고려대, 선수 수준 컬링로봇 AI기술 개발 A robot triumphs in a curling match against elite humans l 완전 자율 제초로봇 '위드스파이더(Weed spider)’

고려대, 선수 수준 컬링로봇 AI기술 개발

이성환 교수팀, '사이언스 로보틱스'에 논문 게재

    국내 연구진이 선수 수준에 필적하는 컬링로봇 인공지능(AI) 기술을 개발했다.

인공지능 컬링로봇인 ‘컬리(Curly)’가 스톤을 릴리즈하고 있다.

A robot triumphs in a curling match against elite humans Guided by an adaptive algorithm, Curly the robot makes highly accurate ‘throws’ of 20-kilogramme curling stones at a target. Credit: Korea University Artificial intelligence helps to propel a machine to victory in an Olympic sport described as ‘chess on ice’.    A robot equipped with artificial intelligence (AI) can excel at the Olympic sport of curling — and even beat top-level human teams. Players in a curling match slide stones across an ice rink towards targets. Success requires precision and strategy, but the game is less complex than other real-world applications of robotics. That makes curling a useful test case for AI technologies, which often perform well in simulations but falter in real-world scenarios with changing conditions. Using a method called adaptive deep reinforcement learning, Seong-Whan Lee and his colleagues at Korea University in Seoul created an algorithm that learns through trial and error to adjust a robot’s throws to account for changing conditions, such as the ice surface and the positions of stones. The team’s robot, nicknamed Curly, needed a few test throws to calibrate itself to the curling rink where it was to compete. But once acclimated, the robot won three out of four matches against elite human competitors. The algorithm reduced Curly’s throwing error — the mean distance from the target’s centre — to about one-third of that of a non-adapting robot. https://www.nature.com/articles/d41586-020-02723-5

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고려대학교 인공지능학과 이성환 교수와 원동옥 박사의 연구 논문이 세계적인 과학저널 ‘사이언스 로보틱스(Science Robotics)’에 23일(현지 시간) 게재됐다. 논문 제목은 ‘실세계 환경에서 컬링 로봇에게 인간 수준의 성능을 가능케하는 적응형 심층 강화 학습 기술(An adaptive deep reinforcement learning framework enables curling robots with human-like performance in real world conditions)’이다.

투구/스킵 로봇과 컬링 인공지능으로 구성된 인공지능 컬링 로봇 시스템(Curly)

논문은 제안한 적응형 심층 강화 학습(Deep Reinforcement Learning)을 바탕으로 재학습 없이 새로운 빙판 환경에도 빠르게 적응할 수 있도록 컬링 로봇 훈련 방법을 제시했다. 그 결과 컬링 로봇이 불안정한 빙판 환경에 안정적으로 적응해 숙련된 선수 수준의 컬링 경기수행을 가능하게 했다.

동계올림픽 정식 종목이기도 한 컬링은 경기장 온도, 습도, 정빙 정도 등에 따라 빙판이 불규칙하게 변화하는 특징이 있다. 컬링 스톤을 원하는 위치에 안정적으로 도달하기 위해서는 숙련된 선수들은 수년에 걸친 빙판의 상태를 파악하는 훈련을 진행한다. 반면 이번 논문에 발표한 컬링 인공지능은 3~4일 만의 학습과 훈련을 통해, 최적의 투구 전략을 수립하고 투구 로봇의 투구 힘, 투구 방향, 스톤 컬 회전을 제어해 숙련된 컬링 선수의 투구 수준에 근접하는 결과를 얻었다.

제안하는 컬링 로봇 인공지능의 적응형 심층 강화 학습 프레임워크

논문 교신 저자인 이성환 교수는 “세계 최초로 선보인 인공지능 컬링 로봇 컬리(Curly)는 다양한 빙질 환경에 적응하는 인공지능은 물론, 스톤을 원하는 곳으로 보내기 위한 로봇공학 등 최첨단 융합 기술의 결정체”라며 “이번 논문은 숙련된 선수 수준으로 실제 컬링 경기를 수행할 수 있는 경기력을 갖추기 위한 로봇 인공지능의 핵심 기술”이라고 말했다.

실제 컬링장에서의 투구 실험 및 결과

이어 “기존의 기계학습 기반 학습 방법은 단순히 안정적인 가상환경 또는 실험실 환경 수준의 문제를 풀고 검증하는 수준에 그쳤다면, 이번 연구는 기존에 시도하지 못했던 불확실성이 높은 실제 아이스 환경 문제에 도전해 숙련된 인간 수준의 로봇 인공지능 핵심 원천 기술을 개발했다”며 “기계학습 기반 인공지능 기술이 숙련된 인간 수준으로 실제 환경 문제를 해결하고 대응할 수 있다는 점에서 괄목할 만한 성과”라고 덧붙였다.

