사람처럼 '보고 판단'…장애물 인지 사족보행 로봇 제어기술 개발

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 전기및전자공학부 명현 교수 연구팀이 연구실 창업기업 유로보틱스㈜와 공동 연구를 통해 시각 정보를 기반으로 지형을 인지하고 실시간으로 보행 전략을 조정하는 사족보행 로봇 제어 기술 '드림워크++'를 개발했다고 밝혔다.

드림워크는 관절 엔코더와 관성 센서 등 자기수용 감각만으로 지형을 추정하며 보행하는 블라인드 보행 기술이다. 시각 정보 없이도 강인한 이동이 가능하다.

재난 상황 등 시각 정보 확보가 어려운 환경에서도 안정적으로 걸을 수 있지만, 로봇의 다리가 장애물에 직접 접촉한 이후에야 움직임을 조정할 수 있다는 한계가 있었다.

이번에 개발된 드림워크++는 자기수용 감각과 함께 카메라·라이다 기반 외수용 감각을 융합해 한계를 극복했다. 로봇이 장애물을 사전에 인지하고 먼저 보행 전략을 조정하는 '인지 기반 보행'을 구현했다.

연구팀은 다중 감각 강화학습 구조를 설계하고 경량 연산 기반으로 실시간 제어가 가능하도록 구현했다. 센서 오류 발생 시 자동으로 다른 감각 기반 보행으로 전환하는 안정성과 다양한 로봇 플랫폼에 적용 가능한 확장성을 동시에 확보했다.

이 기술을 적용한 로봇은 다양한 환경에서 기존 기술을 뛰어넘는 성능을 보였다.

계단 주행 실험에서는 50개 계단 코스를 단 35초 만에 완주하며 블라인드 보행 제어기와 상용 인지형 제어기를 모두 능가했다.

급경사 환경에서는 훈련 조건(10도)보다 3.5배 가파른 35도 경사면을 안정적으로 등반했다. 자세를 능동적으로 조정해 후방 다리 모터 토크를 기존 대비 약 1.5배 절감했다.

별도의 경로계획 없이 더 효율적인 길을 스스로 선택하는 등 학습 기반 인지 능력과 불확실한 낙차 지형에서 멈춰 지면을 탐색한 뒤 이동하는 탐색 활동도 확인됐다.

또 2.5㎏의 탑재물을 실은 상태에서도 로봇 높이를 넘는 41㎝ 장애물을 극복하는 등 높은 민첩성을 보여줬다. 스위스 취리히연방공대의 애니멀-C와 KAIST 하운드 등 다른 사족보행 로봇에 적용했을 때에는 1~1.5m 수준의 장애물까지 대응 가능했다.

학습한 장애물보다 높은 높이도 80%의 성공률로 극복해 새로운 환경에 스스로 적응할 수 있음이 입증됐다.

연구팀은 이번 기술이 재난 대응, 산업 시설 점검, 산림 및 농업 등 기존 바퀴형 로봇이 접근하기 어려운 환경에서 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.

명 교수는 "이번 연구는 로봇이 단순히 움직이는 수준을 넘어 환경을 이해하고 스스로 판단하는 단계로 발전했음을 보여준다"며 "향후 다양한 실제 환경에서 활용 가능한 지능형 이동 기술로 확장해 나갈 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 로보틱스 저널(IEEE Transactions on Robotics)에 게재됐다.

연구는 산업통상자원부 한국산업기술평가관리원(KEIT)의 지원과 산림청(한국임업진흥원) 산림과학기술 연구개발 사업 지원을 받아 수행됐다.

jongseo12@news1.kr