KAIST, 사족보행 로봇 세계 대회서 우승

KAIST의 자율보행 로봇이 MIT나 카네기멜론대 등 세계적인 라이벌들을 압도적인 차이로 누르고 국제대회에서 우승을 차지했다.

한국과학기술원(KAIST, 총장 이광형)은 전기및전자공학부 명현 교수 연구팀(미래도시 로봇 연구실)이 지난달 29일부터 2일까지 영국 런던에서 열린 로봇 분야 최대 규모 학술대회인 '2023 국제 로봇 및 자동화 학술대회(IEEE ICRA)'의 사족로봇 자율보행 경진대회(QRC)에서 큰 점수 차로 1위를 차지했다고 6일 밝혔다.

KAIST 팀은 독자적으로 개발한 단위 기술들을 체계적으로 통합 및 최적화한 로봇 '드림워커'로, 미국과 홍콩, 이탈리아, 프랑스 등 11개 팀이 참여하고 7개의 팀이 본선에 진출한 QRC에서 자율보행을 선보였다.

최종 6개의 팀이 참여한 결승전에서 총점 246점을 거뒀다. 이는 60점을 획득한 2위 메사추세츠 공과대학교(MIT)의 4배 이상으로, 3위는 카네기멜론 대학교가 차지했다. MIT는 최근 축구공을 몰고 다니는 '드리블봇'으로 큰 화제를 모았던 팀이며, 카네기멜론대 역시 평행봉 위에서 균형을 잡는 로봇으로 주목받았다.

KAIST 팀은 소형 사족 보행 로봇을 사용했지만, 가장 빠른 움직임으로 최고점을 따냈다. 결승전에서 원격 수동 조작을 위주로 한 팀들이 평균 약 49분의 완주 시간을 기록한 반면, KAIST 팀은 자율 보행 위주로 41분52초의 완주 시간을 기록했다. 2위 MIT는 원격조작으로 45분32초를 찍었다. 

연구팀은 2000만원 상당의 보행 로봇을 받았고, 300만원 상당의 보조금도 받을 예정이다.

로봇은 조종기 조작을 통해 쉽게 조종할 수 있지만, 가시거리를 벗어나면 별도의 통신을 통해 수신한 센서 정보를 이용해 로봇의 상태를 추측하며 조종해야 한다. 하지만 통신 지연이나 두절로 인해 센서 정보 취득이 원활하지 못한 경우가 발생할 수 있고, 이럴 경우 제어가 어렵다는 단점이 존재한다.

이런 문제점을 해결해 주는 것이 자율보행 기술이다. 자율보행 시스템 구축을 위해서는 제어기뿐 아니라 로봇 위치와 주변 환경을 추정하는 기술, 이동 경로를 계획하는 기술 개발도 함께 요구된다. 이런 여러 단위 기술들의 개발이 필수적이기 때문에 세계적으로도 완성도 높은 자율보행 기술을 확보한 연구팀은 손에 꼽힐 정도이다. 

KAIST 연구팀은 다양한 환경에서의 자율보행을 위해 카메라와 3차원 라이다 센서, 관성 센서(IMU), 관절 센서로부터 획득한 정보를 융합해 사용했다. 많은 센서를 사용했음에도 불구하고 미니컴퓨터 1대에서 정확한 위치 추정과 주변 환경 인지, 경로 계획까지 실시간으로 진행하는 시스템을 구축했다. 

로봇 주변의 지형 지도를 작성하는 기술은 고가의 라이더 센서에만 의존하지 않고, 카메라로 대체했다. 추정한 로봇 위치의 주변 지형 지도를 작성하고, 이 지도를 활용해 안전한 지형을 스스로 판단해 보행할 수 있도록 적합한 경로를 계획했다. 이같은 '드림워크' 기술을 탑재한 로봇이 극복할 수 있는 최대 단차와 크기를 고려해 경로를 계획, 로봇이 넘어지는 상황은 최소화했다. 넘어질 경우에는 다시 일어나 임무를 수행할 수 있도록 강화학습 기반의 재회복 기술도 개발했다. 

명현 KAIST 교수는 “대회에서 사용한 제어기 '드림워크'뿐 아니라, 로봇 주변의 환경을 인지하고 적절한 경로를 찾을 수 있도록 하는 기술 모두 연구팀이 독자적으로 개발한 기술"이라며 "국내 로봇 산업 경쟁력 제고에 이바지할 것으로 기대한다”고 말했다.

한편 이번 연구는 산업통상자원부 로봇산업핵심기술개발 사업의 지원을 받아 수행했다.

임대준 기자 ydj@aitimes.com