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GPS 없이도 혼자 돌아다니는 로봇 나왔다

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GPS 없이도 혼자 돌아다니는 로봇 나왔다

2019.02.14 09:34
스테판 비올레 엑스마르세유대 교수 연구팀이 개발한 6족 보행로봇의 모습. 비올레 교수 연구팀 제공
스테판 비올레 엑스마르세유대 교수 연구팀이 개발한 6족 보행로봇의 모습. 비올레 교수 연구팀 제공

개미가 집을 찾아가는 전략을 그대로 도입한 보행로봇이 개발됐다. 다른 보행로봇과 달리 위치를 알려주는 GPS(위성위치확인시스템)과 같은 글로벌항법위성시스템(GNSS)을 쓰지 않고도 독립적으로 보행이 가능하다는 점에서 눈길을 끌고 있다. 
 

스테판 비올레 프랑스 엑스마르세유대 운동과학연구소 교수 연구팀은 사막개미가 집을 찾을 때 쓰는 항법시스템을 모사한 보행로봇을 개발해 효과적으로 움직이는 데 성공했다는 연구결과를 국제학술지 ‘사이언스 로보틱스’에 이달 13일 실었다.

 

사람은 길을 찾을 때 GPS를 기반으로 한 내비게이션에 의존한다. 대부분의 보행 로봇도 마찬가지다. GPS는 실내에서는 잘 동작하지 않는 경우가 있어 로봇의 이동에 제약이 된다. 특히 로봇은 갑작스레 지형이 바뀌는 재난 현장 혹은 사전정보를 알 수 없는 외계 행성 같은 미지의 환경을 돌아다니게 될 확률이 높다. GPS에 의존해서 로봇이 움직이기는 쉽지 않다.

 

이를 극복하려는 기술이 자율주행차의 핵심 기술이기도 한 ‘동시적 위치추정 및 지도 작성(SLAM)’ 기술이다. 로봇이 미지의 환경을 돌아다니면서 센서만으로 외부 도움 없이 지도를 작성하는 기술이다. 문제는 여기에 들어가는 동적 이미지 센서나 레이저 센서는 성능이 좋지만 가격이 상당히 비싸고 컴퓨터 계산이 많이 필요하다는 점이다.

 

연구팀은 사막개미가 먹이를 찾아 이리저리 헤메다가 집에는 최단거리로 돌아올 때 쓰는 두 가지 전략을 로봇에 도입했다. 하나는 빛이 진행할 때 전기장의 방향이 회전하는 성질인 편광으로 방향을 잡는 전략이다. 사막 개미는 여러 겹의 눈이 편광 필터처럼 작용하는데 이때 태양빛이 걸러지지 않고 들어오는 방향을 찾으면서 집의 방향을 잡는다. 북유럽의 바이킹들도 편광 암석을 통해 나침반처럼 방향을 측정해 항해하기도 했다.

 

두 번째로 걸음 수를 계산하는 방식인 ‘경로적분’을 활용했다. 보통 동물은 주변의 사물들을 인지하는 장소기억을 통해 방향을 잡지만 모래뿐인 사막에서는 쓸 수 없는 기술이다. 대신 사막개미는 방향과 걸음 수를 토대로 집까지의 방향과 거리를 정확하게 기억하고 있다가 집으로 돌아오는 전략을 택한다.

 

사막개미가 먹이를 찾을 때 움직인 경로(왼쪽 얇은 선)과 집으로 돌아올 때의 경로(왼쪽 굵은 선). 사막개미는 이리저리 돌아다니면서도 편광 방향분석과 경로적분을 통해 집으로 돌아가는 길을 계산해 최단 경로로 집으로 돌아간다. 연구팀은 이 항법을 로봇에 적용했더니 로봇도 마찬가지로 최단경로로 돌아옴을 확인했다. 비올레 교수 연구팀 제공
사막개미가 먹이를 찾을 때 움직인 경로(왼쪽 얇은 선)과 집으로 돌아올 때의 경로(왼쪽 굵은 선). 사막개미는 이리저리 돌아다니면서도 편광 방향분석과 경로적분을 통해 집으로 돌아가는 길을 계산해 최단 경로로 집으로 돌아간다. 연구팀은 이 항법을 로봇에 적용했더니 로봇도 마찬가지로 최단경로로 돌아옴을 확인했다. 비올레 교수 연구팀 제공

연구팀은 6개의 다리를 가진 2.3kg 무게의 보행 로봇에 편광필터 센서를 달고 걸음 수를 계산하도록 했다. 보행 로봇은 편광을 통해 0.4도 단위로 방향을 설정하고, 7m 거리를 갔다가 돌아오면서 1㎝의 정확도로 제자리로 돌아오는 데 성공했다. 연구팀은 흐린 날에도 편광필터가 빛을 통해 길을 찾는 데는 문제가 없었다고 덧붙였다.

 

비올레 교수는 “로봇이 야간에 움직이거나 장거리를 이동할 때에 관한 연구가 더 필요하다”면서도 “수만 유로가 드는 로봇의 이동 시스템을 수백 유로 수준의 단순한 센서로 구현한 것”이라고 말했다.

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