로봇신문사
> 오피니언 > 전문가코너
군집지능로봇 기술조영조ㆍ한국전자통신연구원 책임연구원/공학박사
폰트키우기 폰트줄이기 프린트하기 메일보내기 신고하기
승인 2016.02.19  18:29:27
트위터 페이스북 구글+ 밴드

   
 
1. 군집지능로봇 기술이란?

군집지능로봇은 무리를 이루어 작업할 때 지능이 발휘되는 로봇을 말하는데, 로봇이 지능을 갖고 있는 것이 당연하다고 여겨서 보통은 ‘지능’이라는 단어를 떼어내고 간략히 군집로봇 또는 군집의 영어단어를 그대로 써서 스웜로봇(Swarm Robot)이라 부른다. 군집로봇은 개별적인 로봇의 입장에서 보면 분산된 지능로봇들이 시스템을 이루게 되므로 ‘분산지능로봇시스템‘의 일종으로 이해해도 무방할 것이다. 군집로봇 분야에서 저명한 테네시대학의 린 파커 교수는 분산지능로봇시스템이 발휘하는 지능을 목표의 공유 여부, 타 로봇의 행동인지 여부 등에 따라, 조정(Coordinative) 지능, 협력(Collaborative) 지능, 협조(Cooperative) 지능, 군집(Collective or Swarm) 지능 등 4가지 형태로 구분하고 있다. 이 구분에 따르면, 군집지능은 개미나 철새 같은 무리 짓는 동물의 예에서와 같이, 다른 로봇이 어떠한 행위를 하더라도 개별적 로봇의 행위를 모으면 창발되는(emergent) 지능을 의미하여 군집지능로봇의 응용 분야가 매우 협소하다. 군집지능로봇은 이 협의의 개념에 출발하였지만 최근에는 타 로봇의 행위를 네트워크를 통해 인지하고 상호 협력하여 시스템으로서 지능이 발휘되는 로봇까지를 포함하는 것으로 인식되고 있다.

2. 군집로봇 기술의 필요성과 응용 분야

영화 ‘마이너리티리포트‘에서 보면 특정인물을 찾기 위하여 거미 모양의 로봇 여러 대가 여러 영역으로 퍼져서 구석구석 수색하여 재빨리 찾아내는 장면이 나온다. 이렇듯 로봇 한 대로는 많은 시간이 걸리는 인명 구조나 수색 작업에서는 다수의 로봇이 협력하는 편이 훨씬 더 효율적이라는 견해에는 이견이 없을 것이다. 여기서 각각의 로봇에 수색 영역이나 구조 업무를 효율적으로 지정하는 임무할당 기술, 로봇이 어떠한 대형으로 움직이는 것이 바람직할 것인가를 지정하고 그렇게 움직이도록 하는 대형제어 기술, 해당되는 사람인지를 판단하는 컴퓨터로의 영상 전송 등 실시간 군집 네트워킹 기술 등이 매우 필요하게 된다.
2012년 세계 최고의 물류회사인 아마존으로 인수 합병된 키바시스템즈에서는 당시 기존의 물류관리 개념을 혁신적으로 바꾼 ‘로봇 창고관리 시스템’을 개발하여, 의류회사 갭, 장난감 회사 토이즈러스, 사무용품 회사 오피스 데포 등에 납품하면서 세계적인 혁신 기업으로 알려졌다. 이 시스템은 수많은 선반 위에 다양한 물건들이 쌓여있는 거대한 창고에서 담당 직원이 지정된 물품이 들어있는 선반 번호를 입력하면 이동로봇이 해당 선반 아래로 들어가서 이를 들어 올려 직원에게 갖다 주도록 설계 되어있다. 유튜브 동영상을 통해 보면 수 십대의 오렌지 빛 로봇들이 선반을 들고 복잡한 창고 안에서 서로 충돌 없이 바삐 움직이는 모습이 매우 신기하다. 기존의 컨베이어식 창고관리 시스템은 물품이 직렬로 배치되어 있어 주문된 물건이 도달할 때 까지 기다려야 했지만, 다수의 이동로봇을 통하면 여러 물품의 주문을 병렬로 처리하므로 효율성이 높아진다. 여기에는 여러 대의 로봇이 협력하여 충돌 없이 작업을 수행하는 최첨단의 군집지능로봇기술이 활용되는 것이다. 아마존은 물류센터에 이들을 포함한 로봇 1만 5000대를 도입하여 9억 달러의 비용절감 효과를 거두었다고 알려졌다.
국방이나 사회 안전 등 야외의 비정형 환경에서 움직이며 작업을 수행하는 소위 ‘필드로봇’에 있어서는 궁극적으로 군집로봇 기술이 가장 잘 활용되는 분야라 할 수 있다. 국방 임무를 수행하는 군인들이나 재해 또는 테러 현장에 투입되는 요원들이 팀을 이루어서 활동하는 것과 같이, 로봇이 이들의 임무를 대신하게 될 때 팀을 이루어 행동하는 것이 당연히 효율적일 것이다. 최근 국방이나 사회 안전 분야에 드론과 자율지상차(AGV) 같은 다양한 다수의 로봇을 투입하여 효과적으로 임무를 수행하도록 하는 연구가 로봇 선진국을 중심으로 활발히 진행되고 있다.

