美카네기멜론대(CMU) 연구팀은 바위가 많거나, 극단적인 지형에서 다리 로봇(legged robots)에게 안정적인 이동 능력을 제공하는 새로운 접근법을 도출했다고 7일(현지 시각) 밝혔다.

연구팀은 아카이브(arXiv)에 사전 발표된 논문에서 동물의 '고유한 인지'(proprioception) 능력과 꼬리 역학에서 영감을 받아 2개의 새로운 접근법을 개발했다고 밝혔다.

고양이 등 많은 동물들은 자신의 발자국을 따라 걷는 것으로 알려져 있는데, 이것은 다른 지형에서 땅을 딛고 안정을 유지할 수 있도록 해준다.

CMU 연구팀은 고유한 인지능력과 동작계획 기술을 결합해 로봇에게 이같은 행동을 복제하려고 노력했다. 연구팀이 사용한 기술은 로봇이 자신의 몸의 위치, 행동 및 위치에 대한 정보를 수집함으로써 환경을 ‘감지’하고 더 안정적으로 움직일 수 있도록 지원한다. 이러한 능력은 보통 ‘고유한 인지’(proprioception) 능력으로 불린다.

'고유한 인지'로 알려진 이 기능은 센서 소음, 환경 장애물, 주변 물체에 대한 빛 반사, 열악한 조명 조건에 의해 악영향을 받는 것으로 알려진 컴퓨터 비전시스템의 한계를 극복할 수 있도록 해준다. 동물과 인간은 선천적으로 고유한 인식을 가지고 태어나지만, 대부분 로봇은 비전시스템에서 제공하는 데이터를 활용해 주변 환경을 이해한다.

연구팀은 카메라, 라이다 등 외부 센서에 의존하는 비전시스템 대신 모터, 인코더, 관성측정장치(IMU) 등 로봇 내부에 통합된 센서에 의해 수집된 데이터를 사용할 것을 제안하고 있다.

연구팀은 "이 시스템의 장점은 장애물, 빛의 반사, 조명 조건 등 환경 소음에 강하다는 것이다. 도전적인 과제는 고유한 인식이 사고를 감지할 때 불확실한 상황에서도 정확한 제어 및 계획결정을 내리는 데 있다"고 말했다.

연구팀은 동물들이 환경을 탐색할 때 꼬리를 움직이는 방법과 유사하게, 로봇이 인공 꼬리를 제어할 수 있도록 하는 계산모델을 만들었다. 다람쥐와 고양이 등 많은 동물들은 땅 위로 튀어나오거나 점프할 때 꼬리를 사용해 균형을 유지하는데 이를 적용한 것이다.

연구팀은 “치타는 빠른 가속과 감속, 그리고 빠른 회전을 위해 꼬리를 사용한다. 다람쥐는 나뭇가지 사이를 점프할 때 균형을 잡기 위해 털이 많이 붙어 있는 꼬리를 사용한다. 우리는 로봇이 발 디딜 곳을 놓치거나 떨어질 때 균형을 잡는 데 도움이 되도록 4족 보행 로봇에 꼬리를 추가하는 아이디어를 적용했다”고 말했다.

연구팀은 하나 이상의 다리가 땅에서 떨어지더라도 균형을 유지할 수 있도록 도와주면서 4족 로봇의 인공 꼬리가 다리와 조화를 이루도록 하는 제어시스템을 만들었다. 이를 통해 거칠거나 울퉁불퉁한 지형에서 로봇의 탐색 기능을 크게 향상시키고, 좁은 공간에서도 로봇의 효율성을 극대화할 수 있었다.

연구팀은 시뮬레이션을 통해 그들의 동작계획 접근법을 평가했다. 생물학적 영감을 받은 고유인식 능력과 꼬리 제어 방법을 통해 다리 로봇이 예상치 못한 미끄러짐과 추락을 줄일 수 있고, 급격하게 변화하는 지형에서 안정적으로 움직일 수 있는 능력을 향상시킬 수 있다는 것을 확인했다.