하버드 SEAS 연구팀이 물고기에서 영감을 얻은 로봇을 개발해냈다(사진. SEAS).

하버드 John A. Paulson 공학 및 응용과학학교(SEAS)와 비스(Wyss) 생물학영감공학연구소의 연구원이 물고기에서 영감을 얻은 로봇을 개발했다. 이 로봇은 외부 제어 없이 움직임을 조정하는데, 연구자들이 수중로봇에서 암시적 조정을 통해 복잡한 3D 집단행동을 시연한 것은 이번이 처음이다.

SEAS와 비스의 PhD 후보이자 논문의 제1저자인 플로리안 베를링거(Florian Berlinger)는 “로봇은 인간이 접근할 수 없거나 위험한 영역, 인간의 개입이 불가능할 수 있는 영역에 종종 배치된다”라며, “이러한 상황에서 자급자족할 수 있는 로봇 무리를 갖는 것은 정말 유익하다. 암시적 규칙과 3D 시각적 인식을 사용해 GPS 및 WiFi와 같은 항목에 액세스할 수 없는 수중에서 높은 수준의 자율성과 유연성을 갖춘 시스템을 만들 수 있었다”라고 전했다.

 

한편 블루스웜이라고 불리는 물고기에서 영감을 받은 로봇 떼는 SEAS의 Fred Kavli 컴퓨터 과학 교수이자 위즈(Wyss Institute)의 부교수인 라디카 나그팔(Radhika Nagpal)의 실험실에서 만들어졌다.

연구진은 파란색 LED조명을 기반으로 하는 물고기 로봇에서 비전 기반 조정 시스템을 개발했다. 블루봇(Bluebot)이라고 하는 각 수중 로봇에는 2개의 카메라와 3개의 LED조명이 장착돼 있다. 내장된 어안 렌즈 카메라는 인접한 블루봇의 LED를 감지하고 맞춤형 알고리즘을 사용해 거리, 방향을 결정한다. LED조명의 간단한 생산 및 감지를 기반으로 연구원들은 블루스웜이 응집, 분산 및 원형성을 포함한 복잡한 자체 조직 동작을 나타낼 수 있음을 입증했다.

 

각 블루봇은 이웃의 위치에 암묵적으로 반응한다. 각 블루봇은 통합되기를 원할 때 이웃의 위치를 ​​계산하고 중심으로 이동하며, 로봇이 분산되기를 원하면 반대로 행동한다. 또한 원 안에서 수영하기를 원한다면, 시계 방향으로 앞에 있는 빛을 직접 따르도록 한다.

연구원들은 탱크에 빨간불이 있는 간단한 수색 임무를 시뮬레이션했다. 블루봇은 분산 알고리즘을 사용, 광원에 충분히 가까워져 감지할 수 있을 때까지 탱크 전체에 퍼진다. 로봇이 빛을 감지하면 LED가 깜박이기 시작하며, 나머지 집계 알고리즘을 자극한다. 모든 블루봇은 신호 로봇을 중심으로 집계된다. 

 

나그팔은 “블루스웜을 사용한 결과는 수중 자체 조직화된 집단행동 조사에서 중요한 이정표를 나타낸다”라며, “이 연구에서 얻은 통찰력은 산호초와 같이 시각적으로 풍부하지만 취약한 환경에서 환경 모니터링 및 검색을 수행할 수 있는 미래의 소형 수중 떼를 개발하는 데 도움이 될 것이다. 이번 연구는 어군의 행동을 종합적으로 재현함으로써 더욱 잘 이해할 수 있는 길을 열어줄 것”이라고 전했다.