[지금은 과학] 계단 성큼성큼, 사족로봇 '드림워커'

[아이뉴스24 정종오 기자] 연기가 자욱해 앞이 안 보이는 재난 상황에서 별도의 시각이나 촉각 센서의 도움 없이 계단을 오르내린다. 나무뿌리와 같은 울퉁불퉁한 환경 등에서 넘어지지 않고 움직인다.

국내 연구팀이 이 같은 기능을 자유자재로 사용하는 사족보행 로봇 기술을 내놓았다.

한국과학기술원(KAIST, 총장 이광형)은 전기및전자공학부 명현 교수 연구팀(미래도시 로봇연구실)이 다양한 비정형 환경에서도 강인한 `블라인드 보행(blind locomotion)'을 가능케 하는 보행 로봇 제어 기술을 개발했다고 29일 발표했다.

KAIST 연구팀은 사람이 수면 중 깨어서 깜깜한 상태에서 화장실을 갈 때 시각적 도움 없이 보행이 가능한 것처럼 블라인드 보행이 가능하다고 해서 붙여진 ‘드림워크(DreamWaQ)’기술이다. 이 기술이 적용된 로봇을 ‘드림워커(DreamWaQer)’라고 이름 붙였다.

기존 보행 로봇 제어기는 기구학 또는 동역학 모델을 기반으로 한다. 이를 모델 기반 제어 방식이라고 표현한다. 특히 들판과 계단 등 비정형 환경에서 안정적 보행을 하기 위해서는 모델의 특징 정보를 더욱 빠르게 얻을 수 있어야 한다.

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.

주변 지형을 보지 않고도, 오직 로봇 내부의 관성 센서(IMU)와 관절 각도의 측정치를 활용해 시뮬레이션에서 학습한 다양한 환경 중 어느 환경과 비슷한지 상상하는 과정을 거친다.

갑자기 계단과 같은 단차를 맞이하는 경우, 발이 단차에 닿기 전까지는 알 수 없는데 발이 닿는 순간 빠르게 지형 정보를 상상한다. 이렇게 추측된 지형 정보에 알맞은 제어 명령을 각 모터에 전달해 재빠른 적응 보행이 가능하다.

드림워커는 환경과 무관하게 초속 0.3m의 느린 속도부터 초속 1.0m의 빠른 속도까지도 안정적 보행이 가능함을 연구팀은 확인했다.

이번 연구 결과(논문명: DreamWaQ: Learning Robust Quadrupedal Locomotion With Implicit Terrain Imagination via Deep Reinforcement Learning)는 이 마데 아스윈 나렌드라(I Made Aswin Nahrendra) 박사과정이 제1 저자로, 유병호 박사과정이 공동 저자로 참여했다. 오는 5월 말 영국 런던에서 개최되는 로보틱스 분야의 국제 학회인 ICRA(IEEE International Conference on Robotics and Automation)에 채택돼 발표될 예정이다.

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