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렉스
렉스(RHex)는 자율 로봇 설계로 탐사 및 구조 로봇으로 사용된다. 작은 강아지만 한 크기에 곤충과 같은 6개의 다리가 있기 때문에 빠르게 움직이고 장애물과 계단을 넘을 수 있다. 렉스는 지진 후 사람을 찾는 것에 도움을 주고 화학공장 같은 위험한 지역의 사진도 찍는다. 사람이 갈 수 없는 곳을 갈 수 있어 사람을 안전하게 만드는 중요한 역할을 한다. 다양한 종류가 있으며 러거드 렉스(Rugged RHex), 아쿠아(Aqua), 에듀봇(EduBot) 및 디저트 렉스(Desert RHex) 등이 포함되어 있다. 렉스의 상용 버전은 보스턴 다이내믹스에서 구할 수 있다.
목차
개요
렉스(RHex)는 거친 지형에서의 이동을 위해 고안된 생물학적으로 영감받은 육각형 로봇이다. 이 로봇은 바위, 진흙, 모래, 눈 그리고 철로 위나 물에서도 이동할 수 있고 어떤 장애물이 있더라도 넘을 수 있다. 6개의 다리로 제자리를 점프하거나 장애물 피할 수 있고 6개의 다리가 서로 엇갈려 빠르게 이동한다. 이 로봇은 6개로 구성된 다리로 충격을 흡수하고 계단 등을 점프해 이동할 수 있는 특수한 능력을 발휘한다. 또한, 끊어진 다리를 건널 수 있는 이단 점프의 능력도 있다. 렉스는 원자력 발전소, 사막 등에서 살생한 인명을 구조하기 위해 개발한 것으로 알려졌다. 향후 렉스가 화성 등의 미지의 별 탐험에도 나설 수 있을지 기대된다. 최신 버전에는 러거드 렉스, 아쿠아, 에듀봇 및 디저트 렉스가 포함되어 있으며 상용 버전은 보스턴 다이내믹스에서 구할 수 있다.[1]
특징
처음의 렉스는 1999과 2001년 사이에 방위고등연구사업청(DARPA)이라는 컨소시엄에서 CBS/CBBS 프로그램을 통해 지원받아 만들어졌다. 방위고등연구사업청에는 미시간 앤아버 대학교, 맥길 대학교, 카네기 멜런 대학교, 캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스, 프린스턴 대학교, 코넬 대학교 등이 참여했다. 최신 버전에는 러거드 렉스, 아쿠아, 에듀봇 및 디저트 렉스가 포함되어 있으며 상용 버전은 보스턴 다이내믹스에서 구할 수 있다. 렉스는 프로젝트에서의 처음 개발을 통해 행동 반복에서 많은 역량을 습득했다. 이 로봇은 하나의 자율 로봇처럼 매우 다양한 행동을 할 수 있는 유일한 로봇이다. 이러한 성능은 생물학적 시스템 연구로부터 상당한 양의 영감을 받아 렉스를 설계의 기초는 여러 원리로 이어진다. 첫 번째로 바퀴나 트랙 대신 다리를 이용하면 많은 행동을 할 수 있다. 두 번째는 다리를 수동적으로 움직이게 하여서 작동 부족에 대한 한계를 극복하고 기계적 설계를 단순화하여 견고함을 준다. 마지막으로 곤충으로부터 영감을 받아 무질서하게 뻗은 자세는 측면 이동을 수동적으로 안정화한다.
