[와우! 과학] 동물처럼 스스로 회복·적응하는 로봇 개발

손상을 입어도 스스로 복구하고 새로운 ‘보디 조건’에 적응해 움직일 수 있는 로봇이 개발돼 이목을 끌고 있다.

프랑스 파리 피에르-마리 퀴리대학과 미국 와이오밍주립대 공동 연구팀이 일부 부품이 파손돼도 2분 만에 자가 복구해 가동 가능한 로봇을 공개했다.


‘동물처럼 적응할 수 있는 로봇’(Robots That Can Adapt Like Animals)으로 불리는 이 로봇은 원래 6개의 다리를 가지고 있는데, 2개의 다리가 파손되어 움직일 수 없는 상황을 설정했다. 이 로봇은 4개로 줄어든 다리에 적응하고 새로운 보행법을 스스로 터득하여 짧은 시간 안에 거의 원상태로 보행하는 놀라운 모습을 보여준다.

다른 일반적인 로봇과 달리 부상에 쉽게 적응하는 동물처럼 작동한다는 것.

예를 들어,사고로 다리 하나를 잃은 개의 경우 대부분이 적응을 통해 남은 다리 3개로 걷고 뛰며 심지어 던진 원반도 받을 수 있다. 또 당신이 발목을 삐었을 때를 생각해보면 처음에는 걷는 것이 불편하지만 금세 적응했다는 것을 알 수 있을 것이다.



연구팀은 인간을 비롯한 동물이 이렇게 빨리 자신의 상황에 적응하는 능력에 주목했다.

연구를 이끈 피에르-마리 퀴리대의 공동 저자 장 밥티스트 뮤레는 “동물은 다쳤을 때 아무것도 배울 필요가 없다. 대신 직관적으로 다른 방법으로 움직이는 것을 알고 있다”고 말했다. 이런 직관력은 동물이 다쳐도 지능적으로 몇 가지 다른 움직임을 시도한 뒤 가장 편하고 쉽게 움직이는 방법을 선택하도록 한다.

이러한 직관력을 로봇에도 적용, 일종의 '로봇 직관력'을 부여하는 것이다.

이 로봇은 손상을 입은 뒤 다시 효율적으로 움직이려면 효율이 높은 동작을 위한 상세한 맵을 작성하기 위해 스스로 컴퓨터 시뮬레이션을 사용한다. 이를 위해 ‘지능형 시행착오’(Intelligent Trial and Error)라는 새로운 알고리즘을 사용하는데,이 알고리즘은 로봇이 새로운 환경에 적응하고 새로운 행동을 개발하는 등 예기치 못한 상황에 적응하도록 한다.

연구를 이끈 같은 대학의 공동 저자 앙투안 컬리는 “로봇은 일단 손상되면 과학자처럼 된다”며 “시뮬레이션을 통해 보정 동작을 알아내고 움직이게 되는 것”이라고 설명했다.
　
이 과정을 구체적으로 살펴보면, 첫 번째 단계에서 맵은 ‘MAP-엘리트’(MAP-Elites)라는 새로운 유형의 진화 알고리즘을 만든다. 이 알고리즘은 컴퓨터 시뮬레이션에서 ‘적자 생존’(survival of the fittest) 경쟁을 통해 지능형 로봇을 인위적으로 발달시켜 진화한 것처럼 보이게 만든다.

두 번째 단계의 적응은 손상에도 작동하는 방법을 효율적으로 검색하는 첫 단계 맵이 제공한 사전 지식을 이용하는 ‘베이지안 최적화’(Bayesian optimization) 알고리즘을 포함한다.

연구에 참여한 와이오밍주립대의 제프 클룬은 “우리는 지능형 시행착오의 가장 중요한 구성 요소를 작성하고 맵에 포함되는 사전 지식을 활용하는 것을 보여주는 실험을 시행했다”고 말했다.

이 새로운 기술은 더 강력하고 효과적이며 자율적인 로봇을 개발하는 데 도움이 될 수 있다.

또다른 연구자인 피에르-마리 퀴리대의 데니쉬 타라포어는 몇 가지 예를 제시한다.

그는 “이는 구조 대원들의 지속적인 관심 없이 대원들을 도울 수 있는 로봇을 만들 수 있는 것”이라면서 “파손돼도 지원을 계속할 수 있도록 개별적으로 보조 장치를 만들 수도 있다”고 설명했다.

한편 이번 연구성과는 세계적인 학술지 ‘네이처’(Nature) 최신호 표지를 장식했다.

사진=앙투안 컬리(https://www.youtube.com/watch?v=T-c17RKh3uE&feature=youtu.be)

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr