지난 호에서 '오픈로보틱스월드' 프롤로그를 통해 오픈 로보틱스가 로보틱스 분야에서 하나의 돌파구라고 연재물의 의의를 밝혔다. 그 첫 번째 예로 휴머노이드를 선택했다. 우리는 ‘로봇’ 하면 휴머노이드를 떠올린다. 이는 어릴 적부터 익히 본 태권브이, 아톰, 건담 등의 애니메이션에서 주인공들이 외형적으로 인간의 모습을 띠고 있었기 때문이다. 이들은 우리의 친구이자 우리 편으로 그려졌고, 자연스럽게 그들과 가깝게 다가설 수 있었다. 휴머노이드 로봇을 친숙하게 여기게 된 것이다. 하지만 휴머노이드는 그 어떤 로봇보다 제어해야 할 관절 수가 많다. 각 관절에 사용되는 모터가 고가이고 제어적 관점에서도 기술적 난이도가 상당히 높다. 그러한 이유로 휴머노이드는 혼다, 토요타와 같은 대기업이나 특정 연구소, 대학에서만 연구 가능한 로봇으로 여기기 쉽다. 더불어 이들의 기술은 닫혀 있어서 쉽게 손에 얻을 수 없다고 여기는 것이 상식이다. 그래서 휴머노이드를 오픈 소스 진영에서 찾아볼 수 있다고 하면 여러 사람은 지레 손사래를 칠지도 모르겠다. 앞으로 2회에 걸쳐 오픈 소스 진영에서 점점 그 자리를 확고히 하고 있는 휴머노이드 프로젝트를 소개한다.

휴머노이드 기술이 공개되기 시작했다

휴머노이드는 형태뿐 아니라, 인간과 같은 인식기능, 운동기능이 필요하기 때문에 로봇기술이 총체적으로 발전해야 한다. 고난도의 지능형 로봇이다. 어디까지가 휴머노이드인지에 대한 구분에는 여러 의견이 있지만, 이 글에서는 인간의 형태를 하는 바퀴형까지 포함해보도록 하자.

일본 와세다 대학교의 가토 이치로 교수팀이 1973년 개발한 와봇-1(WABOT-1)은 두 발로 걷는 최초의 인간형 로봇으로 여겨진다. 그 뒤를 이어 1986년부터 이어진 혼다의 이족 로봇들과 그 가능성을 열어준 P2, 지금에 와서는 너무나도 유명해진 아시모, 소니의 큐리오, 우리나라 KAIST에서 개발한 센토, 2004년 KAIST 휴보, 일본 AIST의 HRP, KIST의 KIBO 등 그 수는 40여 종이 넘는다. 두 손, 두 발이 아닌 바퀴형 이동이나 워킹 전용 로봇만을 계산한다면 수백 종류에 이르기도 한다. 이러한 수에 비하면 오픈소스 휴머노이드는 그 숫자도 적고 일부 부분에 한정된 부분적 오픈 소스인 경우가 많다. 하지만 예전보다는 휴머노이드 플랫폼으로 사용될 수 있는 오픈 소스 기반의 프로젝트가 많이 소개되고 있다.