프로젝트가 5년이 될 무렵에 렉스는 개방적인 행동을 수행할 수 있게 되었다. 초당 최대 2.25m/s로 평평하고 자연적인 지형에서 주행이 가능해졌고 넓은 계단과 최고 45도를 등반할 수 있게 되었다. 그리고 최대 20센티미터의 장애물을 넘을 수 있게 되었는데 이 장애물은 렉스의 다리 길이 간격의 약 2배 길이이다. 그리고 45분간 연속 주행이 가능하며, 효율적인 걸음걸이로 최대 3마일을 주행할 수 있다. 그리고 큰 바위 및 심하게 부서진 지형을 성공적으로 횡단할 수 있고 차체 방향을 회복하기 위한 몸 뒤집기도 가능하다. 마지막으로, 최대 30센티미터 폭의 도랑을 가로질러 도약할 수 있고 최대 150미터 거리에서 원격 제어가 지원될 수 있도록 개발하였다. 그 후에도 카메라와 다리에 스트레인 게이지를 부착해 안정적이고 자율적인 이동을 할 수 있게 하였다.[2]
렉스는 거친 지형에서 뛰어난 이동성을 가진 육면체 로봇으로 독립적으로 제어되는 다리는 거친 지형 위로 나아가는 특수 보행을 한다. 그래서 암석 지대, 진흙, 모래, 초목, 철로 및 계단 등을 지나다닐 수 있고 눈과 비와 같은 기상현상에도 문제없이 이동 가능하고 어떤 장애물이 있더라도 넘을 수 있다. 6개의 다리로 제자리를 점프하거나 장애물 피할 수 있고 6개의 다리가 서로 엇갈려 빠르게 이동한다. 이 로봇은 6개로 구성된 다리로 충격을 흡수하고 계단 등을 점프해 이동할 수 있는 특수한 능력을 발휘한다. 그리고, 전방과 후방 카메라를 통해 렉스 주변 환경을 원격으로 볼 수 있다. 밀폐된 몸체는 렉스를 습한 날씨, 진흙투성이 및 늪지 조건 및 흐르는 암거에서 완벽하게 작동시키도록 도와준다. 또한, 끊어진 다리를 건널 수 있는 이단 점프의 능력도 있다. 최근에는 펜실베이니아 대학교에서는 엑스-렉스(X-RHex)와 엑스-렉스 라이트(XRL)를 개발하고 있다.[1]
종류
렉스
렉스(RHex)는 CBS/CBBS 프로그램에서 전산신경과학(Computational Neuromechanics)이라 불리는 초기 방위고등연구사업청 국방과학국에서 시작되었다. 렉스 프로젝트의 가장 중요한 목표는 동물 운동에 대한 통찰력에서 비롯된 역량으로 고도로 파손되고 불안정한 자연 지형을 탐색할 수 있는 로봇 이동성 시스템을 개발하는 것이었다. 곤충에 대한 다양한 비교 생물학 연구에서 관찰한 결과, 로봇 디자인에 대한 렉스 로봇의 개념은 로봇설계에 대한 기존의 고정관념에서 크게 벗어났다. 다리 운동 플랫폼은 6개의 활동적인 자유도가 특징적이고 하이브리드 동역학 시스템으로 각 고관절에는 컨트롤러가 있다. 전체적인 모양은 육각형인 로봇이다. 렉스는 심하게 부서지고 불안정한 지형을 달리는 최초의 다리가 달린 기계였고, 초당 자동차 1대 길이 이상의 속도로 달리는 최초의 자율 다리가 달린 플랫폼이었다. 렉스 시스템은 혹독한 정부 시험장에서 비범한 능력을 보여주었다. 성능이 근소해 팩봇과 같은 상업용 제품을 능가하는 경우도 있다. 렉스는 실제 로봇 설계의 매우 흥미로운 응용을 보여주었다.[3]
디저트 렉스
디저트 렉스(Desert RHex)는 중국에 사막화의 문제가 있어서 이동식 사막 감지 로봇으로 텐저 사막에 실제 적용과 테스트를 했다. 이 로봇은 8.5킬로그램의 무게로 20도의 경사면을 오를 수 있다. 그리고 기존의 렉스 로봇의 여러 형태에서 더 개발되어 특히 사막 연구와 이동성을 지향하여 개발되었다. 현재 다리에서의 두 배 넓이의 섬유유리 다리를 새로 제작하였다. 그리고 여러 센서를 부착했는데 압력 센서, 온도 센서 및 전자 나침반 등 사막에 있는 각각의 센서들로부터 데이터를 읽을 수 있도록 제작했다. 이동성 실험 당시 폭우로 인해 모래언덕 표면이 압축되고 건조되는 등의 잠재적 변동 요인에 대해 교정하였다.
