이처럼 실질적이고 확장성 높은 지네로봇이라니 : zum 뉴스

현대 로봇 공학자들은 수십년 동안 생물의 뛰어난 능력에서 영감을 얻어 이를 본뜬 로봇을 꾸준히 제작해 왔다. 1930년대에 미로찾기 로봇쥐의 메커니즘이 시연됐고, 1940년대에 빛을 따라가는 로봇거북이 등장했다. 1950년대 시행착오에 의한 미로찾기 로봇쥐가 등장했다. 이후 로봇 공학자들은 인간을 포함해 말, 개, 뱀, 도롱뇽, 벌레, 박쥐, 독수리, 돌고래 등 생물을 본뜬 다양한 로봇 버전을 만들기 위해 노력해 왔다.

이런 가운데 최근 미국에서 개발된 농장 제초를 위해 시범적으로 운용되고 있는 거대한 지네 로봇이 화제다. 이 로봇은 길고 마른 체형에 파동치듯 꿈틀거리는 매우 성공적인 지상 이동 능력을 갖춘 동물로 꼽히는 지네의 이동원리를 꽤 닮게 구현했다. 흥미롭게도 실용성 측면에서는 단순히 지네의 영감을 받은 수준을 넘어선다.

IEEE스펙트럼의 최근 보도에 따르면 미국 조지아 공대의 댄 골드만이 개발한 이 지네 로봇은 이제 막 개발됐는데도 꽤 실용적이고, 복잡하지 않은 기계적 구성을 갖추고 있는데다 가격도 높지 않다. 게다가 재난 구호나 군사적 활용 가능성에도 매우 근접한 로봇으로 평가받는다.

개발자인 골드만은 미국 조지아주 애틀랜타에 본사를 둔 새로운 스타트업인 그라운드 컨트롤 로보틱스(Ground Control Robotics·GCR)를 통해 지네를 닮은 거대한 다족류 절지동물 로봇을 농업 작물 관리(제초)에 도입하고 있다.

이 지네로봇은 기존 제초로봇이나 4족보행로봇으로 제거하기 어려운 덩굴가지를 가진 포도나 딸기류 근처의 잡초를 거뜬히 제거한다. 즉, 평탄하지 않고 정렬되지 않은 토양의 농장에서 자라는 포도같은 덩굴과 넝쿨을 가진 특용 작물 근처의 잡초들을 사람들보다 더 잘 뽑아낼 수 있다.

이는 생체에서 영감을 받은 많은 유사 동물 로봇들 가운데에서도 몇몇 안되는 돋보이는 실용적 기능이다. (당장 떠오르는 것으로는 4족 보행 로봇과 새떼를 쫓는 독수리 로봇 정도가 있을 정도다.) 또한 다른 재난 구호용이나 군 정찰용으로도 활용될 수 있을 것으로 보이는 등 확장 잠재력은 상업적 성공 가능성을 높인다. 게다가 센서를 많이 사용하지 않는 기계적 장치 설계 덕분에 많은 사람들이 생각한 만큼 가격이 높지 않아 보급 확장성도 높다고 한다.

지네 로봇의 구성과 작동 원리

ⓒTech42

지네 로봇 개발자인 미국 조지아공대의 골드만은 자신의 로봇이 ‘생체에서 영감을 받았다’고 생각하기보다는 ‘살아있는 시스템의 로봇물리학적 모델’로 생각한다고 말한다. 그는 “나는 동물을 신중하게 연구한다는 아이디어가 마음에 든다. 우리는 이 모델을 사용해 생물학적 원리를 테스트하고, 새로운 현상을 발견한 다음 그 통찰력들을 실험실 밖으로 나갈 수 있는 딱딱한 로봇에 넣는다”고 말했다.

지네 로봇의 구성 자체는 그다지 복잡하지 않다. 적어도 일반적인 로봇의 복잡성과 비교하면 그렇다는 얘기다.

이 로봇은 몇 개의 센서가 장착된 헤드와 몇 개의 동일한 케이블로 연결된 부분으로 구성돼 있으며, 각 부분에는 다리 작동을 위한 모터가 두 개씩 탑재돼 있다. 논문상으로는 이 로봇의 자유도가 매우 높아 보이지만 실제로는 비교적 간단한 제어 기술을 사용해 놀라울 정도로 좋은 성능을 얻는 구조다.

