미국 스탠포드대학 '마르코 파본(Marco Pavone)' 교수는 항공학 및 항공우주학 전문가다. 스탠포드에 오기 전 그는 NASA 제트추진연구소(NASA’s Jet Propulsion Laboratory)에서 일하면서 우주 로봇 분야를 연구했다. 변화 무쌍한 미지의 우주 환경에서 적응할 수 있는 로봇 개발에 전념해왔다.

파본 교수는 스탠포드에 온 이후 다른 분야의 교수들과 협력 연구를 진행하면서 동시에 NASA와도 긴밀한 관계를 유지하고 있다. 우주에서 활동하기에 적합한 로봇 관련 기술을 지상 로봇(자율주행자동차, 드론 등)에 적용하고, 역으로 지상용으로 개발한 로봇 기술을 우주 로봇에 적용할 수 있다고 보기 때문이다.

파본 교수는 우주 로봇 기술과 지상 로봇 기술이 상호 보완적이라는 견해를 갖고 있다. 스탠포드 학내 매체인 ‘스탠포드 뉴스’와의 인터뷰에서 그는 “자율주행자동차용으로 개발된 기술을 우주선 제어를 위해 사용할 수 있을 것”이라고 말했다. 파본 교수와 제자들은 현재 초 이하의 짧은 시간에 주변 환경을 평가하고 의사결정을 스스로 할 수 있는 로봇 기술을 개발하고 있는데, 이 같은 기술이 우주 탐험 로봇과 자율주행자동차 개발에도 적용될 수 있을 것으로 보고 있다.

▲ 흡착성 로봇 그리퍼를 탑재한 모바일 로봇

파본 교수팀은 기계공학과 '마크 컷코스키(Mark Cutkosky)' 교수와 협력 연구를 진행하고 있다. 컷코스키 교수는 지난 10년간 도마뱀 발의 미세한 나노 돌기를 연구해 로봇에 적용하고 있다. 도마뱀은 발에 부착된 흡착성 나노 돌기를 이용해 벽이나 천장을 자유롭게 움직일 수 있다. 우주 공간에서 빠르게 움직이는 물체를 우주인이 도구나 로봇을 이용해 잡으려면 도마뱀의 흡착성 나노 돌기와 같은 혁신적인 기술이 필요하다. 우주 공간에선 재빨리 물체를 잡지않으면 순식간에 다른 곳으로 이동한다. 우주 쓰레기를 수집해 다른 곳으로 이동시키기 위해선 흡착성 로봇 그리퍼 기술이 유용하다.

파본 교수는 우주 공간에서 다른 물건을 잡는 작업을 로봇이 수행하기 위해선 매우 빠른 의사결정 능력이 요구된다고 말한다. 파본 교수팀은 마크 컷코스키 교수와 협력해 변화 무쌍한 환경에서 효율적으로 물체를 잡을 수 있는 로봇과 그리퍼를 개발했다. 이 로봇은 자율적으로 움직이면서 흡착성 그리퍼를 이용해 다른 물체를 효과적으로 잡을 수 있다. 우주 공간에서 이같은 작업을 수행하기 위해선 1초안에 수천번의 의사결정을 할수 있어야한다. 환경 변화가 그만큼 빠르기 때문이다.

파본 교수는 빠른 의사결정 알고리즘을 우주 로봇뿐 아니라 자율주행자동차나 드론에도 적용할 수 있다고 지적했다. 도심지를 비행하는 드론은 주변의 고층 건물, 인도를 걸어다니는 사람, 빠르게 움직이는 다른 비행체 등 환경을 빨리 인식하고 어떻게 대응할지 결정해야 한다. 우주 로봇용으로 개발된 의사결정 알고리즘을 지상 로봇에 적용한다면 로봇의 반응 속도는 더욱 빨라질 것이다.

▲ 고슴도치(hedgehog) 로봇

스탠포드에서 우주 로봇을 연구 중인 '벤 호크맨(Ben Hockman)'은 고슴도치(hedgehog) 로봇을 연구하고 있다. 고슴도치 로봇은 사각형 모양을 하고 있는데 중력이 낮은 소행성에서 탐사활동을 할 수 있도록 개발됐다. 소행성은 지구 보다 중력이 매우 낮기 때문에 기존의 로버(rover)와는 다른 로봇이 필요한데 고슴도치 로봇이 바로 소행성에 적합하게 개발됐다.

이 로봇은 소행성의 거친 지형을 구르거나 팔짝 뛰어다닐 수 있다. 파본 교수와 벤 호크맨은 고슴도치 로봇이 지구에서 멀리 떨어져 있어도 소행성 같은 우주 공간에서 인간의 개입 없이 자율적으로 동작할 수 있기를 희망하고 있다. 고슴도치 로봇은 저중력 우주 공간을 위해 만들어졌지만 지구상에서도 활용될 수 있다. 밴 해크맨은 "고슴도치 로봇은 바뀌 달린 로봇이 할 수 없는 거친 지형을 자유자재로 횡단할 수 있을 것“이라고 말했다.