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2024-11-22 (금)

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[신소재 신기술(12)] 사족보행 로봇, 파쿠르 동작과 잔해 지형 횡단 기능 습득

주로 재난 현장이나 잔해 지역을 누비도록 설계된 사족보행 로봇이 파쿠르 동작을 습득해 주목받고 있다. 스위스 연방 공과대학교(ETH Zurich) 연구팀은 기존에 암석이 많은 도로 환경을 주로 주행하던 사족보행 로봇 애니말(ANYmal)에게 파쿠르 동작을 가르쳤다. 테크 익스플로어는 13일(현지시간) ETH 취히리 연구탐의 훈련으로 사족보행 로봇 ANYmal은 최근 인기를 끌고 있는 도시 환경의 장애물을 뛰어넘거나 빠르게 이동하는 파쿠르 동작을 수행하는 데 능숙하게 되었다고 전했다. 파쿠르는 주변 환경을 이용해 가능한 한 효율적으로 한 지점에서 다른 지점으로 이동하는 훈련 방법이나 스포츠를 말한다. 주로 도시의 건물, 벽, 계단 등을 활용하며, 몸의 균형, 힘, 정확성, 속도를 요구한다. 파쿠르 동작에는 점프, 구르기, 타기, 넘기 등 다양하고 유연한 움직임을 포함한다. 또한 ANYmal은 건설 현장이나 재난 발생 지역과 같은 복잡한 지형에서도 효과적으로 이동할 수 있는 능력을 갖추게 됐다. 연구 결과는 학술지 '사이언스 로보틱스(Science Robotics)'에 게재됐다 연구팀은 기계공학 및 프로세스 엔지니어링학과 마르코 후터(Marco Hutter) 교수가 이끄는 두 팀으로 구성되어 있으며, 서로 다른 접근 방식을 사용하여 ANYmal에게 새로운 기술을 가르쳤다. 기계적 한계 극복 연구팀 중 한 팀에는 평소 파쿠르 운동을 즐기는 니키타 루딘(Nikita Rudin) 박사 과정 연구원이 참여했다. 루딘 박사 학생은 "프로젝트 시작 전 많은 연구원들이 사족보행 로봇의 기술 발전은 한계에 도달했다고 생각했다. 하지만 저는 달리 생각했다. 사실 사족보행 로봇의 기계적인 측면에서 더 많은 발전 가능성이 있다고 확신했다"고 말했다. 루딘 연구원은 자신의 파쿠르 경험을 바탕으로 머신 학습을 활용하여 ANYmal에게 새로운 기술을 가르치고 기존 기능을 한계 이상으로 뛰어넘기 위한 노력을 기울였다. 현재 ANYmal은 장애물을 뛰어넘고 다이나믹한 동작을 통해 다시 뛰어 내려올 수 있다. 이 과정에서 ANYmal은 마치 아이가 배우듯 시행착오를 통해 학습했다. 현재 ANYmal은 장애물 앞에 다다르면 카메라와 인공 신경망을 사용하여 장애물의 종류를 파악하고 이전 훈련 데이터를 기반으로 성공 가능성이 높은 동작을 수행한다. 루딘 연구원은 이러한 방식을 통해 개별적인 새로운 기술 습득에는 효과적이지만, 미리 정의된 문제 해결 이상으로 잔해가 쌓인 재난 지역과 같은 복잡한 지형을 탐색하도록 하는 데는 한계가 있다고 말했다. 신기술과 기존 기술의 융합 루딘 박사 연구원의 동료인 파비안 예넬텐(Fabian Jenelten) 박사 과정 연구원이 참여한 또 다른 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 기존 기술과 머신 학습을 융합하는 방식을 사용했다. 이 방법은 모델 기반 제어라는 제어 공학 분야의 기존 기술을 활용해 로봇에게 정확한 동작을 가르치는 데 더 효과적이다. 예를 들어 잔해 더미 속의 틈새와 요철을 인식하고 통과하는 방법과 같은 기술을 습득시킬 수 있다. 반면, 머신 학습은 로봇이 익힌 운동 패턴을 예상치 못한 상황에 유연하게 적용할 수 있도록 돕는다. 예넬텐 박사 연구원은 "두 가지 접근 방식을 결합함으로써 ANYmal의 성능을 최대한으로 끌어올릴 수 있다"고 말했다. 연구 결과, 사족보행 로봇 ANYmal은 미끄러운 표면이나 불안정한 바위에서도 더욱 안정적으로 이동할 수 있게 됐다. ANYmal은 곧 건설 현장이나 재난 발생 지역의 붕괴된 건물 검사와 같이 사람이 접근하기 어려운 위험한 곳에도 투입될 예정이다.