골드만은 “지네 로봇은 뱀 로봇과 마찬가지로 기본적으로 수영을 한다. 가장 큰 차이점은 다리를 추가하면 수영 로봇이 움직일 수 있는 다양한 종류의 환경이 확장된다는 것이다. 다리를 들었다 내렸다 하는 올바른 패턴은 유체와 같은 추진력을 발생시켜 로봇이 움직일 때 더 많은 물체를 밀어내어 움직임을 일관되고 안정적으로 만드는 데 도움이 된다”고 말했다.

그는 “우리는 로봇 앞뒤로 케이블을 사용해 로봇의 작동을 중심선에서 측면으로 꺼낼 수 있는 새로운 종류의 메커니즘을 만들었다. 제대로 조정하면 로봇은 뻣뻣한 상태에서 한쪽 방향으로 유연하게 움직인다. 그리고 그렇게 하면 당신이 발견하는 것은 거의 마법과 같다. 이 녀석은 아무런 두뇌 능력 없이도 제멋대로 복잡한 환경을 헤엄쳐 다닌다”고 덧붙여 설명했다.

기존 제초기가 못 가는 곳에서 작동하는 지네로봇

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이미 농업용 제초로봇이 꽤 많이 나와 있음에도 지네로봇이 주목받는 이유는 뭘까.

기존 제초 로봇들은 대규모 자동화에 적합한 평지나 완만한 언덕에 줄지어 깔끔하게 작물을 심어 키우는 농장용으로 적합하다. 그리고 그런 로봇을 만드는 회사들은 이미 많이 포진해 있다.

문제는 모든 특용 작물이 대체로 평평한 땅에서 열지어 심어져 잘 정돈된 채 자라는 게 아니라는 점이다. 즉, 식물 자체가 고착돼 있고 매년 수확하는 다년생 작물은 관리하기가 훨씬 더 복잡할 수 있다.

지네 로봇은 바로 이런 복잡한 환경의 들판에서 자라는 작물들을 대상으로 한 잡초 감지 및 방제용으로 사용된다.

특히 매우 가파르고 종종 바위가 많은 경사면에서 자랄 수 있는 와인 포도와 같은 작물의 경우 더욱더 로봇 자동화가 아쉽다. 이러한 환경은 GCR의 로봇에 학문적 호기심에서부터 독특한 상업적 잠재력을 가진 로봇으로 발전시킬 수 있는 초기 사용 사례를 제공한다.

GCR에 따르면 현재 블루베리, 딸기, 포도같이 덤불처럼 또는 덩굴처럼 들쭉날쭉하게 우거진 식물 주변의 잡초를 제거하는 자동화 솔루션은 없다.

따라서 농부들은 이 초목 아래로 기어다니면서 작물의 건강 상태를 확인하고 잡초를 뽑아줄 제초 작업자들을 고용하는 데 막대한 비용을 지출해야 한다.

GCR은 캘리포니아에서 블루베리 잡초 방제 비용이 에이커(약 4000㎡, 1224평)당 300달러(약 41만원) 이상이며, 딸기의 경우 에이커 당 1000달러(약 137만원)가 넘는 경우도 있는 것으로 추산한다. 이는 결코 재미있는 일이 아닌데다 이 일을 해 줄 사람을 찾는 것도 점점 더 어려워지고 있다.

살충제를 뿌리고 싶지 않은 농부들에게는 좋은 선택지가 많지 않다. GCR은 자사의 지네 로봇이 이 틈새를 메울 수 있다고 생각한다.

골드만은 “로봇 공학 연구자들은 로봇을 이론이나 원리의 일회성 시연용으로 취급하는 경향이 있다. 그 빌어먹을 로봇을 작동시키고 이를 국제 로봇 및 자동화 컨퍼런스에 제출한 후 그 다음 단계로 넘어가야 한다. 하지만 우리 로봇은 실험적인 물리학 도구이기 때문에 처음부터 견고하게 만들어야만 했다”고 털어 놨다.

