KAIST 연구팀이 개발한 제어기 드림워크 개요도. /뉴스1

자욱한 연기로 앞이 안 보이는 재난 상황에서 별도의 시각이나 촉각 센서의 도움 없이 계단을 오르내리고, 나무뿌리와 같은 울퉁불퉁한 환경에서도 넘어지지 않고 움직이는 ‘사족보행 로봇 기술’이 국내 연구진에 의해 개발됐다.한국과학기술원(KAIST)은 전기및전자공학부 명현 교수 연구팀이 다양한 비정형 환경에서도 강인한 `블라인드 보행'을 가능케 하는 보행 로봇 제어 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.

KAIST 연구팀은 사람이 수면 중 깨어 깜깜한 상태에서 화장실을 갈 때 시각적인 도움 없이 보행이 가능한 것처럼 블라인드 보행이 가능하다고 해서 붙여진 ‘드림워크’ 기술을 개발했고, 이 기술이 적용된 로봇을 ‘드림워커’라고 명명했다.

기존 보행 로봇 제어기는 기구학 또는 동역학 모델을 기반으로 한다. 이를 모델 기반 제어 방식이라고 표현하는데 특히 야지와 같은 비정형 환경에서 안정적인 보행을 하기 위해서는 모델의 특징 정보를 더욱 빠르게 얻을 수 있어야 한다. 그러나 이는 주변 환경의 인지 능력에 많이 의존하는 모습을 보여 왔다.

명현 교수 연구팀이 개발한 인공지능 학습 방법 중 하나인 심층 강화학습 기반의 제어기는 시뮬레이터로부터 얻어진 다양한 환경의 데이터를 통해 보행 로봇의 각 모터에 적절한 제어 명령을 빠르게 계산해 줄 수 있다. 연구팀이 개발한 제어기인 드림워크는 크게 지면과 로봇의 정보를 추정하는 상황추정 네트워크와 제어 명령을 산출하는 정책 네트워크로 구성된다.

상황추정 네트워크는 관성 정보와 관절 정보들을 통해 암시적으로 지면의 정보를 명시적으로 로봇의 상태를 추정한다. 이 정보는 정책 네트워크에 입력돼 최적의 제어 명령을 산출하는 데 사용된다. 두 네트워크는 시뮬레이션에서 함께 학습된다.

드림워커 로봇은 실험실 환경뿐 아니라 연석과 과속방지턱이 많은 대학 캠퍼스 환경, 나무뿌리와 자갈이 많은 야지 환경 등에서 보행 시 지면으로부터 몸체까지 높이의 3분의 2 정도의 계단 등을 극복함으로써 월등한 성능을 입증했다. 또한 환경과 무관하게 0.3m/s의 느린 속도부터 1.0m/s의 다소 빠른 속도까지도 안정적인 보행이 가능함을 연구팀은 확인했다.

한편 이번 연구 결과는 5월 말 영국 런던에서 개최되는 로보틱스 분야의 세계 최고 권위 학회인 ICRA(IEEE International Conference on Robotics and Automation)에 채택돼 발표될 예정이다.


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