산업 가치 높은 슈퍼 짐꾼 ‘네발 로봇’ VIDEO: A Walking, Grasping, Four-Legged Robot
어디든 따라오는 슈퍼 짐꾼 ‘로봇’
네발 보행으로 험지 이동…군사·산업용 가치 높아
로봇 기술의 급속도로 발전하고 있지만, 여전히 현실 속에서 활약하는 로봇을 보기는 쉽지 않다. 가정용 로봇청소기 정도가 실용화돼 있고, 공항 등 공공서비스 분야에서 불편함을 감수하고 활용하고 있는 수준이다.
이런 일이 생기는 기술적인 이유는 로봇의 ‘상황 인식과 대처능력’ 부족에서 찾을 수 있다. 주변 상황을 인식하고 자유자재로 움직일 수 있는 판단력을 기르기 어렵기 때문이다.
사람을 비롯해 모든 동물은 단순히 걸어가기만 해도 주변 상황을 계속해서 파악하고 여기에 대응한다. 얼핏 보기에 평평한 도로 같아도 미세한 경사가 있다. 미세한 도로의 틈새, 작은 돌조각 등 수없이 많은 변수가 계속해서 튀어나온다.
A soft robotic platform capable of carrying 7.7x its own mass while moving using four-legged locomotion.
IMAGE CREDIT: TOMMASO RANZANI AND CO-WORKERS
A Walking, Grasping, Four-Legged Robot ByFloriano CuccuredduPosted on November 20, 2019 A soft robotic platform capable of carrying 7.7x its own mass while moving using four-legged locomotion. Soft robots offer fascinating opportunities for development in areas where their rigid counterparts are limited. Their softness—often combined with high resilience and mechanical resistance—endows them with enhanced flexibility and adaptability to external unstructured surroundings, making their interaction with humans and delicate objects comparably safer. Although providing significant advantages, the soft nature of these robots can pose some limitations when performing specific tasks such as lifting and carrying object during locomotion. Currently, combining locomotion, manipulation, and load-carrying capabilities entails a unique set of challenges that are still to be fully explored. View full text https://www.advancedsciencenews.com/a-walking-grasping-four-legged-robot |
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즉 완전한 보행능력이란 고도의 판단 능력 위에 성립한다. 중심을 잡기 쉬운 ‘바퀴형 로봇’이 보행 로봇보다 먼저 실용화되고 있는 건 이 때문이다.
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하지만 바퀴가 가진 한계는 명확하다. 지형에 관계없이, 주변 환경에 관계없이 자유롭게 이동하려면 제약이 따를 수밖에 없다.
이에 사람처럼 두 발로 걷는 로봇, 즉 ‘휴머노이드(인간형) 로봇’의 개발을 오랫동안 꿈꿔왔다. 휴머노이드는 지금까지도 가장 개발하기 어려운 로봇기술로 꼽힌다. 더구나 구조적으로 두 발 로봇이 안정성이 가장 떨어지는 이동 수단인 것은 명백해 보인다.
로봇공학자들은 결국 다른 종류의 로봇에 눈을 돌렸다. 말이나 당나귀, 강아지처럼 네 발로 걷는 로봇, 이른바 ‘네발 로봇’이다.
네발 로봇 개발이 어려웠던 이유
네발 로봇은 개발 초창기에 두발 로봇보다 개발하기에 도리어 더 까다롭다는 지적이 많았다. 네발 동물이 두발이 달린 동물, 즉 사람이나 영장류보다 빠르고 안정적으로 걸어 다닐 수 있는 만큼 걷기 능력도 더 뛰어나기 때문이다. 보행 패턴이 다양하다는 이야기는, 그 패턴이 바뀔 때마다 기계적으로 균형을 잡는 방법도 달라진다는 뜻. 즉 개발자 관점에서 까다롭기로 따지면 두발 로봇보다 훨씬 복잡하고 어렵다는 지적이 많았다.
두발 로봇은 보통 ‘한 발 안정화’라는 기술로 균형을 잡는다. 한 발을 들어 올리면 땅을 딛고 있는 서 있는 발은 하나뿐이다. 이 발로 오뚝이처럼 중심을 잡으며 발을 바꿔 걷는 것이다.
