자신의 부품을 스스로 교환하고 스스로 수리하거나 손상된 부분을 개조할 수 있는 로봇. 외부에서 명령을 내리지 않아도 스스로 연결 모듈을 끊거나, 새로운 모듈과 결합할 수 있어 사람이 들어가기에 좁거나 위험한 환경에 투입할 수 있는 로봇 개발

SF 소설에 나오는 다중우주에서는 온갖 형태의 로봇들이 나온다. 마음에 드는 것으로 하나 골라보라. 닥터 후에 나오는 로봇 강아지 K9를 좋아하는가? 트랜스포머의 로봇들은 우주에서 가장 멋진 로봇들일 것이다. 문학을 좋아하는 사람들은 아이작 아시모프(Isaac Asimov)의 고전 SF 파운데이션에 등장하는 다닐 올리버를 좋아할 것이다.

그러나 어떤 사람들은 로봇 계의 로렐과 하디(무성영화 말기에서 활약한 미국 희극영화의 명콤비. 깡마르고 왜소하며 수줍어하는 로렐과 비대하고 까다로운 하디의 대조적인 행동으로 사람들을 즐겁게 함)라고 할 수 있는 스타워즈의 C-3PO와 RD-D2를 더욱 사랑할 것이다. 1977년에 조지 루카스가 소개한 이 카리스마 넘치는 드로이드들은 대중문화와 과학자들에게 로봇의 행동 방식에 관해 영원히 지속될 영향을 주었다.

지난달에 사이언스 로보틱스(Science Robotics)에 발표된 새로운 논문에서는 스타워즈 시리즈의 최신 영화에서 영감을 얻어 로봇들이 환경 속에서 상호작용할 수 있는 방법을 다루고 있다. 텍사스 A&M대학교(Texas A&M University)의 유명한 로봇공학자인 로빈 머피(Robin Murphy) 박사는 영화 한 솔로 : 스타워즈 스토리(Han Solo)에 등장하는 스스로 자신을 개조할 수 있는 드로이드인 L3-37가 로봇공학 발전의 핵심을 보여주고 있다고 생각하고 있다.

영화 속에서 L3-37은 말이 빠르고 활발한 여성형 로봇이다. 물론 외모는 기계형 로봇이지만 스스로 여성이라고 생각하고 있다. L3-37은 우주선 조종을 돕는 파일럿 드로이드인데, 남성 우주선 파일럿과 여성으로서 교감하기도 하고, 여성인권과 로봇인권에 대해 토로하는 등 독특한 성격으로 묘사된다. L3-37은 자신의 신체를 개조하고 다른 드로이드의 다양한 부품으로 교환하기도 하면서 진화해나간다.

자기 개조 능력을 가진 로봇은 다양한 이점을 가지고 있으며 구조 로봇 분야를 개척할 수 있다. 자기 개조 능력을 가진 로봇은 특정한 문제를 해결하는데 보다 효율적이다. 로빈 머피 박사는 ‘기능적 효율의 향상을 가져올 수 있는 자기 개조 능력은 단일한 작업에 최적화되어 있는 새로운 로봇을 구매하지 않아도 되므로 경제적으로도 이익이 된다’고 말했다.

또한 자기 개조로봇은 스스로 수리하거나 손상된 부분을 개조할 수 있으므로 로봇 공학 부문에서 가장 큰 문제 중 하나를 해결할 수 있다. 이 분야는 SF에서는 아주 인기 있는 주제이다. 이는 영화 오토마타(Automata)의 디스토피아적 결말과도 연관이 되어 있다. 이 영화에서 아이작 아시모프의 로봇공학 3원칙에서 벗어나는 규칙이 생겨나게 된다. ‘로봇은 어떤 생명도 해치지 말아야 하고 어떤 방식으로든 스스로 또는 다른 로봇을 수리하고나 개조, 변경할 수 없다.’ 인간은 멸종의 순간에도 로봇들이 인간을 대체하게 될 미래를 두려워하고 있다. 로봇 스스로 업그레이드와 개조가 가능해지면 로봇이 인간보다 상위의 존재가 될 수 있다는 두려움에서 만든 규칙이지만 안토니오 반데라스가 주연으로 나오는 로봇 SF인 오토마타에서는 이러한 규칙이 깨어지고 있다. 영화에서 인간의 대부분이 죽고 일부만 살아남아 인간의 모습을 한 로봇인 오토마타 필그림 7000을 생산하게 된다. 그러던 중 로봇은 생명체에 어떤 해도 입힐 수 없으며 스스로 자신 또는 다른 기계를 개조할 수 없다는 원칙에도 불구하고 로봇 스스로 업그레이드 하는 일들이 발견되고 누군가가 로봇을 그런 식으로 개조한다는 증거들이 드러나기 시작한다. 로봇을 다스리고 지배하는 기업인 ROC사의 보험 설계사 잭 바칸은 결함이 있는 로봇을 조사하던 중 우연히 오토마타 필그림 7000이 스스로 자살하는 광경을 목격하게 되면서 누군가 로봇을 개조하여 스스로 결함을 고칠 수 있는 능력과 사고할 수 있는 능력을 준다는 사실을 알게 된다.