이번 실험을 통해 도출된 가설과 결론으로는 실험이 진행되는 동안 많은 양의 모래가 로봇 안으로 들어가 이러한 문제를 해결해 로봇이 고장 나는 것을 예방할 계획이다. 그리고 이번 실험에서 극한의 온도를 볼 수 없어서 매우 춥거나 더운 환경에서 로봇이 어떻게 작동하는지 지켜볼 예정이다. 디저트 렉스의 다리가 넓을수록 다리 마찰이 더 잘 되어 로봇이 한 번의 보행 사이클로 더 멀리 이동할 수 있다는 가설을 세웠다. 만약 이 가설이 사실이라면, 이는 넓은 다리가 에너지 효율을 20% 증가시켜 작동 중 로봇의 범위를 넓힐 수 있기 때문에 상당한 경제적 여유가 있음을 의미한다. 아직 기존보다 넓은 다리의 이점은 불분명하다. 그리고 추가적인 접지 접촉을 통해 더 나은 보행 사이클이 되어 미끄러지는 것을 감소시킬 수 있는지와 이러한 미끄러짐의 차이가 자연적인 좌우 동작 또는 제어에 미치는 영향이 궁금해서 더 자세한 테스트를 할 계획이다.[4]
엑스-렉스
엑스-렉스(X-RHex)는 복잡하고 자연적인 실외 지형에서 강력한 작동을 위해 설계되었으며 모듈식 페이로드 시스템을 갖춘 최초의 렉스이다. 다양한 연구를 통한 모듈식 페이로드로 이전 버전과 비교해 더 강력해지고 긴 작동시간과 이동성으로 설계된 고도로 이동성이 뛰어난 렉스 플랫폼의 최신 버전이다. 새로운 수준의 이동성과 내구성, 모듈식 페이로드 시스템을 통한 신속한 행동 개발 능력을 갖춘 엑스-렉스는 실험실 및 실외 현장 테스트 모두에서 효과적인 연구 기계다. 6개의 강력한 모터는 호환되는 다리를 작동시켜 엑스-렉스가 아스팔트, 잔디, 모래, 진흙, 바위 등 다양한 지형을 횡단할 수 있게 해준다.
엑스-렉스는 전력, 런타임, 페이로드 크기, 내구성 및 지형 협상 측면에서 이전 제품보다 대폭 개선된 기능을 제공하도록 설계되었으며, 부피가 작고 설치 면적과 무게가 비교할 수 있다. 이러한 향상된 능력과 함께 엑스-렉스는 과거 버전보다 더 신뢰할 수 있는 재설계된 기계, 전기 및 소프트웨어 아키텍처를 통합한다. 엑스-렉스의 모터는 이전 기계보다 두 배 더 강한 힘을 제공하고 배터리는 원래의 성능을 3배, 4배 더 높은 가동 시간이 되도록 도와준다. 이를 가능하게 하는 것은 고출력 리튬 폴리머 배터리를 지원하고 상용 기성품(COTS) 모터 제어기를 사용한다. 그리고 모듈식 페이로드 인터페이스와 새로운 센서와 동작의 신속한 개발을 가능하게 하는 새로운 유연한 소프트웨어 시스템을 갖추고 있다.[3]
엑스-렉스 라이트
엑스-렉스 라이트(XRL, X-RHEX Lite)는 엑스-렉스보다 더 가벼운 버전으로, 렉스와 동일한 다리 간격을 유지하면서도 보다 민첩하게 설계되었다. 다양한 연구를 도와주는 모듈식 페이로드 아키텍처를 특징으로 한다. 제작을 단순화하는 동시에 중량을 최소화하기 위해 엑스-렉스와는 약간 다른 구성이다.[3] 이 로봇은 6.7킬로그램의 소형 로봇으로 독특하게 생긴 6개의 다리로 점프를 하거나 걸어 다닐 수 있다. 몸길이는 51센티미터 정도이고 C 자로 생긴 다리의 지름은 각 17.5센티미터 정도이다. 그냥 서 있을 때 높이도 이 정도라고 한다. 수직으로 자신의 몸 높이의 두 배인 30센티미터 정도를 뛸 수 있고 60센티미터 정도의 틈새를 이중 도약으로 뛰어서 지나갈 수 있다. 그리고 29cm 정도의 장애물을 타고 올라갈 수 있으며 도약을 통해 최대 73cm 높이까지 올라갈 수 있다. 작은 바퀴나 혹은 무한궤도로 움직이기 때문에 장애물이나 틈새를 만나면 쉽게 건너지 못하는 로봇의 한계를 뛰어넘을 수 있는 대안이 되는 로봇이다. 연구자들은 여기에 다리 스프링을 확장해 광범위한 동작이 가능하게 되어 다양한 곡예가 가능하도록 개발한다고 말했다.[5]