네발 로봇은 이 같은 방식을 사용할 수 없다. 대신 보행패턴에 따라 다양한 중심 잡는 방법을 새로 개발해야 한다. 우선 승마에서 흔히 말하는 ‘평보’ 방식이 기본이다. 세 다리를 땅에 붙이고, 한 발씩 차례로 움직여 천천히 걷는 방법이다. 4개의 다리 중 하나를 들면, 땅을 지지하고 있는 다리는 3개인데, 이 3개가 땅을 짚고 있는 위치를 머릿속에서 선으로 연결해 보자. 정확한 3각형이 되긴 사실상 불가능하다. 그러니 한 발을 들고 있을 때, 다른 3개의 다리가 서로 협력(?)해 계속 중심을 잡도록 만들어야 한다. 기계에게 이런 일을 시키는 건 결코 쉽지 않은 일이었다.
뒷다리와 앞다리를 엇갈려 내밀면서 빠르게 걷는 ‘속보’부터는 균형과 힘의 분산이 더욱더 쉽지 않다. 몸통 아래로 땅을 딛고 있는 두 다리로만 균형을 잡아야 하기 때문에 고난도의 제어 기술이 필요하다. 더구나 뒷다리로 땅을 차면서 계속해서 공중에 떠 있는 달리기 상태인 ‘구보’나 ‘습보’는 가장 구현하기 힘든 기술로 꼽혔다.
국내 연구진이 개발한 한국형 네발로봇 ‘진풍’ Ⓒ 한국생산기술연구원
그러나 지금은 발전된 기계기술 덕분에 이런 운동 패턴을 거의 대부분 분석해 내기에 이르렀다. 세계 정상급 로봇기술 기업인 ‘보스턴다이나믹스’는 이미 군사용 네발 로봇 ‘LS3’나 가정용, 산업용으로 적용할 수 있는 네발 로봇 ‘스팟’ 등을 실용화 수준까지 개발했다. 이탈리아기술연구소(IIT)도 최근 3t짜리 비행기를 끌고 갈 수 있는 네발 로봇 ‘하이큐리얼(HyQReal)’을 개발해 선보였다. 국내에서는 한국생산기술연구원에서 개발한 ‘진풍’이 유명하다. 김상배 MIT 교수(네이버랩스 고문)팀이 개발한 ‘치타’도 뛰어난 성능을 자랑한다.
로봇 당나귀, 얼마나 쓸모 있을까
네발 로봇은 당나귀나 노새처럼 사람이 짐을 싣고 어디든 이동할 수 있는 ‘짐꾼 로봇’으로서 가치가 크다. 바퀴가 없으니 사람이 걸어서 가는 곳이면 어디든 갈 수 있다. 히말라야 등반에 따라올 수 있는 로봇은 (두발이건, 혹은 네발이건) 보행 로봇 이외에는 찾아보기 어려울 것이다. 더구나 짐까지 짊어지고 이동해야 한다면 네발 로봇 이외의 대안은 찾아보기 어렵다.
일부에서는 보행 로봇의 미래에 대해 부정적인 시각도 있다. 하지만 군사작전 투입, 오지 탐험, 산업현장 도입 등 극한의 성능을 추구해야 하는 상황을 고려할 때 네발 로봇만한 대안을 찾아보기 힘들다.
이런 특징을 살려 현재 이미 실용화돼 있는 네발 로봇도 있다. 미국 보스턴다이나믹스가 개발한 네발 로봇 ‘스팟’이다. 제작사는 지난 8월부터 리스 형태로 고객사에게 스팟을 공급하기 시작했는데, 계단을 포함해 대단히 복잡한 험지도 문제없이 돌파할 수 있는 이동 능력, 360도 장애물 회피, 내비게이션, 원격 제어 시스템 등을 고루 갖추고 있다. 방수 방진 기능도 갖추고 있고, 영하 20도, 영상 45도까지 견뎌내기 때문에 계절에 관계없이 어디서나 사용할 수 있다.
MIT 연구진이 개발한 로봇 ‘치타’ Ⓒ MIT
바닥에 짐이 널려 있는 산업현장, 복잡한 지형에 자리 잡은 주택이나 공공시설물의 순찰 및 경비 등 다양한 업무에 쓸 수 있다. 필요하다면 센서를 추가해 가스유출 감지 등 비교적 특수임무도 수행할 수 있을 것으로 보인다.
개발사 측도 “초기 고객들은 스팟을 건설 현장을 모니터링하거나 가스나 석유 및 전력 설비와 공공 안전시설에서 원격 검사를 하는 데 투입할 목적으로 많이 찾고 있다”고 밝혔다
전승민 과학기술분야 전문 저술가 enhanced75@gmail.com ScienceTimes
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