골드만이 실험실에서 수행한 대부분의 연구는 이러한 로봇 물리적 모델을 사용해 동물이 움직이는 방식을 체계적으로 테스트하고 어떻게 그런 방식으로 움직이는지 이해하려고 노력하는 것이었다. 그래서 그는 “우리는 로봇이 단순한 실험실 장난감이 아닌 최소한의 실행 가능한 제품이 될 수 있다는 것을 알게 됐다”고 말한다.

지네 로봇 vs 다재다능한 4족보행 로봇

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새로운 로봇 이동 시스템에 대한 당연한 질문은 훨씬 덜 혁신적인 시스템을 갖고도 기본적으로 같은 일을 할 수 있을지 여부다.

예를 들어 요즘 4족보행 로봇 기능이 꽤 좋아졌는데 왜 이 로봇이나 바퀴달린 로봇 중 하나를 사용하지 않을까 하는 것이다.

골드만은 지네로봇을 사용하는 이점에 대해 “로봇을 최대한 작물에 가까이 보내고 싶고, 더 크고 투박한 기계가 밭을 파괴하는 것을 원치는 않는다”고 말한다.

그는 큰 로봇은 피해를 입힐 수 있고, 대부분의 작은 로봇들은 제어 문제로 악몽을 겪게 된다고 지적한다.

로봇이 마주치는 대부분의 장애물이 자신과 비슷한 규모일 때 제어가 매우 어려워지기 때문이다.

골드만은 “지형 반작용력은 예측하기가 거의 불가능하다. 이는 로봇의 이동 방식이 환경 소음에 의해 지배된다는 것을 의미한다. 한 가지 방법은 이 모든 소음과 그에 따른 역학을 모델링하고 일종의 제어 정책을 구현하는 것이지만, 훨씬 더 간단한 전략이 있다는 것이 밝혀졌다. 즉, 더많은 다리를 사용하는 것이다. 다리가 많으면 감지 없이도 안정적인 동작을 생성할 수 있다”고 말한다.

이 지네 로봇 디자인에서 다리를 추가하는 것은 쉽다. 이는 이러한 유형의 이동성이 4족보행 로봇과 같은 이동 수단에 대해 갖는 또 다른 장점이다.

지네로봇, 생각보다 저렴한 데다 확장성까지

GCR의 로봇은 생각보다 훨씬 저렴하다. 다리 모듈 자체가 비교적 저렴하고 지능의 대부분이 감각이나 계산 기반이 아닌 기계적 특성을 갖기 때문이다.

이러한 분산형 로봇 무리가 24시간 내내 들판에서 활동한다는 개념이다.

현재는 여전히 상당한 가치가 있는 정찰 임무만 수행하고 있지만, 나중에는 거대한 로봇 지네 턱(혹은 레이저)을 사용해 다른 어떤 옵션보다 저렴한 비용으로 잡초를 뽑아낼 수 있다.

GCR은 현재 조지아주 소재 블루베리 농부와 포도원 소유주와 협력해 몇 개월 내에 로봇의 이동성 및 감지 기능을 개선하는 내용의 시범 프로젝트를 진행하고 있다. 물론 실제로 재난 구호로 확장할 수 있는 옵션도 있고, 어쩌면 군사적 응용 분야로까지 확장할 수도 있을 것이다.

골드만은 환경에 따라 다른 팔다리 구성이나 팔다리를 완전히 접을 수 있는 기능이 필요할 수도 있다고 말한다.

GCR이 지네 로봇으로 훨씬 더 큰 잠재력을 가진 분에서 활용하기 시작했다는 점은 높이 평가받을 만 하다. 물론 이는 동시에 훨씬 더 많은 노력이 필요할 것으로 보이긴 하다.

이 지네 로봇이 더욱 중요하게 여겨지는 이유는 새로운 로봇 연구와 상용 제품 간의 직접적인 전환을 개발초기부터 이렇게 쉽게 볼 수 있는 기회가 흔치 않다는 점 때문이다. 향후 기술 진화를 통해 재난 구호, 정찰 및 군사분야 등으로 용도가 확장될 가능성을 기대해 본다.