영국 맨체스터대, 사람처럼 걷는 보행 로봇 연구...어떻게?

▲ 영국 맨체스터대 신문은 이 대학 연구팀이 로봇 연구에 심리학 이론을 적용, 로봇을 인간처럼 걷도록 하는데 진일보한 성과를 거뒀다고 보도했다. (사진=맨체스터대) ​ 로봇이 점점더 인간처럼 걷는 방향을 향해 나아간다. 배경에는 인간의 심리학 이론을 로봇에 적용해 걷는 방식을 개선하려는 연구팀의 노력이 있다. ​ ​영국 맨체스터대 신문은 이 대학 연구팀이 심리학 이론을 로봇 연구에 적용함으로써 로봇의 걸음걸이를 인간과 유사하게 만드는 데 진전을 보였다고 보도했다. 이 같은 성과를 보여주는 임상 심리학자·로봇 엔지니어·로봇 기업가 사이의 독특한 협업 연구 결과를 보여주는 연구 논문은 지난 4일자 ‘지능·로보틱 시스템 저널(Journal of Intelligent and Robotic Systems)’에 실렸다. ​ 연구팀은 레고로 만들어진 단순한 ‘자기 균형 조정’ 로봇을 구동하는 표준 알고리즘이 ‘지각 제어 이론(perceptual control theory·PCT)에 기초한 표준알고리즘으로 대체됐을 때 어떤 일이 생기는지 분석했다. ​ ​이 심리학 이론은 이 작은 안드로이드 로봇 내부에 암호화돼 탑재됐으며, 로봇이 감지한 것을 통제해 사람이나 다른 동물들처럼 보다 효율적으로 움직일 수 있게 해 준다. 이 이론은 심리치료·교육·육아 개입 등에 폭넓게 사용돼 오고 있다. 지각제어이론(PCT) 실험 결과는 유기체가 그 자신의 행동이나 외부 환경 변수를 통제하는 것이 아니라 그 변수에 대한 자신의 인식을 통제한다는 것을 증명해 보인다. 여기에서는 행동들이 통제되지 않으며, 이 행동들은 예측할 수 없는 환경적 혼란이 통제된 인식에 미치는 영향을 취소시키기 위해 다양하게 바뀐다. 비록 연구에 사용된 로봇은 두 바퀴로 움직이지만, 우리가 걸을 때 우리 몸을 똑바로 서 있게 해주는 것과 비슷한 방식으로 민첩하게 균형을 맞춰줘야 하는 ‘역(逆)진자(inverted pendulum)’를 필요로 한다. 이는 로봇이 균형을 더 잘 맞출수록 사람과 유사하게 걷도록 해 주는 셈이 된다. ​ ​이 연구에서는 더 생명체와 닮은 로봇이 초당 최소 100번 이상 환경을 평가함으로써 경쟁자들보다 더 정확하고, 더 신속하고, 더 효율적으로 로봇의 몸체 균형을 이루었다. 이 로봇은 또한 옆에서 찌르는 등의 방해를 받았을 때에도 경쟁자에 비해 훨씬 더 효율적으로 새로운 장소로 이동했다. 원래 사용되던 엔지니어링 알고리즘을 로봇에 프로그래밍했을 때 불안하고 지나치게 요동친 것과 대비되는 개선된 모습이다. ​ 이 새로운 연구는 세 개의 다른 소프트웨어(SW) 컨트롤러로 프로그래밍되고 조정된 똑같은 역진자 로봇을 비교하는 방식으로 이뤄졌다. 워런 맨셀 박사는 “로봇들은 아직 스타워즈나 블레이드 러너 같은 공상과학(SF) 영화 히트작에 맞먹지 못하며 아무도 두 발로 걷는 것을 터득하지 못했다. 그러나 이 이론의 사용은 로봇을 정말로 좀 더 생명체같은 기계로 바꾸는 것을 가능케 할 수 있다”고 말했다. ​ ​이들 가운데 두가지는 엔지니어들이 최신 로봇을 만들기 위해 널리 사용하는 비례제어장치와 LQR(선형 2차조절장치)이다. 세 번째로 들어간 지각 제어 이론은 원래 공학에서 파생됐지만 로봇이 ‘원하는 입력’이나 로봇의 ‘니즈’를 구체화하면서 ‘내부자의 관점’을 취하게 해 준다. ​ ​맨체스터대 임상심리학과 강사인 워런 맨셀 박사는 “이는 초기 작업이긴 하지만 정신 건강 문제를 가진 사람들을 돕기 위해 사용된 과학 이론이 엔지니어들이 인공지능(AI) 장치의 디자인을 개선하는 데 실제로 어떤 도움을 줄지 지켜보는 것은 감질난다”고 말했다. 그는 “로봇은 아직 ‘스타워즈’나 ‘블레이드 러너’ 같은 공상과학(SF) 영화 히트작에 나오는 로봇들과 맞먹는 수준에 이르지 못했고 아무도 두 발로 걷는 것을 터득하지 못했다”면서도 “하지만 이 이론의 적용을 통해 로봇이 좀 더 실체 생명체같은 기계로 변신하게 할 수 있을 것이다”라고 강조했다. ​ ​맨체스터대 로봇 시스템 수석 강사인 사이먼 왓슨 박사는 “자연은 우리가 알고 있는 가장 복잡한 기계를 개발했기 때문에 그것으로부터 영감을 받은 알고리즘을 구현하는 것은 우리 자신의 창조적 개발 능력에 있어 중요한 단계”라고 말했다. 이 로봇을 만들어 실험한 토머스 존슨 박사과정은 “이 연구는 지각 제어 이론으로 로봇을 조종해 성공할 수 있다는 것을 입증했다. 이 논문은 로봇 엔지니어들이 어떻게 살아 있는 세계에서 영감을 찾을 수 있는지를 보여주는 것이다”라고 말했다. ​ 컴퓨터 기술학자인 루퍼트 영 박사는 “이번 연구는 로봇 시스템을 어떻게 만들지에 대한 근본적으로 새로운 이해 방법을 엿볼 수 있게 해준다. 이 로봇 시스템은 혼란스럽고 예측할 수 없는 실제세계의 본성에도 역동적이고 적응력이 있다. 이 패러다임은 우아하고 자연스러운 접근법에 기초해 훨씬 더 정교하고 자율적인 로봇을 개발하겠다는 약속을 지키게 해 준다”고 말했다.

이성원  sungwonly09@gmail.com

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