3. 최근의 군집로봇 기술동향

군집로봇에 대한 본격적인 연구는 2000년대초 미국 방위고등연구계획국(DARPA)가 스텐포드 대학과 SRI International 콘소시움에 지원했던 센티봇(Centibots) 프로젝트와 유럽연합의 정보화사회기술-미래부상기술계획(IST-FET) 중 하나로 지원했던 스웜봇(Swarm-bots) 프로젝트로부터 시작되었다. 미국의 센티봇 프로젝트에서는 도시의 감시정찰을 위해 100대의 Activemedia사의 이동로봇으로 지도 그리기, 이동체 추적, 감시 작업을 수행하는 연구를 수행하였고, 유럽연합의 스웜봇 프로젝트에서는 간단한 구조의 이동로봇 하드웨어와 시뮬레이션 소프트웨어 및 군집지능제어기 프로토타입을 개발한 바 있다.
이후 유럽연합은 눈, 발, 손 등 인간의 3가지 신체 기능을 하는 아이봇, 풋봇, 핸드봇 등 3종류 로봇들이 떼를 지어 3차원 공간에서 임무를 수행하는 스워마노이드(Swarmanoid) 프로젝트(2006~2010년)와, 수중 생태계 모니터링을 위한 군집인지로봇을 개발하는 코코로(CoCoRo: Collective Cognitive Robots) 프로젝트(2011~2014년) 등을 진행해 오고 있는데 응용 보다는 플랫폼과 원천기술 위주의 개발이 이루어져 오고 있다.
미국에서는 펜실베니아대학의 로보틱스및자동화연구소(GRASP)나 매사츄세츠 공과대학(MIT) 컴퓨터과학및인공지능연구소(CSAIL) 등에서 DARPA나 미해군연구국(ONR)에서 지원하는 국방 관련분야에서 군집로봇에 관한 연구를 진행해 오고 있으며, 최근에는 군집비행로봇 분야의 연구가 활발히 이루어지고 있다. 특히 펜실베니아 대학의 비제이 쿠머 교수 팀은 소형 드론을 활용한 정교한 군집 비행제어를 시연하여 그 동영상이 유튜브에서 화제를 모으기도 하였다.
국내에서는 ETRI와 생산기술연구원 및 서울대 컨소시움이 2010~2015년까지 산업통상자원부의 지원을 받아 군집지능로봇시스템에서의 군집행동제어, 군집상황인지, 군집네트워킹 및 군집관리제어 등 4대 원천기술에 대한 연구를 진행하였고, 20대 이동로봇을 이용한 통신 불능 지역에서의 무선 라우팅 및 원격탐지 기능을 시연한 바 있다. 한편, KAIST 건설및환경공학과 명현 교수팀과 라스테크에서는 미래창조과학부와 해양수산부의 지원을 받아 군집 해파리퇴치 로봇을 개발하여 경남 마산만에서 9대의 로봇팀으로 해파리 탐색 및 퇴치작업을 실제로 수행하였으며, 한국항공우주연구원에서는 지난해 20대의 군집드론 비행제어에 성공한 바 있다.

4. 현재 기술의 한계 및 문제점

현재까지 실용화 된 군집로봇은 아마존사의 키바로봇과 KAIST의 해파리 퇴치 로봇 등 정도에 그치고 있는 바, 아직 실제 환경 적용 시 기술적 한계가 몇 가지 존재한다. 먼저 지금까지 군집로봇에 대한 연구는 군집을 이루는 생명체를 모방하여 로봇들 간의 직접적인 정보 교환 없이 개별적 행동의 집합이 군집 지능으로 발현되는 좁은 의미의 군집로봇, 즉 스웜로봇에 집중해 온 경향이 강하다. 실제적으로 활용도가 높은 군집로봇은 전체 로봇 팀의 임무를 결정하고 상호간 교신하며 역할을 분담하여 작업을 하는 방식으로 운영체계를 갖추어야 하는데, 이를 지원하는 표준 아키텍쳐의 부재가 큰 문제 중 하나이다.
또 다른 문제는 보다 본질적인 면에서 개별 로봇의 이동 성능이 실 환경 적용 수준에 이르지 못하고 있다는 점이다. 군집로봇이 유용한 환경은 대체로 야외의 비정형 환경으로서 지상 로봇의 경우 모래, 숲, 절벽 등 다양한 지형조건에서 이동이 가능해야 할 것이고, 비행 로봇의 경우에는 센 바람이 불거나 눈비가 오더라도 일정시간 이상 날 수 있어야 할 것이지만 현재 로봇의 기술 수준은 좁은 이동영역과 짧은 이동시간 밖에 보장하지 못한다.
세 번째 문제는 로봇의 자기위치 인식 기술의 성능이 뒤떨어진다는 점이다. 특히, 야외에서 활동하는 로봇에 있어서 자기위치 인식 방법들은 아직 완성도가 떨어지거나 고가의 센서 시스템을 이용해야 하므로 군사용 이외에는 로봇의 활용도가 많이 떨어진다. 자기위치 인식 기능이 값싸게 구현될 수 있다면 군집로봇의 활용도는 매우 높아지게 될 것이다.