아쿠아
아쿠아(AQUA)는 육지와 물속을 넘나드는 로봇이다. 이 로봇은 추진기를 사용하지 않고 6개 다리의 움직임을 통해 헤엄치는 로봇이기에 해안가를 거닐거나 탁 트인 물에서 표면을 따라 헤엄치거나 해저에서 걸을 수 있다. 다양한 센서를 사양하여 위치를 추정하고 환경을 관찰할 수 있다. 암초의 손상이나 재생에 대한 지속적인 점검이나 석유 및 가스 산업의 일이나 양식업 등의 자율적 시스템이 수행할 수 있도록 작동할 수 있다. 아쿠아는 현장 근처에서 광범위한 센서를 측정할 수 있는 적절한 자세를 취한다. 그리고 측정을 마친 로봇은 자율적으로 다시 돌아오고 복귀하면 추가 데이터를 수집한다. 다리 움직임과 수영 동작을 모두 할 수 있는 생물학적 영감을 받은 로봇인 아쿠아는 렉스를 기반으로 하고 있다. 수면과 수중 수영 외에도 수심 30m까지 잠수, 최대 1.0m/s로 수영, 자리 고정, 바다의 바닥을 기어갈 수 있다. 6개의 패들을 이용해 수영 시 제어하는 역할을 하고 보행 시 다리의 역할을 한다. 연구원들은 로봇의 물속에서 움직임을 제어하기 위해 선상 경사계와 나침반을 사용했다.
아쿠아의 길이가 약 65cm, 너비가 45cm, 높이가 13cm이다. 그리고 알루미늄 방수로 겉면을 이루고 있다. 그리고 온보드 배터리를 사용해 3시간 이상으로 연속 작동이 가능하다. 그 외에도 선택적으로 들어간 카메라, 센서 시스템, 명령 및 제어 출력 신호를 연구원에게 전송할 수 있다. 로봇에 대해 필요한 부분은 현재의 환경 상태를 추정하는 것이다. 아쿠아와 같은 수륙양용 로봇의 경우, 이 로봇이 육지에 있는지, 해저에 있는지, 파도에 있는지를 알아야 한다. 현재 상태를 추정하는 것 중 한 가지 방법은 로봇의 지느러미나 다리를 이용하는 것이다. 접촉력을 이용해 표면 상태를 추정해 현재 걸음걸이를 점진적으로 조정하거나 질적으로 행동을 변화시킬 수 있다. 아쿠아는 카리브해와 대서양에서 여러 요소를 실험했고 로봇과 센서의 효과를 입증했다.[6]
에듀봇과 샌드봇
에듀봇(EduBot)과 샌드봇(SandBot)이 있다. 에듀봇은 2005년에 시작된 이 플랫폼은 펜실베이니아 대학교의 전기 및 시스템 엔지니어링 부서에서 두 개의 학부에서 진행되었다. 교육에 적합하며 펜실베이니아 대학교의 교실 환경에서 활발하게 사용되는 렉스 플랫폼이고 샌드봇은 에듀봇와 유사한 육면체 로봇으로 조지아 공과대학에서 다리가 달린 로봇을 사용하여 모래를 가로지르는 방법을 연구하는 데 사용한다. 그리고 보스턴 다이내믹스에서는 러거드 렉스를 생산하고 있다.[3] 카네기 멜런대학교에서는 미니렉스(MiniRHex)를 개발했다. 렉스는 다리와 바퀴의 기능을 결합한 로봇으로 그동안 엑스-렉스 라이트 등 경량급 로봇이 개발됐지만 가격이 최소한 2만 달러여서 활용하는데 어려움이 있었다. 200달러 정도의 비용을 들이면 스스로 제작할 수 있다. 미니렉스는 무게가 500g 미만이며, 최대 3kg의 페이로드를 지원한다. 로보티즈의 다이나믹셀 XL320을 다리에 탑재했고 블루투스를 이용해 컴퓨터와 연결 가능하다. 오픈소스 소프트웨어와 3디프린터, 레이저 커터를 이용하면 200~250달러의 비용으로 제작할 수 있다. 경사진 장소를 쉽게 올라갈 수 있으며 매우 빠른 속도로 이동 가능하다.[7]
