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호주, 산호초 파괴 불가사리 확산 방지 AI 기술 개발디킨대ㆍ머독대 등 공동 연구팀, '아카이브'에 HFC 알고리즘 제안
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승인 2021.02.01  15:53:56
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▲ 복수의 코츠봇을 이용해 산호초를 모니터링하는 모습(사진=디킨대 등 연구팀)

호주 북동부 퀸즈랜드 해안을 따라 발달되어 있는 세계 최대 산호 군락지인 ‘그레이트 배리어 리프(Great Barrier Reef,대보초)’는 인류에게 소중한 자연유산이다. 호주 정부와 환경보호 관련 유관기관들은 이 소중한 자연유산을 환경 파괴로부터 보호하기 위해 안간힘을 쏟고 있다.

하지만 안타깝게도 최근 몇 년간 그레이트 배리어 리프의 50%가 파괴되었다고 한다. 주범은 '악마 불가사리(Crown-of-Thorns Starfish·COTS)'. 지난 1960년 이후 육지에서 바다로 많은 영양분이 흘러들어가면서 악마 불가사리가 급증, 산호초 생태계를 위협해왔다. 화려한 색상과 뾰족뾰족한 가시를 갖고 있는 악마 불가사리는 산호초에 살고 있는 산호의 폴립을 먹어치운다.

지난달 29일(현지 시각) 테크익스플로어 보도에 따르면 호주 디킨대학교(Deakin University), 머독대학교(Murdoch University), 이란 아자드대학교(Azad University) 공동 연구팀은 수중 자율로봇(AUV·autonomous underwater vehicles)을 이용해 산호초 주변에 있는 COTS의 확산을 방지할수 있는 새로운 방법을 개발하고 관련 연구 논문을 ‘아카이브(arxiv)’에 발표했다.

이 논문에서 연구팀은 복수의 AUV가 협력하는 방식으로 COTS의 존재를 모니터링하고 제어할 수 있는 인공지능 알고리즘을 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 “복수의 수중로봇간에 이뤄지는 협력적이며 역동적인 작업 할당 프레임워크를 통해 그레이트 배리어 리프의 COTS 확산을 모니터링하고 제어할 수 있다”고 주장했다.

연구팀은 호주 '퀸스랜드기술대학(QUT)'이 개발한 악마 불가사리 퇴치용 수중 로봇인 코츠봇(COTSbot)’을 활용해 COTS의 모니터링과 제어 방식의 문제점을 해결할 수 있는 프레임워크를 집중적으로 연구했다.

코츠봇은 온보드 카메라, 컴퓨터 비전시스템, 접을 수 있는 로봇 팔 등을 갖추고 있다. 이 로봇은 산호초 지역을 이동하면서 카메라를 이용해 수중 이미지를 수집하는 역할을 한다. 수집된 이미지는 COTS를 탐색하도록 훈련된 인공신경망을 통해 분석된다. 코츠봇은 산호를 먹는 불가사리의 모습을 발견하면 로봇팔 끝부분에 장착된 바늘을 통해 치명적인 독성을 가진 소금을 분사한다.

연구팀은 코츠봇이 활동하고 있는 영역, 해안 지역과 불가사리의 활동 영역 등에 관한 확률적인 맵을 설계하고, 'HFC(Heuristic Feel Cooperation)'라고 불리는 탐색적 알고리즘을 개발했다. 이 알고리즘은 일정한 시간 안에 코츠봇들이 협동 업무를 통해 가급적 많은 COTS를 죽일 수 있게 설계됐다. 연구팀은 일련의 시뮬레이션 과정을 통해 HFC 알고리즘을 테스트한 결과 긍정적인 측정 값을 얻었다고 밝혔다.

연구팀은 “몬테 카를로 분석 결과 COTS의 분포와 환경적인 위상(topology)에 드러난 무작위적(random) 변형을 처리하는 데 안정성과 일관성을 보였다”며 “비교 연구 결과 기존의 벤치마크 GA 기반 작업할당 방법에 비해 HFC 알고리즘이 우수한 성과를 보였다”고 지적했다.

이번에 개발한 프레임워크를 활용하면 COTS 군집의 모니터링과 제거에 도움을 줄 수 있을 것이라고 연구팀은 밝혔다. 연구팀은 앞으로 시뮬레이션 환경이 아니라 실제 세계에서 이 프레임워크의 필드 테스트를 진행한다는 계획이다.

장길수  ksjang@irobotnews.com
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