육지 위의 네발 동물은 다양한 구조로 이뤄진 환경에서 지형에 최적화된 동작을 통해 생존을 유지한다. 이 가운데 치타는 가장 빠른 동물이다.
치타의 동작 원리에 착안해 개발된 ‘치타 로봇(Cheetah2)’의 영상이 화제를 모으고 있다. 지난 5월 28일 유투브(YouTube)에 업로드돼 2주 만에 조회 수 580만 건 이상을 기록했다. 동영상을 시청한 세계의 누리꾼들은 과학 기술의 놀라움을 넘어 치타처럼 달리고 점프하는 로봇이 충격적이란 반응이다. 

높이 90 cm 로봇의 최대 속력은 시속 22 km. 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.

로봇을 개발한 주인공은 바로 미국 매사추세츠 공과대학(Massachusetts Institute of Technology, MIT) 기계공학과 로보틱스 연구실의 한인 과학자 김상배 교수다.

김상배 교수와 그가 이끄는 연구팀의 치타 로봇 개발의 개념도는 지난 2009년 언론에 처음 공개됐다. 이후 기술 개발에 많은 연구 진척이 이루어진 가운데, 최근 공개된 치타 로봇은 연구실에서 벗어나 포유류처럼 지면을 네 발로 전력 질주한다.

레이저 거리 센서로 장애물 거리·높이 측정
로봇에 적용된 중요한 알고리즘은 레이저 거리 센서다. 호쿠요(Hokuyo)사의 UTM-30LX-EW 레이저 거리 측정기(Scanning Laser Range Finder)가 장착됐다. 이 센서는 0.25도의 각도 분해능을 통해 스캔 평면에 거리 데이터를 제공한다. 데이터는 스캔에 걸리는 시간을 최소화하기 위해 수평 위 45° 수평 아래 90° 사이의 시상면(sagittal plane)에서 수집된다.

이외에도 연구진은 치타 로봇 다리의 5인치 공간에 최대로 활용될 수 있는 모터를 선택했다.
로봇은 센서를 통해 수집된 정보로 장애물과의 거리와 높이를 정확하게 측정한다. 점프를 위해 스텝의 보폭을 조절, 속력을 높이거나 저하시킨다. 또 장애물을 뛰어넘을 수 있는 최적의 거리를 계산해 가장 효율적인 지점에서 도약한다. 

더 놀라운 것은 구동되는 로봇에 소음이 거의 없다는 사실이다. 배터리로 구동되는 전기 모터에 의해 구동되기 때문이다.
MIT 기계공학과 김상배 교수는 “치타 로봇이 움직일 때 우리가 들을 수 있는 소리는 로봇이 땅을 딛는 과정에 발생하는 작은 소리뿐이다. 이는 미래 로봇 개발에 있어서 새로운 패러다임이 될 것”이라고 전했다.

현재까지 개발된 로봇의 이동 능력은 변화가 심한 자연 지형과 계단 구조에서 많은 제약이 있어왔다. 자유로운 이동 능력을 갖춘 치타 로봇이 산업의 다양한 현장에 활용될 것으로 기대를 모으고 있다. 
Mini Interview


치타 로봇, 중요기술 완료단계 진입
최근 유투브에 치타 로봇의 영상이 공개되며 연일 화제를 불러일으키고 있다. 동물처럼 질주하며 40 cm 높이의 장애물을 가뿐히 뛰어넘는 치타 로봇을 개발한 장본인은 바로 MIT의 한인 과학자 김상배 교수다. 본지는 2009년부터 MIT의 로보틱스 연구실을 이끌고 있는 김상배 교수와 짧은 대화를 나눴다.
치타 로봇이 언제 상용화될 것으로 예상하는가?
“치타 로봇은 탐색용으로 활용될 예정입니다. 현재엔 선 채로 임무수행을 할 수 있는 고릴라(네 개의 발로 걸으며 일어서서 작업하는 형태)와 같은 로봇을 개발 중입니다. 약 5년 후에는 화재진압과 같은 실제상황에 활용될 수 있는 기술이 모두 준비될 것으로 예상합니다.”
- 치타 로봇 개발은 미(美) 방위고등연구계획국(DARPA)의 연구 지원을 받고 있다. 이는 치타 로봇 개발의 주요 목적이 군사용이란 의미다. 치타 로봇이 활용될 가능성이 가장 높은 영역은 군 재난 현장인가?
“그렇습니다. 현재 치타 로봇은 사람 대신 활용될 수 있는 탐색용으로 개발 중에 있지만 지금보다 더 다양하고 복잡한 임무수행을 위해선 더욱 많은 센서들과 알고리즘이 추가돼야만 합니다. 기동성이나 에너지 효율과 같은 근본적인 기술은 개발 완료 단계에 진입했습니다.”
- 미국 하이테크 로봇업체 보스턴 다이내믹스(Boston Dynamics)가 2012년 공개한 로봇은 시속 48 km/h로 달려 당시 많은 화제를 모았다. 이번 MIT가 공개한 치타 로봇의 최대 속도는 얼마인가?
“2012년 보스턴 다이내믹스는 러닝머신 위에서 48 km/h로 달리는 장치를 개발했습니다. 하지만 이는 실질적으로는 의미 없는 기록입니다. 왜냐하면 에너지와 동력원(자동차 엔진)들이 장치에 장착돼있지 않았기 때문입니다. 이 기록은 다리만 달려있는 몸체를 보조기구가 잡고 있는 형태로 달성된 것입니다. 동력원을 장착하면 이런 속도로 로봇이 질주하는 것은 불가능해집니다.

로봇이 보조 장치를 장착한 채 달리는 것은 의미가 없습니다. 현재 우리 MIT 연구팀이 개발한 치타 로봇의 공식 기록은 22 km/h입니다. 이는 로봇이 모든 동력원과 배터리를 장착한 상태에서 아무런 보조기구 없이 달성한 기록입니다.

로봇이 빠른 속도로 달리는 것은 사람들이 생각하는 것처럼 실용화에 결정적 요소는 아닙니다. 따라서 MIT 연구진은 치타 로봇의 최대 속도를 향상시키는 시도는 현재 하지 않고 있습니다. 이외에도 MIT의 치타 로봇은 현재 기계적으로는 40 km 이상 달릴 수 있습니다.”
최대 얼마 높이까지 점프가 가능한가?
“우리 연구팀은 40 cm 높이까지 시도해 성공했습니다. 치타 로봇은 1 m까지 점프가 가능하지만 그렇게 되면 아직 착지는 할 수 없습니다. 현재 지속적으로 연구 개발 중입니다.”