1인칭시점 드론 대회서 AI가 인간에 승리...“실제 스포츠 첫 사례”

취리히대·인텔 연구팀 공동 개발
인간 레이서 기록 보다 0.5초 빨라
“산림 촬영, 우주, 영화 산업 등 적용”

스위스 취리히대와 인텔의 연구팀이 발표한 논문에 수록된 AI 드론의 경로 (출처 네이처)

스위스 취리히대와 인텔의 연구팀이 1인칭 시점(FPV) 드론 레이싱 대회에서 인간 챔피언을 이길 수 있는 자율 드론 시스템인 스위스트(Swift)를 개발했다고 1일(현지시각) 발표했다. 체스, 바둑, 심지어 스타크래프트와 같은 게임에서 인공지능이 인간을 대상으로 승리한 적은 있지만, 실제 스포츠 경기에서 인공지능 시스템이 인간 파일럿을 이기는 것은 이번이 처음일 수 있다는 평가다.

이날 엘리아 카우프만, 레너드 바우어스펠트, 안토니오 로케르시오, 마티아스 뮐러, 블라들렌 콜툰, 다비드 스카라무자 등 5명은 네이처지를 통해 “심층 강화 학습을 이용한 챔피언 수준의 드론 레이싱”이라는 제목의 논문을 공개했다.

1인칭 시점 FPV 드론 레이싱은 고속 드론을 조종해 장애물 코스를 최대한 빨리 통과하는 시합을 벌이는 스포츠다. 조종사는 드론에 탑재된 카메라의 영상을 보고 판단한다. 헤드셋을 착용하고 원격으로 드론을 조종하는 방식이다. 드론의 시점에서 1인칭 시점으로 드론을 조작하는 것이다. 취리히대의 연구원들은 수년 동안 이상적인 인공지능 기반 드론 조종사를 만들기 위해 노력했지만, 이전에는 특수 모션 캡처 시스템의 도움을 받아야만 승리를 거둘 수 있었습니다. 하지만 이제는 인간 레이서가 사용하는 것과 유사한 온보드 카메라로 수집한 실시간 데이터를 사한다.

또 드론의 가속도와 속도를 측정하는 관성 측정 장치가 통합해 판단한다. 인공 신경망이 물려 있고 이 데이터를 처리해 공중에서 드론의 위치를 파악하고 코스에서 레이스 게이트를 식별한다. 이후 이 정보를 심층 신경망에 기반한 제어 장치에서 사용해 가능한 한 빨리 레이스 서킷을 완주할 수 있는 최적의 경로를 선택한다는 것이 연구진의 논문 내용이다.

연구진은 시뮬레이션 환경에서 강화 학습을 사용해 인공지능 모델을 훈련시켰으며, 시스템은 시행착오를 통해 스스로 학습했다. 시력인 비전을 기반으로 한 자율 주행 기술을 개발해 인공지능 시스템을 인간 파일럿과 더욱 동등한 수준으로 끌어올렸다는 평가다.

이번에 개발된 스위프트는 2019년 드론 레이싱 리그 챔피언인 알렉스 바노버, 2019년 멀티GP 드론 레이싱 챔피언인 토마스 비트마타, 스위스 챔피언인 마빈 셰퍼 등과 경쟁했다.

스위스 취리히대와 인텔의 연구팀이 발표한 논문에 수록된 AI 드론이 통과한 게이트 (출처=네[이처)

“배터리 용량 제한 난제...AI드론이 풀 수 있어”

해당 경기는 작년 6월5일부터 6월13일까지 가로세로 25미터의 특수 설계 트랙에서 진행됐다. 드론이 한 바퀴를 완주하기 위해선 정해진 순서대로 통과해야 하는 7개의 정사각형 게이트가 놓여 있었다. 또한 이 서킷에는 드론을 반 바퀴 돌리고 전속력으로 하강하는 하프 루프를 실행하는 곡예 기능인 스플리트-S(Split-S)와 같은 고난도 기동도 포함돼 있었다.

스위프트는 인간 챔피언을 상대로 여러 차례 승리를 거두었으며, 심지어 가장 빠른 랩을 기록했다. 최고의 인간 조종사보다 0.5초 앞선 기록으로 경기를 마쳤다. 하지만 인공지능 시스템은 적응력에서 한계를 보였다. 예를 들어 급작스레 조명을 바꾸는 등 학습된 조건과 다른 조건에서는 어려움을 겪었다. 전반적으로 이번 대회를 통해 인공지능이 물리적 환경을 탐색하는 데 상당한 진전을 이뤘지만, 적응력과 다양한 조건에 대한 대응력에서는 여전히 인간 조종사가 우위를 점하고 있음을 확인할 수 있었다는 평가다.

해당 기술을 산업용 드론에 적응할 경우 현재 드론 수준이 한단계 업데이트 될 전망이다. 다비드 스카라무자는 “드론의 배터리 용량이 제한되어 있기 때문에 최적 경로를 움직이는 드론이 더 활용도가 높다”면서 “스위프트의 기능은 빠르게 움직이는 드론을 구성해 액션 장면을 촬영할 수 있는 산림 모니터링, 우주 탐사, 영화 산업에서 활용될 수 있다”고 설명했다.