KAIST, 스스로 물체 집고 걷는 '실시간 프로그래밍 로봇 시트' 개발

로봇 설계에서 직관적이면서 효율적인 형상 변형 메커니즘으로 활용되는 접힘 구조는 우주·항공 로봇, 유연 로봇, 접이식 그리퍼(손) 등에 응용되는데, 접는 위치나 방향이 사전에 고정돼 환경·작업이 바뀔 때마다 새로 구조를 설계·제작해야 했다.

이런 가운데 한국 연구진이 현장에 따라 실시간 프로그래밍하는 '접이식 로봇 시트 기술'을 개발, 로봇 형태 변화 능력을 획기적으로 향상시켰다. 로봇 공학 분야에 새로운 가능성을 열어줄 전망이다.

한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 김정·박인규 기계공학과 교수팀이 형상을 실시간 프로그래밍할 수 있는 로봇 시트 원천 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.

접힘 위치, 방향의 실시간 재설정을 통한 형상 프로그래밍 로봇 종이 개요

이번 기술은 '필드 프로그래밍'이라는 개념을 접이식 구조에 도입한 사례다. '접힘을 어디서, 어느 방향으로, 얼마나 크게 할지'라는 사용자 명령을 소재 형상에 실시간 반영할 수 있는 소재 기술 및 프로그래밍 방법론을 통합 제안했다.

해당 로봇 시트는 얇고 유연한 고분자 기판 내에 미세 금속 저항 네트워크가 내장된 얇고 유연한 형태의 로봇이다. 각 금속 저항이 히터이자 온도 센서 역할을 동시에 수행한다. 별도 외부 장치 없이도 시트 접힘 상태를 실시간 감지하고 제어한다.

또 유전 알고리즘 및 심층 신경망을 결합한 소프트웨어(SW)로 사용자가 원하는 접힘 위치와 방향, 강도를 SW적으로 입력하면, 스스로 가열·냉각을 반복하며 정확한 형상을 만들어낸다.

특히 온도 분포에 대한 '폐루프 제어'를 적용해 실시간 접힘 정밀성을 향상하고, 환경 변화 영향을 보정했으며, 열 변형 기반 접힘 기술이 지닌 느린 반응 속도도 개선했다.

단일 로봇 종이로부터 유도되는 다양한 형상 변형 및 이의 활용 예시

이런 형상 실시간 프로그래밍은 복잡한 하드웨어(HW) 재설계 없이도 다양한 로봇 기능성을 즉석에서 구현할 수 있게 했다는 데 의미가 있다.

실제로 연구팀은 단일 소재로 다양한 물체 형상에 맞춰 어떻게 잡을지 결정하는 파지 전략을 바꿔가며 적용할 수 있는 적응형 로봇 그리퍼를 구현했고, 동일한 로봇 시트를 바닥에 둬 보행하거나 기어가게 하는 등 생체 모방적 이동 전략을 선보였다. 환경 적응형 자율 로봇으로의 확장 가능성도 제시했다.

김정 교수는 “형상 자체가 지능이 되는 '형상 지능' 구현에 한 걸음 다가간 사례”라며 “재난 현장 대응 로봇, 맞춤형 의료 보조기기, 우주 탐사 장비 등 다양한 분야에 응용될 차세대 피지컬 인공지능(AI) 플랫폼으로 발전시킬 계획”이라고 말했다.

박현규 KAIST 박사(현 삼성전자 삼성종합기술원)와 정용록 경북대 교수가 공동 제1 저자인 이번 연구는 네이처 커뮤니케이션즈 온라인판에 출판됐다.

김영준 기자 kyj85@etnews.com

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