5. 미래 발전 가능성

미국 DARPA에서는 미래 전쟁의 비전을 드론 및 미사일의 군집지능화로 놓고 군집 드론에 대한 연구 개발에 많은 투자를 하고 있다. 특히, 감시 정찰용 드론으로서는 곤충 크기의 값싼 드론들의 군집 개념을 구현하려고 하고 있다. 소형 드론에서의 기술적 난제는 배터리의 낮은 효율로 인한 짧은 비행시간 문제와 강풍과 악천후에서의 비행제어 문제로 대별되는데, 드론 기술의 발전과 시장의 확대 등으로 가까운 미래에 실용화 가능한 수준에 이르게 될 것으로 보인다. 쿼드로터 형식의 회전익 드론은 아마존사에서 택배용으로도 활용할 계획으로 기술개발과 실용화 연구가 활발하게 이루어지고 있어, 군집 드론 기술은 향후 가장 각광받는 기술로 성장할 것으로 보인다.
규모가 큰 시설물 등의 감시 경계 로봇은 한 대로서 커버가 안 되기 때문에 로봇이 도입된다면 군집로봇의 형태를 이루게 될 것이고, 놀이공원의 안내에 로봇이 활용되기 시작한다면 군집 로봇으로 미아 찾기나 특정인에게의 맞춤형 서비스 등을 안내로봇들이 정보 공유와 협조를 통해 제공해 줄 수 있게 될 것이다. 미래에 이러한 공공 목적의 이동 서비스 로봇은 한 대가 사용되지 않고 여러 대가 협조하여 서비스를 제공해 줄 것으로 예상된다.
후쿠시마 원전 사고 시에 내부 상태를 관찰하기 위해 투입되었던 아이로봇사의 팩봇 같은 로봇에서 현장의 상황을 원격 모니터링하기 위해서는 무선통신이 이루어져야 하는데 통신 인프라가 무너져 유선의 액세스 포인트를 끌고 들어가는 바람에 입구에서 얼마 떨어지지 않은 지역만 실시간 모니터링이 가능했다고 한다. 이렇듯 통신 인프라가 소실된 재난 환경에서 비정형 환경의 이동이 가능한 저가의 통신링크 연결용 군집 로봇이 매우 유용하게 사용될 것으로 보인다. 이러한 군집 라우팅 로봇 기술은 ETRI를 포함한 세계 유수 연구기관에서 연구가 되어 왔고, 비정형 환경의 이동성능이 보장되는 저가의 로봇이 제작된다면 바로 실용화가 가능할 것으로 사료된다.
미국 하버드대학 자가조립시스템연구그룹에서는 작년 집짓는 흰개미의 행동을 모방하여 블록을 쌓는 군집 건축 로봇을 발표하였다. 가까운 미래에는 건축물을 시공하는데 있어서 건축설계는 사람이 하지만 건축공사의 대부분은 협업하는 건축 로봇팀이 담당하게 되지 않을까 하는 생각이다. 조영조ㆍ한국전자통신연구원 책임연구원/공학박사

로봇신문사  robot@irobotnews.com
로봇신문사의 다른기사 보기  
폰트키우기 폰트줄이기 프린트하기 메일보내기 신고하기
트위터 페이스북 구글+ 밴드 뒤로가기 위로가기
이 기사에 대한 댓글 이야기 (0)
자동등록방지용 코드를 입력하세요!   
확인
- 200자까지 쓰실 수 있습니다. (현재 0 byte / 최대 400byte)
- 욕설등 인신공격성 글은 삭제 합니다. [운영원칙]
이 기사에 대한 댓글 이야기 (0)
최근인기기사
1
소프트뱅크, 엔비디아 지분 4.9% 인수
2
'도시바기계 솔루션 페어 2017'의 주요 제품
3
차세대 로봇 UI로 떠오르고 있는 '제스처'
4
일본 야마가타현, '로봇 가상 생산라인' 구축
5
로봇형 휴대전화 '로보혼'이 구구단 가르친다
6
독일 자율주행차 시내 도로 주행 테스트 허용
7
학위 수여식 대신 참석한 텔레프레즌스 로봇
8
애플, '시리' 지원 스마트 스피커 특허 획득
9
식탁에 오르는 애완동물 막아주는 로봇 '캣내니'
10
메이커스, 청소년 사회 참여 프로젝트 ‘메이커스카우트’ 런칭
로봇신문 소개기사제보광고문의불편신고개인정보취급방침이메일무단수집거부청소년보호정책    본지는 인터넷신문위원회 자율심의 준수 서약사입니다
08298) 서울 구로구 공원로 41(구로동, 현대파크빌 427호)  |  대표전화 : 02)867-6200  |  팩스 : 02)867-6203
등록번호 : 서울 아 02659  |  등록일자 : 2013.5.21  |  발행인·편집인 : 조규남  |  청소년보호책임자 : 박경일
Copyright © 2013 로봇신문사. All rights reserved. mail to editor@irobotnews.com