벽·징검다리도 문제없다…험지 질주하는 KAIST 로봇 '라이보'

지난해 11월 마라톤 풀코스를 완주한 KAIST의 사족보행 로봇 '라이보(Raibo)'가 이제 계단, 틈, 벽 등 불연속적이고 복잡한 험지에서 고속으로 이동한다.

KAIST는 황보제민 기계공학과 교수팀이 벽, 계단, 징검다리 등 불연속적이고 복잡한 지형에서도 고속 이동이 가능한 사족보행 로봇 시스템을 개발했다고 3일 밝혔다. 연구결과는 지난달 28일(현지 시간) 국제학술지 '사이언스 로보틱스'에 공개됐다.

연구팀은 전체 시스템을 이동 계획을 세우는 '플래너 모듈'과 계획에 따라 착지 지점에 발을 정확히 내딛도록 하는 '트래커 모듈'로 구분했다.

플래너 모듈은 물리적으로 가능한 발 디딤 위치(foothold)를 빠르게 탐색하고 시뮬레이션을 통해 최적 경로를 검증한다.

발 디딤 위치 외에 접촉 시점, 로봇의 자세 등 여러 요소를 고려한 기존 방식과 달리 연구팀은 발 디딤 위치만 탐색하도록 해 계산량을 줄였다. 고양이의 보행 방식에 착안해 뒷발이 앞발이 밟았던 곳을 따라 디디도록 해 계산 복잡도를 크게 낮춘 것이 핵심이다.

트래커 모듈은 플래너 모듈이 계획한 위치에 따라 로봇이 정확히 발을 디딜 수 있도록 학습된다. 인공신경망을 활용해 이동 시뮬레이션을 반복 훈련했다. '맵 생성기'라는 생성 모델이 로봇의 이동 과제를 제공한다.

생성 모델과 트래커 모듈은 경쟁적으로 학습돼 트래커 모듈이 점진적으로 어려운 난이도에 적응할 수 있도록 설계됐다. 다양한 장애물과 불연속 지형에서 고속 보행 능력과 처음 만나는 지형에 대해서도 범용적으로 적용 가능하다는 사실이 확인됐다.

실내에서 진행한 실험에서 라이보는 수직 벽을 달리고 1.3m 폭의 간격을 뛰어넘으며 징검다리 위를 시속 14.4킬로미터로 질주했다. 30도 경사면과 계단, 징검다리가 혼합된 지형에서도 민첩하게 움직였다.

황보 교수는 "큰 계산량을 요구하던 불연속 지형에서의 고속 네비게이션 문제를 오직 발자국의 위치를 어떻게 선정하는가의 간단한 관점으로 접근했다"며 "재난 현장 탐색이나 산악 수색 등 실제적 임무를 수행하는 데에 이바지할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

<참고 자료>
- doi.org/10.1126/scirobotics.ads6192

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]

동아사이언스