카이스트 로봇 ‘라이보’…벽·계단 타고 고속 보행도 ‘거뜬’

황보제민 교수팀, 고속 내비게이션 프레임워크 개발
불연속적 지형에서 최대 초당 4m 보행 가능 입증해

ⓒ뉴시스

한국과학기술원(KAIST·카이스트)이 개발한 사족보행 로봇 ‘라이보(Raibo)’가 계단이나 틈, 벽, 잔해 같은 복잡한 지형에서 고속으로 이동할 수 있게 됐다.

라이보는 재난현장 탐색이나 산악수색 등 악조건 속에서 사람을 대신해 임무수행이 가능해졌다.

카이스트는 기계공학과 황보제민 교수팀이 벽, 계단, 징검다리 등 불연속적이고 복잡한 지형에서도 시속 14.4㎞(4㎧)의 고속보행이 가능한 사족 보행로봇 내비게이션 프레임워크를 개발했다고 3일 밝혔다.

이 기술이 핵심은 디딤위치(foothold)를 계획하는 플래너(planner)와 계획된 발 디딤위치를 정확히 따라가는 트래커(tracker)다.

플래너 모듈은 신경망 기반 휴리스틱을 활용한 샘플링 기반 최적화 방식을 통해 물리적으로 가능한 발 디딤위치를 빠르게 탐색하고 시뮬레이션 롤아웃으로 최적 경로를 검증한다.

기존 방식들이 발 디딤위치 외에도 접촉시점, 로봇자세 등 다양한 요소를 함께 고려한 반면 이번 연구에서는 발 디딤위치만을 탐색공간으로 설정해 계산 복잡도를 크게 낮췄다.

특히 고양이 보행방식에서 착안해 앞발이 밟았던 곳을 뒷발이 디디는 구조를 도입, 계산 복잡도를 크게 줄였다.

트래커 모듈은 계획된 위치에 정확히 발을 디딜 수 있도록 학습된다. 트래킹 학습은 적절한 난이도의 환경에서 경쟁적으로 이뤄진진 생성모델을 통해 진행된다.

트래커는 로봇이 계획된 위치에 정확하게 발을 디딜 수 있도록 강화학습을 통해 학습되며 맵 생성기(map generator)모델이 목표 분포를 제공한다.

이 생성 모델과 트래커는 경쟁적으로 동시학습이 이뤄져 점진적으로 어려운 난이도에 적응할 수 있도록 설계됐다.

해당 기술은 카이스트가 자체 개발 로봇 ‘라이보(Raibo)’에 탑재돼 ▲수직 벽 달리기 ▲1.3m 폭 점프 ▲징검다리 위 4㎧ 주행 ▲경사·계단·장애물 복합지형 자율주행 등을 성공적으로 수행해 현저한 기동성과 안정성을 입증했다.

이번 연구 성과는 국제 학술지 사이언스 로보틱스(Science Robotics)에 지난달 게재됐다.(논문명:High- speed control and navigation for quadrupedal robots on complex and discrete terrain)

황보 교수는 “큰 계산량을 요구하던 불연속 지형에서의 고속 네비게이션 문제를 발자국의 위치 선정이란 간단한 관점에서 접근, 앞발이 디딘 곳을 뒷발이 딛도록 해 계산량을 획기적으로 줄일 수 있었다”며 “보행로봇이 극복할 수 있는 불연속 지형 범위를 획기적으로 넓히고 고속으로 주행할 수 있어 재난현장 탐색이나 산악수색 등 실제임무를 수행하는 데 기여할 것”이라고 말했다.

[대전=뉴시스]