- 포커스온
2024-03-14
[신소재 신기술(7)] 스위스 연구팀, 혁신적 사족 로봇 개발⋯최첨단 조작 작업 수행

스위스 연구팀이 사족 로봇이 다리만을 사용하여 최첨단 조작 작업을 수행할 수 있는 컨트롤러 '페디풀레이트(Pedipulate)'를 개발했다. 크립토폴리탄은 지난 26일(현지시간) 스위스 ETH 취리히 로봇 시스템 연구소의 연구팀이 과학 논문 온라인 저장소 아카이브(arXiv) 서버에 발표한 연구에서 사족 로봇이 다리를 사용해 복잡한 조작 작업을 수행할 수 있는 혁신적인 컨트롤러인 페디풀레이트를 개발했다고 보도했다. 페디풀레이트는 '다리를 사용하여 조작하다'라는 뜻을 가진 단어로, 사족 로봇이 다리를 사용하여 복잡한 조작 작업을 수행할 수 있도록 지원하는 혁신적인 컨트롤러다. 이 개발은 로봇 공학 분야의 중요한 도약을 의미하며, 전통적인 검사 역할 외에도 유지 보수, 가정 지원 및 탐험 활동에서 다리 로봇의 활용 가능성을 보여줬다. 로봇 공학의 격차 해소 「사족 로봇의 다리 이용 조작: 페디풀레이트(Pedipulate)」라는 제목의 이 연구는 조작을 위해 추가 로봇 팔을 필요로 하는 기존의 사족 로봇 설계에 도전했다. 기존 설계는 전력 소비와 기계적 복잡성을 증가시킨다는 설명이다. 연구팀은 사족 동물을 관찰하면서 로봇의 다리를 이동과 조작에 활용함으로써 로봇 시스템을 크게 단순화하고 비용을 절감할 수 있다는 가설을 세웠다. 페디풀레이트는 특히 우주 탐사와 같이 크기와 효율성이 중요한 분야에서 유용하다. 페디풀레이트는 딥 강화 학습을 통해 훈련되며 신경망을 사용하여 발 위치 목표를 추적한다. 이는 로봇 발과 목표 지점 간의 거리를 최소화하는 동시에 갑작스러운 움직임이나 충돌과 같은 바람직하지 않은 'bewegt(베베크트, 움직임)'를 제어한다. 이 컨트롤러는 12개의 토크 제어 관절과 각 발에 힘-토크 센서가 장착된 '애니멀 D(ANYmal D)' 로봇에서 테스트되었으며, 실제 상황에서 다리 기반 조작의 실현 가능성을 입증했다. 정밀성과 적응력 평가 컨트롤러의 성능은 시뮬레이션 및 실제 환경에서 엄격하게 평가됐다. 이는 넓은 작업 공간에 도달하는 뛰어난 능력을 보여주었으며, 시뮬레이션에서 평균 추적 오차는 0.037 미터, 실제 응용 프로그램에서 근거리 목표의 경우 0.057 미터에 달했다. 이러한 정밀도를 통해 로봇은 작업별 적응 없이 문 열기부터 암석 샘플 채취까지 다양한 작업을 수행할 수 있다. 페디풀레이트의 주요 혁신 중 하나는 적응적 명령 생성을 위한 교육 과정이다. 이 방식을 통해 로봇은 삼족 보행을 사용하여 높은 곳에 위치한 먼 거리의 목표물에 접근할 수 있다. 이 접근 방식은 로봇의 이동성을 향상시키고 명령이 고정된 로컬 제어 프레임에서 정의되기 때문에 사용자에게 더 직관적인 제어 경험을 제공한다. 결과적으로 운영자는 로봇의 움직임을 보다 손쉽게 지시하고 안내할 수 있다. 척박한 외부 환경서 작동 페디풀레이트는 다양한 분야에서 사족 로봇의 활용 가능성을 열어준다. 산업 환경에서 이 로봇은 기계 검사 및 운영과 같은 유지 보수 작업을 수행할 수 있다. 또한 가정 지원을 위해 물건 가져오기, 가전 제품 열기, 가구 재배치를 수행할 수 있다. 더욱이, 험난한 지형에서 물체를 탐색하고 조작하는 능력은 지구나 다른 행성에서 탐사 임무를 수행하는 데 적합하다. 페디풀레이트 컨트롤러는 미끄러운 표면이나 예상치 못한 힘과 같은 외부 환경에 대해 강하다. 이동과 조작을 매끄럽게 통합함으로써 이 컨트롤러는 전례 없는 효율성과 안정성을 갖춘 보다 자율적이고 다재다능한 로봇 보조 도구의 길을 열었다. 