다르파 로보틱스 챌린지의 또 다른 가치는 기술 공유

2015년 6월 펼쳐졌던 ‘다르파 로보틱스 챌린지(DRC, DARPA Robotics Challenge)’에는 휴머노이드 형태의 로봇이 많이 참가하여 재난 구조 미션에 도전했다. 대부분의 로봇은 우수한 기술들을 비공개로 묶어 두었다. 다행히 MIT 대학은 Pronto State Estimator, Drake Planning and Control, Director UI를 공개했고, IHMC 는 IHMC Controller, SCS Simulator를, 그리고 일본의 JSK에서는 ROS 기반의 일부 소프트웨어를 공개하는 등 오픈 소스로 일부분을 공개하여 함께 기술을 나눴다. 그리고 오늘 소개할 주인공인 Team ViGIR은 소프트웨어의 전체 프레임워크를 모두 공개했다. 온라인(https://github.com/team-vigir)에서 그 모든 소스를 확인할 수 있는데, 대회에 참가한 다른 팀인 Team HECTOR 및 Team VALOR도 이들의 소프트웨어를 사용할 정도였다. 공개한 소프트웨어는 보스톤 다이나믹스의 아틀라스(Atlas) 및 (주)로보티즈 똘망(THORMANG) 플랫폼을 바탕으로 한 HECTOR 로봇을 기반으로, 미들웨어로는 ROS(Robot Operating System)를 사용하였다. 로봇 컨트롤(아틀라스는 모든 팀에게 블랙박스 형태의 바이너리 파일만 제공하며 이 부분은 오픈 소스에서 제외되어 있음)을 제외하고는 라이다(LIDAR), 카메라, 관성 센서(IMU), 라이다 기반의 주변 환경 인식 모듈 등의 센서 활용과 로봇의 위치 등의 상태 측정과 같은 하드웨어 중심의 기술들이 공개됐다. 더불어, 휴머노이드에서 필수라고 볼 수 있는 보행 플래너, 로봇암을 위한 매니퓰레이션 모듈, GUI를 통해 로봇의 행동을 정의하고 실행하는 행동 실행 모듈도 공개했다. 그리고 원격지에서 로봇을 제어하는 OCS(Operator Control Station)와의 통신 모듈, 원격지에서 시뮬레이션의 뷰어, 카메라 및 맵을 볼 수 있는 GUI 시스템 등 DRC대회에서 사용되는 전체 프레임워크를 공개했다. 이렇게 전체 시스템을 공개한 팀은 Team ViGIR가 유일하다. 함께 어려운 미션을 고민하고 도전하고 기술을 공유하자는 DRC의 목적에 가장 근접한 팀이 아니었을까 싶다.

▲ 소프트웨어 프레임워크와 시뮬레이션 장면 (출처: ROSCon2015 발표자료, An Introduction to Team ViGIR’s Open Source Software and DRC Post Mortem)

유럽 연합의 공개형 휴머노이드 플랫폼 iCub

유럽 연합의 공개형 휴머노이드 프로젝트로는 iCub가 유명하다. iCub는 EU의 프로젝트 가운데 휴머노이드 로봇과 관련한 RobotCub의 일환으로 이탈리아의 IIT (Istituto Italiano di Tecnologia)에서 시작했다. 유럽 연합 20여 개의 연구실에서 활용 중이다. iCub는 2~3세의 어린 아이를 모티브로 했다. 53개 모터를 사용했다. iCub는 개발에 필요한 전자 회로도, 하드웨어 설계도, 소프트웨어까지 전부 인터넷에 공개하는 것으로 유명하다. iCub와 관련되거나 파생된 프로젝트만 15개다. 인지, 인공지능, 감정 표현, 휴먼 로봇 인터랙션(HRI) 등 다양한 연구를 통해 하드웨어와 소프트웨어는 다른 연구자들에 의해 수정 및 보완되어 더 나은 로봇으로 발전되고 있다. 유럽의 경우 이렇게 하나의 프로젝트에 다양한 국가, 소속의 연구실이 함께하는 공동 연구가 활발히 진행된다. 단순히 정해진 기한 내에 끝내버리는 것이 아니라 지속적 연구 개발이 가능하도록 여지를 두는 것이 특징이다.

▲ iCub (출처 : 왼쪽은 Xavier Caré, CC BY-SA, 오른쪽은 Jiuguang Wang, CC BY-SA)

선의의 경쟁을 통해 휴머노이드 로봇의 기술 발전을 도모하는 로봇축구

오는 2050년까지 휴머노이드 로봇팀이 인간의 월드컵 대회 우승팀을 이길 정도의 기술적 수준을 갖추겠다는 원대한 꿈을 품은 로봇 대회가 있다. 월드컵의 이름을 본딴 '로보컵(RoboCup)'이라는 대회다. 지난 1997년 일본 나고야에서 열린 제1회 대회 이후 세계 각지에서 대회가 펼쳐졌으며 2016년에 20회를 맞이한다. 매회 평균 400여 팀, 3,000여 명의 참가자들이 녹색 축구 경기장에서 로봇과 함께 땀을 쏟고 있다. 대회는 참가하는 로봇에 따라 다양한 종목으로 나뉜다. 그중 제일 인기 있는 것은 휴머노이드 리그다. 넘어지는 귀여운 모습에 까르르 웃기도 하고 패널티킥에서 손에 땀을 쥐며 응원하는 등 관중들에게 인기가 많다. 공통의 목표 달성을 위해 그 어떤 휴머노이드 관련 연구보다 더 활발하게 오픈 소스를 활용한다. 휴머노이드 학회에서 따로 섹션을 열어 논문을 발표하며 로보컵의 기술적인 진보를 공유하고 하드웨어, 소프트웨어도 함께 공유하고 있다.

