▲ 초청강연이 열린 여수 소노캄 그랜드 볼룸 행사장 모습

여수 소노캄에서 열리고 있는 'ICROS 2021' 둘째날에는 서울대 심형보 교수가 ’네트워크 다이나믹 시스템에 관한 블렌디드 다이나믹스 정리와 응용‘을 주제로 초청강연을 했다.

심 교수는 셀 수 없이 많은 마이크로 로봇이 집합적으로 맡은 임무를 수행하기 위한 적절한 제어이론이 무엇인지에 관해 발표했다.

▲ 서울대 심형보 교수가 ’네트워크 다이나믹 시스템에 관한 블렌디드 다이나믹스 정리와 응용'을 주제로 초청강연을 하고 있다

심 교수는 다개제 시스템이 가져야할 성질을 세 가지로 분류하였는데, 첫번째는 '분산 연산'으로, 이는 모든 개체와 직접적으로 통신하는 중앙집중 장치를 필요로 하지 않아야 한다는 설명이다. 이는 개체의 수가 비약적으로 많아질 경우 이를 통괄하는 센터를 가정하는 것이 비현실적이기 때문이다.

두번째로 필요한 성질은 '자기 조직화', 즉, 모든 개체는 자신의 역할을 자신이 처한 환경에 맞추어 스스로의 동역학을 만들어 낼 수 있어야 한다는 것이다.

세번째는 고장난 개체에 대한 '군집 강인성'이 제시되었다. 수많은 개체에 오류가 있는 개체가 하나도 없이 동작한다는 것을 상상하기 어렵기 때문에 이러한 강인성은 실제적으로 매우 중요한 성질이다.

▲ 서울대 심형보 교수가 '’네트워크 다이나믹 시스템에 관한 블렌디드 다이나믹스 정리와 응용'을 주제로 초청강연을 하고 있다

이번 발표에서는 이러한 세 가지 성질을 만족하는 다개체 시스템을 만들 수 있는 새로운 제어이론도 소개되었다. '블렌디드 다이나믹스(Blended dynamics)' 정리라고 명명된 이론에 따르면, 서로 다른 동역학을 가진 다개체 시스템에 'duffisive coupling'이라는 상호작용을 만들어 주면, 이러한 상호작용의 이득이 충분히 클 때, 전체 군집이 동작을 지배하는 동역학 방정식이 바로 개별 동역학식의 단순한 산술 평균이 된다는 지적이다.

이 정리를 기반으로 다개체 시스템을 설계하는 방법도 또한 소개되었다. 이는 블렌디드 다이나믹스를 먼저 설계하고 이의 동역학 식을 개별적으로 나누어 개별 개체의 동역학으로 할당하는 방식이다.

▲ 서울대 심형보 교수가 ’네트워크 다이나믹 시스템에 관한 블렌디드 다이나믹스 정리와 응용'을 주제로 초청강연을 하고 있다

이 정리를 활용한 네 가지 응용 예제가 또한 소개되었다. 첫번째로 스마트 그리드(smart grid) 전력망에서 분산 최적화를 수행하는 방법으로, 각 노드의 개인 정보가 유출되지 않은 상태에서 전체의 분산 최적화를 수행할 수 있음을 이론적으로 증명하였다.

두번째는 자기 조직화가 가능한 수 많은 제어 개체들이 독립적으로 스스로의 제어기를 분산적으로 설계하고 대상 시스템을 제어하는 방법이 소개되었는데, 이는 영화에 나오는 '나노 로봇'과 같은 시스템을 만드는 기본 원리로 소개되었다.

세번째로 네트워크에 참여하는 개체의 숫자를 분산적으로 추정하는 방법인데 아주 간단한 1차 동역학을 운영함으로써 중앙 집중 장치없이 개체 수를 알 수 있다는 점이 증명되었다.

마지막으로, 진동하는 요소로 이루어진 생체 시스템에서 어떤 방법으로 강인성이 확보되는 지를 제시된 블렌디드 다이나믹스를 이용해 설명했다. 이는 인체와 같은 바이오 시스템이 왜 안정한 시스템을 유지하는 지에 대해 일부 설명할 수 있는 기틀을 마련해주었다.

이번 발표를 통해 심형보 교수는 "국내 대학에서 만든 새로운 제어 이론의 의미와 활용도를 전달하고자 했다"고 밝혔다.

(이 기사는 심형보 교수가 작성한 내용 요약 자료를 바탕으로 작성되었습니다)