사족보행 로봇이 다양한 환경에서 효과적으로 작동하려면 고성능 센서 시스템이 필수적이다. 이를 통해 로봇은 주변 장애물, 지형 변화, 그리고 자신이 처한 상황을 실시간으로 인식할 수 있다. 그렇다면 사족보행 로봇의 센서 시스템을 설계할 때 어떤 센서들을 포함하고, 어떻게 배치해야 최적의 성능을 낼 수 있을지 궁금하다.
사족보행 로봇은 전통적인 바퀴형 로봇보다 지형 적응 능력이 뛰어나며, 사람이나 장비가 접근하기 어려운 환경에서도 활용될 수 있다. 의료 분야에서는 이동이 제한된 환자를 돕거나, 재난 상황에서는 구조작업을 수행할 수 있다. 그렇다면 이외에도 어떤 분야까지 사족보행 로봇이 적용되어 도움이 될 수 있을까?
사족보행 로봇이 사람이나 반려동물과 같은 생명체가 있는 환경에서 작동할 경우, 상호작용이 매끄럽지 않으면 문제를 일으킬 수 있습니다. 로봇이 사람의 이동을 방해하거나 동물이 로봇을 경계하는 상황이 발생할 수 있습니다. 따라서 로봇이 사람과 동물의 행동을 예측하고 그에 맞게 반응하는 것이 중요합니다. 이런 상황에서 발생할 수 있는 문제와, 그에 대한 해결방법이 궁금해 질문하게 되었습니다.
사족보행 로봇은 기본적으로 이족 보행인 인간과는 다른 구조를 가지고 있다. 따라서 인간이 수행하기 어려운 작업들 중 더 효과적으로 수행할 수 있는 작업이 있을 것이라고 생각한다. 그런 상황에는 어떤 것이 있을까? 그리고 해당 상황에 더 적절하게 대응하기 위해서는 어떤 기술이 더 발전해야 할까?
인간을 2족 보행으로 걷는다.
대체로 모든 동물은 (개, 고라니, 고양이, 토끼, 원숭이, 코끼리, ...) 4족 보행을 하도록 진화하였다.
거의 모든 곤충은 6족 보행한다.
게, 거미는 8족 보행한다.
그럼 앞으로 더 안정적이고 신속한 움직임을 구현하기 위해선 4족 보행이 맞을까? 우리에게 친숙하다고 해서 옳은 것은 아니다. 사실 세상에서 가장 안정적인 구조 중 하나인 트러스 구조처럼 삼각형의 모형으로부터 따온 3족보행이 더 안정적일지도 모른다. 아니면 다리가 많을수록 좋다면 지네와 같은 로봇을 구현하면 되고, 아니면 아예 다리를 없애버리고 다른 원동력으로 이동하도록 하면 된다. (KAIST의 Vine Robot이 대표적인 예이다.)
그러면 우리는 왜 '사족보행'로봇 기술에 관심을 가져야 하는지 궁금하다.
진화론적 관점에서 보면, 생물의 신체 구조와 행동 방식은 생존과 번식을 최적화하기 위한 적응의 결과다. 사족보행은 안정성과 속도 면에서 이점이 많은 방식이다. 그러나 인간은 진화 과정에서 사족보행 대신 이족보행을 선택하게 되었으며, 이는 인류 역사에서 매우 중요한 변화였다. 이족보행은 두 손을 자유롭게 하여 도구 사용, 물건 운반, 더 넓은 시야 확보 등 여러 장점을 제공했지만, 동시에 척추 문제 등 몇 가지 신체적 단점을 동반하기도 했다. 따라서 인간이 이족보행으로 전환한 이유를 구체적으로 탐구하는 것은 인간 진화와 관련된 질문이다.
사족보행이 안정성이나 속도 면에서 이점이 있음에도 불구하고, 인간은 이족보행을 선택했다. 이족보행이 제공하는 주요 장점은 무엇일까? 예를 들어, 두 손을 자유롭게 사용하게 되면서 생긴 도구 사용의 발전이나, 더 넓은 시야를 통해 포식자나 먹이를 더 잘 감지할 수 있는 능력 등이 있을 수 있다. 또한, 이족보행이 인간 사회의 형성이나 문화적 진화에 미친 영향은 무엇일까? 이와 더불어, 이족보행이 인간 신체에 미친 부정적 영향, 예를 들어 척추와 관절의 문제 등은 어떻게 보완되었는지도 고려할 만한 주제라고 생각한다.
내가 알고있는 보행 로봇은 다리가 2개인 휴머노이드, 다리가 3개인 스트라이더, 다리가 4개인 4족보행 로봇이 있다. 로봇이 바퀴가 아닌 다리를 사용한다는 것은 그만큼 사람과 비슷한 영역에서 활동할 수 있음을 나타낸 것이 아닌가 하는 생각이 들었다. 따라서 로봇 다리 개수도 이와 관련이 있을 것이라는 생각이 들었다. 다리가 2개면 서비스 직, 3개이면 예술이나 미술쪽 로봇으로, 4개는 산업이나 공업, 구조 등에 쓰이는 등 적성에 따라 로봇의 활용이 달라질 때 다리의 개수가 중요한 역할을 하는지 궁금하다.
전기및전자공학부 명현 교수 연구팀(미래도시 로봇 연구실)이 ‘23. 5. 29 ~ 6.2 영국 런던에서 개최된 로봇 분야 최대 규모 학술대회인 2023 국제 로봇 및 자동화 학술대회(IEEE International Conference on Robotics and Automation, ICRA)에서 주최한 사족로봇 자율보행 경진대회(Quadruped Robot Challenge, QRC)에서 현지 시간 6월 1일 압도적인 점수 차를 보이며 우승을 했다.
그 이유를 살펴보면, 다른 팀은수동조정으로 이는 조종자가 조종기 조작을 통해 로봇을 쉽게 조종할 수 있지만, 로봇이 가시거리를 벗어나면 별도의 통신을 통해 수신된 센서 정보를 이용해 로봇의 상태를 사람이 추측하며 로봇을 조종해야 한다. 하지만, 통신 지연이나 두절로 인해 센서 정보 취득이 원활하지 못한 경우가 발생할 수 있고, 이럴 경우 제어가 어렵다는 단점이 존재했기 때문이다.
이런 단점을 극복한 자율보행이 가능한 로봇은 생활 속 장애를 겪고 있는 사람들에게, 또는 군사적으로, 구조영역, 탐사 영역에서도 활용하여 획기적인 발명으로도 가능할 듯하다.
이에 대해 우리는 자율보행로봇을 우리생활에 어떻게 활용가능할지 이야기 나눠보고 싶다.
본인이 생각한 질문의 배경(이유)