치타 (로봇)

치타는 네 발 짐승 중에서 치타의 움직임을 모방한 네 발 로봇으로, 시간당 빠른 속도로 달릴 수 있는 로봇이다. 2012년에 보스턴 다이내믹스와 매사추세츠 공과대학교(MIT) 연구팀이 치타 로봇을 공개하였으며, 2014년에는 김상배 교수 등으로 이루어진 매사추세츠 공과대학교(MIT) 기계공학과 로봇 연구팀이 치타 2 를 공개했다.

개요

치타 로봇은 미국방고등기술연구원(DARPA 다르파)와 보스턴 다이내믹스가 공동 개발하였다. 2012년 9월 지구상에서 가장 빠른 치타 로봇을 동영상과 함께 소개했으며, 실제로 이 로봇은 지난 1989년 이래 깨지지 않던 로봇의 달리기 최고속도 기록을 갱신했다. 또한 2012년 매사추세츠 공과대학교(MIT) 로봇 연구팀에서도 치타 영상을 공개 했다. 2014년에 매사추세츠 공과대학교(MIT) 로봇 연구팀이 개발한 치타 로봇은 2012년과는 달리 점프 능력을 가지고 있었으며, 로봇에 연결하던 끈도 사라졌다. 2014년에 공개한 유튜브 영상에서 치타는 매사추세츠 공과대학교(MIT) 내 잔디 광장을 질주하는 모습을 보여준다. 이 로봇은 전기모터를 사용한게 특징이다. 이 치타는 치타 2 라고 불리며, 장애물을 뛰어넘고, 시간당 빠른 속도로 달릴 수 있는 로봇이다. 김상배 교수 등으로 이뤄진 매사추세츠 공과대학교(MIT) 기계공학과 로봇 연구팀은 자체 개발한 4족 '치타' 로봇에 장애물이 나타나면 스스로 뛰어넘을 수 있는 점핑 능력을 부여하여, 관련 동영상을 유튜브에 공개했다. 치타 2는 시속 5마일의 속도로 달리다 돌출적으로 등장하는 18인치(45cm) 높이의 장애물을 뛰어 넘을 수 있다. 자신의 신장의 절반에 가까운 높이를 뛴다. 기존의 로봇들에 비해서 역동적인 움직임이 가능하고 기계가 움직일 때 발생하는 소음이 거의 없다는 특징을 지니고 있다.전의 주행 로봇은 일반적으로 가솔린 모터를 동력으로 활용했었다. 김상배 교수는 MIT뉴스와의 인터뷰에서 “이번에 개발된 로봇은 전기 모터를 사용, 기존의 주행 로봇 보다 조용하고 동물처럼 효율적으로 동작한다”고 소개했다. 현재 시간당 10마일의 속도로 주행하지만 현재 버전 하에서도 최대 30마일의 속도로 달릴 수 있다고 말했다. 보스턴 다이내믹스가 2012년 개발한 치타 로봇은 시간당 28.3 마일의 속도로 주행할 수 있었다.

2014년에 개발된 매사추세츠 공과대학교(MIT) 치타 로봇은 점핑 능력을 갖췄고 최대 시간당 30마일까지 달릴 수 있다는 점에서 기술적 진전을 이룬 것으로 평가되었다. 2017년 매사추세츠 공과대학교(MIT) '생체모방 로봇연구소(Biomimetic Robotics Laboratory)' 김상배 교수팀은 아이티(IT)전문 매체 ‘테크크런치’가 주최한 ‘TC 세션:로보틱스 인 캠브리지, 매사추세츠“ 행사에서 ’치타 3(Cheetah 3)‘를 공개했다. 치타 3은 90파운드로 기존 치타보다 가볍게 설계됐으며, 아마존의 에코 닷(Echo Dot)을 탑재, 인공지능 알렉사를 이용해 음성으로 명령을 내릴 수 있다. 주행 속도는 시속 30마일에 달한다. 김상배 교수는 테크 크런치와의 인터뷰에서 치타 3의 로봇 철학이 변화했다고 소개했다. “우리의 비전은 후쿠시마 원전 사고 현장과 같은 실제 재난 현장에서 사람대신 로봇이 들어가 수색과 구조 활동을 펼치는 것” 이라고 말했다. 치타 3를 실제 재난 구조 업무에 투입할 수 있을 정도로 기술 수준을 향상시키겠다는 목표를 구체적으로 밝혔다. 치타 로봇은 4개의 다리를 갖고 있기 때문에 바퀴 로봇이 가지 못하는 계단으로 오르내리고 장애물을 뛰어넘는 게 가능하다. 치타 3는 12개의 관절을 갖고 있어 기존의 로봇 보다 부드럽게 움직이며 유압식이 아니라 전기 모터를 채택하고 있다. 무게가 가벼워졌기 때문에 에너지 효율성이 크게 개선됐다.

