두 명의 미국 스탠포드 대(Stanford University) 연구자들이 위험한 트레킹(trekking: 전문적인 등산 기술이나 지식 없이도 즐길 수 있는 산악 자연 답사 여행)을 위하여 특수 지팡이를 활용하는 보행 로봇이라는 개념을 발표하였다.
수프라페드(SupraPed)라는 이 인간형 로봇은 오사마 카팁(Oussama Khatib)과 슈윤 청(Shu-Yun Chung)에 의하여 설계되었다. 연구자들의 관심은 단지 보행 능력(locomotion)뿐만이 아니라 접촉이 지원되는 보행 능력(contact-supported locomotion)에 있었다. 이들은 돌무더기나 위험하고 안전하지 않은 표면처럼 구조화되지 않은 환경(unstructured environment)을 통과해야 하는 로봇이 갖는 한계를 극복하기 위한 연구를 하고 있다.
울퉁불퉁한 지형을 주행하는 일을 수행할 때 로봇은 접촉 감각이 부족하다. 대신에 로봇은 여러 센서들로부터 얻은 정보를 통합하기 위하여 복잡한 임무 전문의 제어기(task-specific controller)가 요구된다. 이러한 환경에서 로봇이 안전하게 움직이도록 도울 수 있는 진보된 기법이 없을까?
오사마 카팁과 슈윤 청은 이러한 시스템을 제공하고자 시도했다. "우리는 2족 보행하는 인간형 로봇에 비전과 힘 감지 기능을 가지며 구동력을 가지는 한 쌍의 영리한 지팡이를 제공하여 3족 로봇이나 4족 로봇, 좀 더 일반적으로는 수프라페드(Supraped)로 전환하는 것을 제안하였다"고 오사마 카팁과 슈윤 청이 말했다.
오사마 카팁과 슈윤 청은 자신들의 연구결과를 2014년 5월 31일에서 6월 5일까지 홍콩(Hong Kong)에서 개최된 로봇 및 자동화 관련 국제학술회의(명칭: IEEE International Conference on Robotics and Automation)에서 발표하였다.
수프라페드(Supraped)는 3차원의 구조화되지 않은 환경에서 접촉이 지원되는 보행 능력을 가지는 인간형 로봇을 의미하며, 2족 보행 로봇에게 스마트 지팡이인 한 쌍의 보행 지팡이를 제공하여 여분의 안정성을 부여함으로써 안정성을 유지하는 시연을 수행하였다.
발표된 논문의 저자들은 시스템의 일부로 특수 지팡이를 제공하는 장점을 기술하였다. 우선 보행 지팡이는 지지력을 개선하며, 상체에 인가되는 부하를 재분배할 수 있다. 또한, 이 지팡이는 센서로 사용되어 다음에 내딛을 발자국의 안정성을 미리 검사할 수 있다.
"인간의 능력을 모사한다는 인간형 로봇의 주된 목표를 진전시키기 위하여 우리는 모든 인간형 로봇 플랫폼에 결합이 가능하고, 구조화되지 않은 환경에서 운영할 수 있는 능력을 증진시킬 수 있는 스마트 지팡이의 개발을 제안하였다"고 오사마 카팁과 슈윤 청이 말했다.
저자들은 로봇을 어떻게 관리할 것인가를 설명하였다. 로봇은 충분한 수준의 자율성을 가질 것이지만, 혼자 힘으로는 단독으로 행동할 수 없을 것이다. "인간 조작자는 햅틱 피드백으로 3차원 시각 정보를 수신하여 제어 루프 안에 있을 것이다. 로봇 몸통과 로봇 팔의 일부가 아마도 환경과 접촉하는 동안에 인간 조작자가 이 로봇 팔로 능란한 조작 운동을 수행하기 위하여 양손 햅틱 인터페이스(bimanual haptic interface)가 도입되었다. 인간 조작자는 양손 햅틱 인터페이스를 이용하여 조작 임무를 수행하는 동안 로봇 팔에 작용하는 외력을 물리적으로 느끼고, 이동하는 동안에 직관적인 햅틱 피드백을 얻을 수 있다"고 오사마 카팁과 슈윤 청이 설명하였다.
걷도록 설계된 보행 로봇의 경우 현재까지 최고의 보행 로봇이라도 걸음마를 배우는 아이 수준 정도에 불과하다고 미국 전기전자 기술자 협회(IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers)가 발행하는 잡지(잡지명: IEEE Spectrum)에서 이반 액커만(Evan Ackerman)이 보행 로봇의 기술적 진보 상황을 요약하였다.
"보행 로봇의 일부는 평탄한 지형에서 그렇게 나쁘지 않다. 그러나 미국 국방부(Department of Defense) 산하 방위 고등 연구 계획청(DARPA: Defense Advanced Research Projects Agency)의 로봇 챌린지 시험(Robotics Challenge Trials)에서 우리가 목격한 바와 같이 울퉁불퉁하고 다양한 지형에서는 대단히 어렵다. 이러한 환경에서는 이동하고 균형을 유지하는 물리적 능력을 요구할 뿐만 아니라 어떠한 길을 따라가고, 어디에 발을 디딜 것인가를 알 수 있는 인식 능력도 필요하다"고 이반 액커만이 설명하였다.
* 자료 - KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』
