서울공대 김호영 교수 연구팀, 복잡한 제어 없이도 개미처럼 유기적으로 움직이는 입자 군집 개발

김철수 기자 / 개미와 같은 군집 생명체처럼 정밀한 제어 없이도 이동, 탐사, 운반, 협력이 가능한 능동 입자 기반의 차세대 군집 로봇 시스템이 개발됐다.

▲왼쪽부터 서울대학교 기계공학부 손경민 박사, 김관우 석사과정생, 김호영 교수

서울대학교 공과대학은 기계공학부 김호영 교수 연구팀이 하버드대학교(Harvard University)와의 공동 연구를 통해, 입자 간 단순한 연결을 통해 정교한 제어 없이 다양한 동작을 수행할 수 있는 군집 로봇을 개발했다고 밝혔다.

이번 연구성과는 그 혁신성을 인정받아 세계적 권위의 학술지 ‘사이언스 어드밴시즈(Science Advances)’에 5월 9일 게재됐다.

일반 로봇과 다수의 드론으로 구성된 기존의 군집 로봇은 지도 작성, 장애물 회피, 물체 운반 등 다양한 고난이도 작업을 수행할 수 있다. 고성능 정밀 센서, 통신 장치, 그리고 복잡한 제어 알고리즘의 활용 덕분이다. 그러나 이를 위해선 여러 기능들, 즉 정밀한 위치 인식, 충돌 방지, 실시간 데이터 처리 및 복잡한 의사결정 기능을 개별 로봇에 일일이 탑재시켜야 한다. 따라서 이 시스템에서는 로봇의 크기와 무게가 증가하고, 고급 재료 및 부품 비용이 많이 들 뿐 아니라, GPS나 통신이 원활하지 않은 환경에서는 성능이 급격히 저하되는 한계가 있었다.

이에 공동연구팀은 자연계의 개미 떼나 세포처럼 단순한 개체들이 모여 복잡한 행동을 발현하는 ‘창발적 집단 행동(emergent collective behavior)’에 착안해, 중앙 제어나 센서 없이도 자율적으로 움직이는 링크 기반의 군집 로봇 ‘링크봇(Link-bot)’을 고안했다. 기존 군집 로봇 시스템의 제약을 넘어선 차세대 로봇의 새 방향을 제시한 것이다.

링크봇은 방향성을 가진 능동 입자들이 V자의 체인 구조로 연결된 형태로 구성된다. 입자 간 이동과 회전을 단순한 링크 구조로 제한하기만 하면, 링크봇은 별도의 지능 없이도 마치 하나의 생명체처럼 유기적으로 움직인다. 또한 링크 구조의 기하학적 조절을 통해, 형태 변화와 동작의 유연성을 자유롭게 제어할 수 있다.