걸음마 학습

디스토피아 적인 지구에서도 대부분의 로봇들은 여전히 걷는 방법을 학습하고 있다. 물론 운동선수들처럼 점프하거나 문을 쉽게 열 수 있는 로봇들도 있지만 대부분 일회적이다. 역동적이고 다양한 환경에서 작동할 수 있는 로봇을 만든다는 것은 미래의 로봇들은 적응 능력을 가져야 한다는 것을 의미한다.

노르웨이의 다윈주의에 입각한 로봇 진화론 분야의 연구진들은 다이렛(Dyret, Dynamic Robot for Embodied Testing)이라는 네 다리를 가진 움직임이 어색한 로봇을 만들었다. 다이렛이 가진 특별한 목적은 걷는 방법을 학습하는 것이다

다이렛은 진화 알고리즘을 사용해 효율적인 걸음마 학습을 진행한다. 보스턴 다이나믹스(Boston Dynamics)의 4족 보행 로봇과도 유사한 외관을 가지고 있는 다이렛은 스스로 걷는 법을 배운다는 점에서 다르다.

체화된 인지에 관한 연구자인 톤즈 나이가드(Tonnes Nygaard)는 네 다리를 가진 포유류에 영감을 받은 로봇 플랫폼이며 다이렛은 로봇이 작동하는 동안 다리의 길이를 수정할 수 있다고 말한다. 나이가드는 ‘앞으로 로봇은 점점 더 복잡하고 변화하는 환경에서 사용되어야 하기 때문에 다이렛은 걷기 또는 행동 방식뿐 아니라 로봇의 몸에도 적응하는 독특한 능력을 제공할 수 있다’고 말했다.

로봇의 보행은 걸음걸이의 폭, 시간, 다리의 높이 등 여러 가지 매개 변수로 제어된다. 진화 알고리즘은 이러한 매개 변수를 최적화하고 가능한 한 안정적이고 신속하게 움직일 수 있는 최선의 방법을 찾아낸다. 현실 세계에서의 자연 선택과 마찬가지로 진화 알고리즘은 가장 적절한 해결책이 차세대로 넘겨진다는 것을 의미한다. 결과적으로 새로운 기후나 지형에 적응하는 동물의 진화에서 볼 수 있는 것보다 훨씬 빠르게 다윈이 말한 진화 과정이 발생하는 것이다.

연구진들은 다이렛을 하드웨어에서 형태를 스스로 바꾸는 복잡한 로봇을 처음 시도한 것으로 연구 플랫폼으로 사용될 예정이라고 밝혔다. 진화 로봇공학 연구의 상당 부분은 실물 구현의 어려움과 테스트의 난이도, 속도로 인해 오늘날 주로 시뮬레이션 상황에서만 수행되고 있다. 실제 환경은 시뮬레이션에서 완벽하게 복제할 수 없는 풍부하고 자연스러운 방해물들을 가지고 있다.

스스로 부품을 교체하는 모듈러 로봇

최근 산업이나 의료, 가정용 로봇이 개발되면서 고장을 일으켰을 때 쉽게 수리할 수 있는 로봇 기술이 주목받고 있다. 그 중 하나가 고장 난 부품을 쉽게 교체하는 ‘모듈러 로봇’이다. 모듈러 로봇은 작은 단위(모듈)가 여러 개 결합해 전체를 이루는 방식으로 만든 로봇이다.

이 로봇은 일부 모듈이 망가지면, 그 부분을 스스로 떨어뜨리고 새 모듈로 교체할 수 있다. 자가 치유의 비결은 인간의 신경계를 모방한 시스템이다. 이를 이용해 외부에서 명령을 내리지 않아도 스스로 연결 모듈을 끊거나, 새로운 모듈과 결합할 수 있다. 연구팀은 사람이 들어가기에 좁거나 위험한 환경에 이 로봇을 투입할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

스스로 형태를 바꾸는 변신로봇

미 MIT 컴퓨터과학·인공지능연구소(CSAIL)의 연구진들은 최근 자가조립(Self-Assembling) 로봇을 개발했다. 연구진들은 아무런 이동장치를 달지 않고서도 움직이는 엠블록(M-Blocks)들을 개발했다. 작은 엠블록들은 서로 올라타거나 공중으로 뛰어오르고 바닥을 구르면서 서로 합쳐 여러 모양을 만들어낸다.

엠블록의 각 모서리에는 회전하는 2개의 원통형 자석이 있어서 2개의 큐브가 서로 접근할 때 N극과 S극이 맞도록 자연스럽게 회전한다. 그래서 큐브의 어떤 면도 다른 큐브의 면에 달라붙을 수 있다. 이러한 자가 조립 로봇 연구의 목적은 모듈을 최대한 소형화해서 자가 조립할 수 있는 변신 마이크로봇 군단을 만드는 것이다.

움직이는 큐브 로봇들은 비상시에 다리나 빌딩을 임시로 응급 수리하기 위해 중장비나 사다리와 같은 필요한 모양으로 바꿀 수 있다. 나아가 사람이 접근하기 어려운 구조 환경에 투입되어 문제를 진단하고 스스로 몸체를 재조립해 문제를 해결할 수 있다. 카메라나 조명장치, 배터리팩 등을 갖추고 특수임무를 수행할 수도 있다.

아직은 연구단계에 불과하지만 연구진들은 시스템을 조금만 더 발전시키면 지금 상황에서도 충분한 용도를 가질 것이라고 믿고 있다.

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