이번 연구는 과학기술정보통신부/정보통신기획평가원 ‘인공지능대학원지원사업’과 ‘ICT융합산업원천기술개발사업’의 지원을 받아 수행됐다.

조상협  robot3@irobotnews.com 로봇신문사

AI Hits The Ice: Curling Robot “Curly”

뉴질랜드 '그린테크 로보틱스', 완전 자율 제초로봇 개발···美 진출

현장 인력·원격관리 불필요

내년에 기존 파종로봇 고객 있는 캘리포니아에 공급

     뉴질랜드 로봇업체가 완전 자율방식 제초로봇으로 미국 시장에 진출한다.

뉴질랜드 ‘스터프’는 22일 그린테크 로보틱스가 완전 자율방식의 상업용 제초 로봇인 ‘위드스파이더(Weed spider)’를 개발해 최종 테스트만 남겨 놓고 있다고 보도했다.

뉴질랜드 그린테크 로보틱스가 잡초 뽑기 로봇인 ‘위드스파이더’로 미국 농가를 공략한다. (사진=그린테크)

이 회사는 이미 30년 전부터 자사 파종로봇인 시드 스파이더(Seed Spider)를 사용해 온 캘리포니아 농부들의 호응에 따라 내년부터 위드스파이더를 미국시장에 공급한다고 밝혔다.

위드스파이더는 고해상도 카메라와 인공지능 소프트웨어(AI SW)를 이용해 채소밭 위로 지나가면서 일일이 잡초를 식별해 제거한다.

롭 바안 그린테크 이사는 “위드 스파이더의 가장 큰 차별점은 인간이 통제할 필요가 없고 그 기능이 잡초를 뽑는 것 이상이라는 점”이라고 말했다. 위드스파이더는 다양한 채소 작물을 식별하고, 필요하면 적절한 채소 솎아내기 작업까지 수행할 수 있다.

이 회사는 거의 65만 헥타르 규모의 거대 영농 단지인 캘리포니아 살리나스 계곡 같은 곳에서 이 로봇의 상업적 잠재력을 실현할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

이 로봇은 30년 전 샌드브룩의 첫 발명품인 씨뿌리는 로봇인 시드스파이더의 후속작이다. 시드스파이더는 현재 북미지역 상추와 당근 재배농가 70%가 사용하고 있다. 이 로봇은 돈 샌드브룩 그린테크 로보틱스 창업자 겸 최고경영자(CEO)의 아이디어로 만들어졌다.

샌드브룩은 이주 노동자에 대한 제한과 급속한 임금 상승으로 인해 채소 재배 농민들이 심각한 노동력 부족에 직면했다고 말했다. 그들은 효율적 기술을 이용한 해결책에 필사적으로 매달렸고 이는 위드스파이더의 상업적 출시의 주안점이 될 것으로 보인다.

돈 샌드브룩은 “내 기존 고객들은 제초 로봇이 만들어지는 대로 가져오라고 말하고 있다”고 전했다.

현재 시장에는 미국의 팜와이즈(Farmwise) 같은 제초 로봇들이 등장하고 있는데 이들은 최대한 능력을 발휘하기 위해서 현장 운영자와 원격 운영 서비스가 필요하다.

위드스파이더는 이처럼 채소밭 위를 지나면서 잡초를 제거한다. (사진=그린테크)

바안 이사는 미국 캘리포니아는 기술의 온상이자 제품의 가치를 입증하고자 하는 기업들에게는 필수적인 시험장이었다고 말했다. 테슬라 같은 기술업계의 거인은 자동화된 기계와 차량에 대한 법과 규정을 마련하기 위해 열심히 로비를 했다.

샌드브룩 CEO는 “30년 동안 파종 로봇을 판매해 온 캘리포니아에 손님이 있다. 그리고 캘리포니아는 기술 분야에서 세계적인 선두주자다”라며 “전세계의 일부 지역에서는 이 로봇 사용에 따른 법률이 마련되지 않아 이 기술을 사용하지 못할 것이다”라고 말했다.

샌드브룩은 올해 말 뉴질랜드 북섬에 있는 랭이티케이에서 열린 최종 현장 실험에 이어 내년부터 위드스파이더 판매를 시작할 수 있기를 기대한다고 말했다.

이성원  sungwonly09@gmail.com 로봇신문사

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