로봇 공학의 미래 로봇 공학이 계속 발전함에 따라 페디풀레이트를 개발한 스위스 연구팀의 혁신은 인간 삶의 질을 향상시키는 데 있어서 기계의 성장하는 능력을 강조했다. 이는 유지 보수, 지원 및 탐색 작업에서 가능한 일의 경계를 넓히는 역할을 한다. 이 연구 결과는 로봇 공학 분야에 크게 기여하며 로봇이 우리 일상과 작업 공간에서 더욱 중요한 역할을 수행할 수 있는 미래를 엿볼 수 있게 한다. 사족 로봇의 잠재력을 보여주는 획기적인 기술인 페디풀레이트는 다양한 분야에서 인간의 삶을 개선하는 데 기여할 것으로 기대된다. ETH 취리히 로봇 시스템 연구소의 필립 암(Philip Arm), 마얀크 미탈(Mayank Mittal), 헨드릭 콜벤바흐(Hendrik Kolvenbach), 마르코 후터(Marco Hutter)가 수행한 이 작업은 오는 5월 일본에서 열리는 'IEEE 국제 로봇 및 자동화 회의(ICRA 2024 )'에서 발표될 예정이다.
- 포커스온
2024-02-28
진화하는 로봇 개, '스팟' 이후 무슨 일이?…인간과 감정 교류 단계

보스턴 다이내믹스에서 2019년 공개한 네 발로 걷는 로봇 '스팟(Spot)'이후, 전 세계적으로 사족 보행 로봇개의 개발이 속속 진행되고 있다. 세계적인 IT 전문 매체 기즈모도(GIZMODO)은 최근 취리히 공과대학(ETH Zurich)의 연구팀이 '애니멀(ANYmal)'이라는 사족 보행 로봇개를 개발, 우주 탐사 프로젝트에 활용할 계획이라고 전했다. 중국 로봇 기업 '유니트리 로보틱스(Unitree Robotics: 宇树科技)'는 '유니트리 고2(Unitree Go2)'라는 로봇을 선보였다. 이 로봇은 최소 감지 거리 0.05m, 좁은 사각지대를 피하는 능력, 반구형 초광각 인식 기능을 제공한다. 또한 '유니트리 고2'는 자연어 명령을 처리하며, 영상 실시간 전송과 레이더 고도 지도 제공으로 어디에서나 주변 상황을 모니터링할 수 있다. 이처럼 뛰어난 기능을 갖춘 이 로봇은 산업 운송 수단부터 위험한 환경에서의 작업, 건설 현장, 지하 환경 탐사 등 다양한 임무 수행이 가능할 것으로 기대된다. 중국의 IT 기업 샤오미도 로봇 개 '사이버 독2(CyberDog 2)'를 지난 8월 출시했다. 이 로봇 개는 실제 개의 모습을 똑닮은 디자인과 함께 높은 운동 능력을 자랑한다. 특히 '사이버독 2'는 강화된 운동 능력을 통해 공중제비를 할 수 있으며 넘어져도 손쉽게 일어날 수 있고, 음악에 맞춰 춤을 출 수 있다. 특히, 샤오미의 사이버독 2는 AI 카메라, TOF(Time of Flight, 비행 시간) 센서, 라이다(LiDAR, 레이저 펄스를 발사하여 그 빛이 대상 물체에 반사되어 돌아오는 것을 받아 물체까지 거리 등을 측정하고 물체 형상까지 이미지화하는 기술), 초음파 센서 등 총 19 종류의 센서를 탑재해 주인의 얼굴 표정을 인식하고 AI 음성 대화 시스템을 활용해 주인의 감정을 파악하는 등 인간과 상호작용할 수 있다. 이처럼 로봇개의 진화는 인간의 일상생활에 다양한 변화를 가져올 것으로 예상되며, 로봇 기술의 발전은 미래에 더욱 혁신적인 역할을 해낼 것으로 보인다. 한편, '스팟(Spot)'은 미국 공학회사 보스턴 다이내믹스(Boston Dynamics)가 개발한 사족 보행 로봇이다. 스팟의 프로토타입은 2015년에 처음 공개됐다. 이후 보스턴 다이내믹스는 스팟의 기능과 성능을 계속 개선했고, 다양한 버전의 스팟이 나왔다. 2019년에는 스팟의 상업용 버전이 출시됐다.
- IT/바이오
2023-09-08