역사

치타

보스턴 다이내믹스

치타 로봇은 미국방고등기술연구원(DARPA 다르파)와 보스턴 다이내믹스가 공동 개발하였다. 2012년 9월 지구상에서 가장 빠른 치타 로봇을 동영상과 함께 소개했으며, 실제로 이 로봇은 지난 1989년 이래 깨지지 않던 로봇의 달리기 최고속도 기록을 갱신했다. 치타는 이전에 만들어진 달리는 4족 로봇 알파독은 빠르기를 훨씬 앞지른다. 이 치타로봇의 시속 29km 달리기 속도는 지난 1989년 기록한 로봇의 최고 달리기 속도인 시속 21km를 깬 것이다.다르파는 연구소내 주행 실험을 통해 다양한 속도로 달리는 치타의 모습을 촬영해 동영상으로도 공개했다. 치타로봇을 설계한 엔지니어는 실제로 빠르게 달리는 치타의 움직임을 패턴화해서 이 로봇을 만들었다고 설명했다. 그는 실제 치타처럼 로봇의 척추를 구부렸다 폈다하는 동작을 반복하도록 설계함으로써 이 네발 달린 짐승 로봇의 보폭을 늘리고 달리기 속도를 높였다고 설명했다. 치타는 다르파가 로봇의 능력을 향상시키는 이른바 최고운동조작(Maximum Mobility and Manipulation,M3)프로그램의 일환으로 진행되는 연구개발사업이다.

매사추세츠 공과대학교(MIT)

2009년 매사추세츠 공과대학교(MIT) 로봇 연구팀은 치타 로봇 프로젝트를 발표 했다. 몇 년 후 그것의 진척상황에 대한 몇 가지 세부사항들이 등장했고, 마침내 2012년 7월에 그 연구소는 그 로봇이 유튜브에 공개되었다. 그 속도는 세계에서 두 번째로 빨랐으며, 보스턴 다이내믹스의 치타에게만 당할 정도였다. 시속 22km로 달리는 것을 보여 주었다. 매사추세츠 공과대학교(MIT)의 치타는 1989년 레그 연구소에서 개발한 플라나 바이펫(Planar Biped)을 3위로 떨어뜨렸다. 플라나 바이펫의 기록은 시속 21km였다. 이 때 치타는 외부 전원에 연결되어 있었지만 이미 온보드 배터리만으로 작동될 수 있을 정도로 에너지 효율이 높았다.

치타 2

2014년 매사추세츠 공과대학교(MIT)의 김상배 교수, 박혜원 연구원 등 로봇연구팀은 1피트 정도의 장애물을 뛰어넘고 시간당 최대 30마일 까지 속도를 낼 수 있는 치타 로봇을 개발했다고 밝혔다. 평균적으로 시간당 10마일의 속도는 무난하게 낼 수 있으며, 2012년과는 달리 점프 능력을 가지고 있었으며, 로봇에 연결하던 끈도 사라졌다. 2015년에 연구팀이 공개한 영상에서는 시속 5마일의 속도로 달리다 돌출적으로 등장하는 18인치(45cm) 높이의 장애물을 뛰어 넘었다. 단순히 다리를 이용해 달리는 것이 아닌 등뼈를 앞뒤로 이동시키면서 땅을 딛고 튀어 오르는 치타의 탄성력과 접지 능력을 알고리즘화해 적용시켰으며 기존 치타 로봇에 2D 레이저 거리 센서인 '라이더(Lidar)'를 장착, 장애물과의 거리와 높이를 측정하는 능력을 부여했다. 연구팀을 이끌고 있는 김상배 교수는 "점프를 하는 것은 매우 역동적인 움직임"이라며 로봇의 균형과 에너지를 관리하는게 중요했다"고 언급했다. 특히 착지시 충격을 관리하는 것이 핵심적인 기술이라고 소개했다. 영상에서 높이 90 cm 치타 로봇의 최대 속력은 시속 22 km이다. 달리는 중 장애물을 자동 인식해 최대 40 cm 높이의 장애물을 무서운 속도로 뛰어넘는다. 로봇이 장애물의 높이를 인식하고 정확한 타이밍에 점프, 지면에 착륙하기까지 걸리는 시간은 100밀리 초에 불과하다.

