▲ 베이징이공대가 개발한 로봇 쥐(사진=베이징이공대)

중국 베이징이공대(Beijing Institute of Technology) 칭스(Qing Shi) 교수팀이 쥐에서 영감을 받아 민첩성과 적응력을 겸비한 로봇 쥐 ‘SQuRo(small-sized quadruped robotic rat)’를 개발했다고 지난 18일 밝혔다.

연구팀은 연구 논문을 전문 저널인 ‘IEEE Transactions on Robotics'에 발표했다.

연구팀에 따르면 4족 보행 로봇은 실제 세계에서 활용 가능성이 높지만 좁은 공간에선 작동하기 힘들다. 예를 들어 빅독, 애니멀(ANYmal) 등 대형 4족 보행 로봇은 적응력과 적재 능력이 뛰어나지만 좁은 공간에 진입하기 힘들다. 반면 2g 미만의 마이크로 4족 보행 로봇은 좁은 공간에 진입할 수 있지만 절대적인 적재 용량이 낮아 특정 작업을 수행하기 힘들다. 주변 환경에 대한 적응력을 높이는 한 가지 해결책은 여러 동작을 수행하고, 적재한 짐을 운반할 수 있는 소형 생체모방 로봇을 설계하는 것이다.

베이징이공대 연구팀은 동굴에 사는 쥐의 민첩성과 적응력에 주목했다. 칭스 교수는 일본 와세다대 박사과정 재학 시절부터 10년 넘게 이 분야를 연구해왔다. 그는 원래 바퀴 달린 로봇 쥐를 개발했으나, 민첩성을 더욱 향상시키기 위해 바퀴를 다리로 교체했다.

▲ 로봇 쥐는 다양한 지형에서 이동할 수 있다.(사진=베이징이공대)

이번에 공개한 SQuRo는 좁은 공간 안에서 실제 쥐의 동작을 모방할 수 있다. 쥐는 가늘고 긴 몸과 탁월한 민첩성 때문에 좁은 공간에도 쉽게 적응할 수 있는 능력이 있다. 연구팀은 쥐의 형태학과 민첩성을 모방하기 위해 동굴에서 이동하는 쥐의 형태와 동작 특성을 최대한 모사했다. 그들은 먼저 쥐의 '주요운동관절(KMJ, key movement joints)'을 추출하고 몸 각 부분의 자유도(DOF) 구성을 완료했다. 다리의 움직임을 재현하기 위해 각 다리에 2 자유도, 허리에 2 자유도, 그리고 유연한 척추 움직임을 재현하기 위해 2 자유도를 설계했다.

연구팀은 쥐와 유사한 멀티모달 동작을 달성하기 위해 '계층적 오픈루프 컨트롤러(hierarchical open-loop controller)'를 제안했다. SQuRo는 생체모방 유연 구조와 멀티모달 모션 제어를 통해 웅크렸다 서기, 기어다니기, 회전 등 다양한 동작을 수행할 수 있으며, 다리와 경추 부위를 조절하고 무게중심을 적절히 조절해 넘어진 후 회복하는 게 가능하다. 불규칙한 좁은 통로(폭 90mm)를 통과하고, 장애물(높이 30mm)을 통과하며, 경사면(15°)에서 안정적으로 이동할수 있다. 또한, SQuRo는 자체 중량의 91%에 해당하는 하중을 운반한 후에도 꾸준한 이동 능력을 갖고 있다. 소형 4족 보행 로봇에 비해 우수한 적재 운반 능력을 보여준다.