▲ ROBOTIS-OP의 외형과 소프트웨어 (출처: 로보티즈 홈페이지)

1. ROBOTIS-OP
우리나라에서는 그리 잘 알려지지 않았지만 로보컵 휴머노이드 종목에서 가장 많이 사용하는 액추에이터는 (주)로보티즈의 다이나믹셀이다. 그 사용률은 무려 90%를 넘어섰다고 한다. 로보컵 Kid Size(45cm) 종목에서 가장 많은 팀들이 사용하고 있는 로보티즈의 휴머노이드 플랫폼 ROBOTIS-OP(20관절)는 데니스 홍 교수가 있는 미국 UCLA와 퍼듀대학, 펜실베니아 대학과 협력하여 만든 로봇이다. DARwIn-OP로도 많이 알려져 있다. 여기서 OP는 바로 Open Platform이다. ROBOTIS-OP는 하드웨어 설계도를 STL 형태로 다운받거나 Webots과 같은 시뮬레이터에서 바로 시뮬레이션할 수 있는 모델링 파일도 제공한다. 더불어 ROS와 연결 인터페이스도 갖춰서 사용하기도 쉽다. 다양한 환경에서 사용할 수 있는 소프트웨어들도 모두 공개됐다. 아래의 링크를 참고해보자. 더불어 http://www.thingiverse.com/thing:9793 에서는 ROBOTIS-OP의 프레임들을 3D 프린터로 바로 뽑고 자유롭게 변경할 수 있도록 공개하고 있다.

▲ NimbRo-OP (출처: http://www.nimbro.net/OP/)

2. NimbRo-OP
독일 본 대학의 님브로(NimbRo) 팀은 로보컵 휴머노이드 종목 다수 우승에 로보컵 홈 서비스 종목 우승, DLR 스페이스 캠프 전 미션 수행, 2015 DARPA 로보틱스 챌린지 4위 등 로봇계의 실현 불가능한 미션들을 하나하나 수행하며 매우 좋은 성적을 거두고 있다. 님브로의 경우 기계 부품 전문 회사인 이구스(igus)와 협력하여 Teen Size(95cm) 종목에서 사용 가능한 NimbRo-OP를 개발했다. NimbRo-OP는 ROBOTIS-OP와 마찬가지로 다이나믹셀 모터를 20 관절에 이용했으며 하드웨어 및 소프트웨어도 모두 공개하고 있다. 하드웨어 상에서 애초에 전체 하드웨어를 3D 프린팅 할 수 있도록 설계했다는 점과 ROS를 사용하고 있다는 점, 그리고 소프트웨어 역시 BSD-3 라이선스를 사용하고 있어서 상업적으로도 접근이 쉽다는 점이 독특하다.

3. 선의의 경쟁과 기술 공유
여느 다른 오픈 소스형 로봇과는 달리 로봇컵 팀들은 앞서 말한 바와 같이 2050년까지 인간 월드컵 우승팀과 붙어 보겠다는 서로 같은 목표를 가지고 있다. 이처럼 동일한 목표 지점이 원동력이 되어 경쟁하면서도 서로 일부분씩 공유하는 정신을 높게 사고 싶다. 다음의 사이트는 로보컵 휴머노이드 종목에 참여하고 있는 팀들이 자발적으로 공개하고 있는 항목들을 정리한 사이트이다. 대회 참가 로봇들에게 필요한 회로도부터 하드웨어 설계, 소프트웨어까지 다양한 부분에서 활발한 기술 공유가 이루어지고 있음을 확인해 볼 수 있다.

이번 호에 살펴본 바와 같이, 고도의 기술을 필요로 하는 휴머노이드 분야에서도 오픈로보틱스 바람은 이미 불어오고 있다. 다음 시간에는 보다 더 인간에 가까운 휴머노이드를 개발하겠다는 꿈을 꾸면서 열심히 기술을 개발하고 공유하고 성장하는 세계 각지의 움직임을 소개해보겠다.▒ 글_일본 JSPS 연구원 표윤석 (pyo@irvs.ait.kyushu-u.ac.jp)

* 본 기사는 '월간로봇' 1월호에서도 볼 수 있습니다. 모든 표기는 '월간로봇'의 규정에 따랐습니다.