美 펜실베이니아대 연구팀, 전파 활용해 초인적인 로봇 비전 구현한다

 

 

 

▲ 펜실베이니아대 연구팀이 파노레이더를 테스트하고 있다.

 

美펜실베이니아대 연구팀이 간단한 전파를 활용해 주변 환경에 대한 상세한 3D비전 정보를 제공할수 있는 기술을 개발했다고 12일 밝혔다. 이번에 개발한 ‘파노레이더(PanoRadar)’ 기술을 로봇에 적용하면 초인적인 시각을 갖춘 로봇을 구현할 수 있다.

 

연구팀에 따르면, 과학자들은 악천후나 혹독한 환경에서도 작동하는 강력한 로봇 인식시스템을 개발하기위해 오랫동안 카메라나 라이다 등 빛 기반의 비전 센서 개발에 주력해왔다. 이 같은 빛 기반의 비전 센서는 짙은 연기나 안개 속에선 제대로 작동하지 않는 한계를 지니고 있다.

 

그러나 동물의 세계를 살펴보면, 유기체의 시력이 '빛의 한계' 때문에 제한될 필요가 없다는 점을 잘 보여주고 있다. 많은 유기체들이 빛에 의존하지 않고도 주변 환경을 인식하는 방법을 발전시켜왔다. 박쥐는 음파의 메아리를 이용해 주변 환경을 인식할 수 있으며, 상어는 먹잇감의 움직임으로부터 전기장을 감지해 사냥 활동을 할 수 있다.

 

파장이 광파보다 훨씬 긴 전파(radio wave)는 연기와 안개를 더 잘 투과할 수 있으며, 인간의 시야를 뛰어넘어 특정 물질을 볼 수도 있다. 하지만 로봇은 전통적으로 악조건에선 정상적으로 동작하지 않는 제한적인 성능의 도구 상자(레이더, 라이다 등)에 의존해왔다.

 

 

 

▲ 파노레이더

 

이번에 연구팀이 개발한 파노레이더는 전체 바다 수평선을 스캔하는 등대처럼 동작한다. 이 시스템은 주변을 스캔하는 회전형 수직 안테나들의 배열로 구성돼 있다. 안테나는 회전하면서 전파를 보내고, 등대의 빔이 선박과 해안 지형의 모습을 드러내는 것처럼, 주변 환경으로부터 반사되는 전파를 수신해 이미지를 생성한다.

 

파노레이더는 전파와 인공지능(AI)을 활용해 연기로 가득 찬 건물이나 안개 낀 도로 등 도전적인 환경에서도 위치를 탐색할 수 있도록 지원한다. 이 센서는 고가의 라이다 시스템보다 훨씬 저렴하지만 ‘회전 전략(rotation strategy)'을 통해 조밀한 가상의 측정 배열을 생성하면서 라이다에 필적하는 이미지 해상도를 달성할 수 있도록 지원한다.

 

AI의 힘 덕분에 파노레이더는 단순한 스캔 전략을 뛰어넘는다. 회전하면서 서로 다른 영역을 간단히 비추는 등대와 달리, 파노레이더는 모든 회전 각도의 측정값을 지능적으로 결합하여 이미지의 해상도를 높인다는 것이다. 연구팀이 개발한 신호 처리 및 머신 러닝 알고리즘은 주변 환경에서 풍부한 3D 정보를 추출할 수 있도록 해준다.

 

연구팀은 "여러 건물에서 현장 테스트를 실시한 결과 파노레이더 시스템은 연기속에서도 정확하게 추적 상태를 유지하며, 유리 벽이 있는 공간도 매핑할 수도 있다“고 말했다. 전파는 공기 중 입자에 의해 쉽게 차단되지 않으며, 이 시스템은 유리 표면처럼 라이다가 할 수 없는 것을 포착할 수 있다는 것이다.

 

연구팀은 앞으로 파노레이더와 카메라 및 라이다 등 다른 감지 기술을 함께 작동하여 로봇을 위한 보다 강력한 다중 모드 인식 시스템을 만들겠다는 구상이다. 또한 다양한 로봇 플랫폼과 자율 주행 차량 등에서도 테스트를 진행할 계획이다.

 

한편 연구팀은 ’2024 모바일 컴퓨팅 및 네트워킹 국제 컨퍼런스(MobiCom)‘에서 이번 연구 성과를 소개할 예정이다.

 

장길수 ksjang@irobotnews.com

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