라, 3차원 라이다(LiDAR) 센서, 관성 센서(IMU), 관절 센서로부터 획득된 정보를 모두 융합하여 사용하였다. 많은 센서를 사용했음에도 불구하고, 미니컴퓨터 하나에서 강인하고 정확한 위치 추정뿐 아니라 주변 환경 인지와 경로 계획까지 실시간으로 진행될 수 있도록 효율적인 시스템을 구축하였다.

로봇 주변의 지형 지도를 작성하는 기술은 고가의 라이다 센서에만 의존하지 않고, 상대적으로 저렴한 깊이 카메라로 대체할 수 있다. 추정된 로봇 위치의 주변 지형 지도를 빈틈없이 매끄럽게 작성하고, 이 지도를 활용해 안전한 지형을 스스로 판단해 보행할 수 있도록 적합한 경로를 계획한다. 드림워크가 탑재된 로봇이 극복할 수 있는 최대 단차와 로봇의 크기를 고려하여 경로를 계획하여 로봇이 넘어지는 상황은 최소화한다. 그러나 혹여 보행 중 넘어질 때도, 자동으로 다시 일어나 임무를 수행할 수 있도록 하나 강화학습 기반의 재회복(Fall recovery) 기술도 자체 개발하여 탑재하였다.

KAIST팀의 명현교수는 “이번 경진대회에서 사용된 제어기인 드림워크 뿐 아니라, 로봇 주변의 환경을 인지하고 적절한 경로를 찾을 수 있도록 하는 기술 모두 우리 연구팀이 독자적으로 개발한 기술로, 국내 로봇 산업 경쟁력 제고에 이바지할 것으로 기대된다”고 전했다.

▲ 현장에서 열린 시상식 모습

한편, 이번 연구는 산업통상자원부 로봇산업핵심기술개발 사업의 지원을 받아 수행되었다.(과제명: 동적, 비정형 환경에서의 보행 로봇의 자율이동을 위한 이동지능 SW 개발 및 실현장 적용)

KAIST 드림 스텝(DreamSTEP) 팀은 명현 교수(지도교수), 유병호 박사과정(팀장), 이 마데 아스윈 나렌드라(I Made Aswin Nahrendra) 박사과정, 김예은 박사과정, 오민호 박사과정, 마심 케빈 크리스티안센(Marsim Kevin Christiansen) 석박사통합과정, 이현우 박사과정, 이승재 석사과정, 이동규 석사과정 등으로 구성됐다.