구성
상세 구성 내 용 명칭 RHex 높이 20센티미터(7.9인치) 길이 57센티미터(15.4인치) 폭 39센티미터(15.4인치) 무게 RHex : 12.5킬로그램 | 27.6Ib X-RHex : 8.6킬로그램 | 19파운드 속도 9.72km/h | 6마일 센서 카메라, 자이로 스코프, 가속도계 및 기타 옵션 센서, 전류 및 온도 센서 모터 6개의 디씨(DC) 모터 배터리 144-Wh 리튬-폴리머 배터리 2개 작동시간 약 6시간 컴퓨팅 인텔 기반 메인 컴퓨터, (옵션 : 페이로드 컴퓨터) 소프트웨어 리눅스 운영체제 제어 소프트웨어 : C 언어, 파이썬 또는 매트랩(Matlab)으로 프로그래밍
재료 알루미늄 및 탄소 섬유 몸체
동영상
- 렉스(RHex)
- 디저트 렉스(Desert RHex)
- 아쿠아(Aqua)
- 미니렉스(MiniRHex)
각주
- ↑ 1.0 1.1 RHex 전기전자기술자협회 - https://robots.ieee.org/robots/rhex/
- ↑ 〈Summary of the RHex robot platform〉, 《개인 사이트》
- ↑ 3.0 3.1 3.2 3.3 kod*lab 공식홈페이지 - https://kodlab.seas.upenn.edu/
- ↑ Sonia Roberts 외 4명, 〈Desert RHex Technical Report:Tengger Desert Trip〉, 《코어》, 2014-11
- ↑ Evan Ackerman, 〈This Robot's Acrobatic Leaps Are the Coolest Thing You'll See Today〉, 《전기전자기술자협회스펙트럼》, 2013-05-08
- ↑ Gregory Dudek 외 15명, 〈AQUA:An Amphibious Autonomous Robot〉, 《클락슨에듀》
- ↑ 장길수, 〈카네기멜론대, 6족 보행 로봇 '미니렉스' 개발〉, 《로봇신문》, 2018-12-20
참고자료
- 이도원 기자, 〈메뚜기 로봇 RHex, 6개 다리 신기하네〉, 《지디넷코리아》, 2013-08-04
- RHex 전기전자기술자협회 - https://robots.ieee.org/robots/rhex/
- 〈Summary of the RHex robot platform〉, 《개인 사이트》
- kod*lab 공식홈페이지 - https://kodlab.seas.upenn.edu/
- Sonia Roberts 외 4명, 〈Desert RHex Technical Report:Tengger Desert Trip〉, 《코어》, 2014-11
- Evan Ackerman, 〈This Robot's Acrobatic Leaps Are the Coolest Thing You'll See Today〉, 《전기전자기술자협회스펙트럼》, 2013-05-08
- Oz Robotics, 〈Six-legged robot with high mobility〉, 《로보틱스》, 2020-01-01
- Gregory Dudek 외 15명, 〈AQUA:An Amphibious Autonomous Robot〉, 《클락슨에듀》
- 장길수, 〈카네기멜론대, 6족 보행 로봇 '미니렉스' 개발〉, 《로봇신문》, 2018-12-20
같이 보기