치타 3

매사추세츠 공과대학교(MIT) 김상배 교수팀이 2017년 비전 카메라나 환경 센서 없이도 계단을 오르고 주변을 걷거나 뛸 수 있는 4족 보행 로봇 ‘치타(Cheeta)3’을 공개했다. 치타 3의 무게는 40kg로 전보다 가볍게 설계됐으며, 아마존의 에코 닷을 탑재하고 인공지능 알렉사를 이용해 음성으로 명령을 내릴 수 있다. 주행 속도는 시속 30마일에 달한다. 김상배 교수는 “간혹 시각 정보는 오류 투성이고 부정확할 때가 있다”면서 “우리는 시각 정보 없이 촉각 정보에만 의존해 계단을 오르거나 예상치 못한 장애물을 피할 수 있는 기술을 개발했다”고 말했다. 개발한 기술을 ‘맹목적인 이동(blind locomotion)’이라고 표현했다. 치타 3는 기존에 발표됐던 치타 2와 달리 로봇이 준비 운동을 하는 것처럼 몸을 앞뒤로 움직이면서 스트레칭하거나 비트는 동작이 가능하다. 또 빠른 속도로 이동하고 계단을 오를 수 있다. 치타3는 접촉 감지 알고리즘으로 발을 바꿔야 할지, 아니면 그대로 디딜지 결정한다. 먼저 압력으로 물체의 강도를 감지한다. 딱딱한 땅이라면 발을 딛고 부서지기 쉬운 나뭇가지라면 발을 바꾸는 식이다. 또 자이로센서로 3차원 공간상의 위치를 감지하고 가속도 센서와 관절위치 센서로 몸이 어디로 기우는지 감지해 균형을 잡도록 한다. 갑작스러운 환경 변화에도 걸음걸이를 유지하고 넘어지지 않으며 센서로 현재 공간에서 자신의 몸이 어디에 있는지 감지한다. 그리고 스트레칭과 비틀기를 할 수 있도록 하드웨어가 변경 되었으며 2018년에 공개된 영상에서는 트레드밀에서 거침 없이 질주하고 바닥에 파편이 여러 개 있는 계단을 오르며, 누군가 몸을 잡아당겨서 중심을 잃어도 회복하고 다시 걷는다. 그리고 영상 후반에는 마치 강아지처럼 바닥에서 탁자 위로 뛰어오르는 모습을 보여줘서 시각 정보가 없더라도 안정적으로 움직인다는 것을 입증했다.

특징

동물형 생체모방 로봇

‘생체모방(Biomimetics)’이란 다양한 생물의 특성이나 구조 등을 모사한 기술을 뜻한다. 생명을 뜻하는 ‘바이오(Bio)’와 모사, 모방을 의미하는 ‘미메틱(mimetic)’라는 단어를 합성한 용어다. ‘생체모방 로봇(Biomimetric Robot)’은 인간이 가지고 있지 않는 자연의 생존력과 효율성, 장점 등을 로봇으로 구현한 것이다. 생체모방 로봇에는 동물들이 오랜 시간 축적해온 자신만의 ‘생존 비법’이 담겨있다고 할 수 있다. 생체모방 동물 로봇에 대표적인 동물은 바로 ‘뱀’이다. 뱀은 생체모방 로봇에 기본이 되는 동물이다. 물속을 자유롭게 이동하는 수륙양용 로봇이나 팔 형태의 로봇(robot arm) 등 뱀의 이동성을 모방한 뱀 로봇은 다양하다. 뱀 로봇은 갈라진 틈이나 좁은 길, 울퉁불퉁한 표면을 쉽게 이동할 수 있어 구조 대원이 진입하기 어려운 붕괴된 건물 안이나 파열된 상하수도 배관 등 재해 현장에서 활용할 수 있다. 멕시코시티에서는 2017년 지진 구조 현장에 뱀 로봇을 투입하기도 했다. 또한 가장 연구 개발이 활발한 분야 가운데 하나가 네 발 짐승의 움직임을 모방한 네 발 로봇이다. 안정적인 움직임을 구현하는 데는 네 발 구조가 유리하기 때문이다. 육상에서 가장 빠른 동물 치타의 움직임을 모방한 로봇도 그 중 하나이다. 치타는 육상에서 가장 빠른 동물로 통한다. 불과 몇초 안에 시속 100킬로미터에 가까운 속도를 낸다. 매사추세츠 공과대학교(MIT) 연구진은 치타가 두 앞발을 나란히 해 힘차게 땅을 내딛는 식으로 속도를 높이는 데 주목해, 이 방식을 활용한 기술 개발에 주력했다.

참고자료

• 로봇신문사, 〈MIT '치타' 로봇 이젠 점프도 한다〉, 《로봇신문》, 2015-05-31
• 김형원 기자, 〈MIT, 점프하고 시속 48킬로미터로 달리는 치타 로봇 개발〉, 《아이티조선》, 2014-09-16

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