두발 로봇 캐시, 달리기 학습해 5km 완주하며 역사 썼다
오리건주립대(OSU)에서 개발된 로봇 캐시가 5km를 약 53분 만에 주파하며 역사에 이름을 남겼다.
캐시는 조나단 허스트 로봇공학 교수의 지도 아래 16개월에 걸쳐 개발됐으며, 미국 국방부 산하 국방고등연구계획국(DARPA)으로부터 100만 달러 보조금을 받았다.
2017년 캐시가 처음 등장한 이후, 인공지능 교수 앨런 펀의 협력 아래 OSU 학생들은 국립과학재단과 DARPA의 머신 커먼 센스 프로그램의 지원을 받아 로봇을 위한 머신러닝 가능성을 연구해 왔다.
캐시는 머신러닝으로 야외 지형에서 달리기 보행을 제어한 최초의 두발 로봇이다. 오리건주립대 캠퍼스에서 배터리 한 번 충전으로, 줄 없이 5km를 달렸다.
“OSU 공과대학 동적 로봇공학 연구소의 학생들은 생체역학과 기존 로봇 제어 기법에 새로운 머신러닝 도구를 결합했다. 이러한 종합적 접근은 동물에 버금가는 성능 수준을 달성하게 해 줄 것이다. 정말 놀랍다”
로봇의 무릎은 타조를 닮은 형태로 굽는다. 캐시는 심층 강화학습이라고 불리는 알고리즘으로 달리기를 배웠다. 달리기에는 동적 균형, 즉 자세가 바뀌거나 움직이는 중에도 평형을 유지하는 능력이 필요하다. 캐시는 움직이는 동안 몸을 수직으로 유지하기 위해 매우 섬세한 보정을 익혔다.
“캐시는 설계와 제작 방식 덕분에 매우 효율적인 로봇이며, 우리는 하드웨어의 한계를 실제로 넘어서 그 능력을 보여줄 수 있었다”
심층 강화학습은 달리기, 점프, 계단 오르내리기 같은 기술을 발전시키는 인공지능의 강력한 방법이다. 머지않아 안정적으로 걷는 로봇이 자동차처럼 흔한 존재가 될 것이다. 그동안의 제약은 두 발 보행에 대한 과학과 이해였지만, 오리건주립대의 연구는 여러 돌파구를 만들어 냈다.
동적 로봇공학 연구소에서 개발된 ATRIAS는 인간의 보행 역학을 재현한 최초의 로봇이었다. 그 뒤를 캐시가 이었고, 이후 인간형 로봇 Agility Digit이 등장했다.
허스트는 이렇게 말했다. "머지않은 미래에 누구나 일상의 많은 장소에서 로봇을 보고 상호작용하게 될 것이며, 그 로봇들은 우리와 함께 일하며 삶의 질을 높여 줄 것입니다." 그는 물류 업무(예를 들어 택배 배송) 외에도, 두발 로봇이 결국 지능과 안전성을 갖춰 사람들의 집 안에서도 도움을 줄 수 있게 될 것이라고 덧붙였다.
캐시는 걸음걸이와 다리 모양 때문에 종종 타조에 비유된다. 로봇은 엉덩이에 3개의 자유도를 갖고 있으며, 강력하고 유연한 발목을 지녔지만 무릎은 한 방향으로만 굽는다. 이 모든 요소가 자연스러운 걸음걸이뿐 아니라 우리 자신의 움직임과 유사한 제어 방식을 만들어 낸다. ATRIAS와 마찬가지로, 빠르고 신중한 발 디딤 덕분에 캐시는 미끄러짐, 넘어짐, 그리고 대학원생들의 짓궂은 장난에도 견딜 수 있다.
전체 차체는 매우 가볍고, 우리가 걸을 때처럼 자연스럽게 충격을 흡수하도록 설계됐다. 그럼에도 로봇은 넘어질 때를 대비한 안전벨트가 필요 없을 만큼 튼튼하다. 짧지 않은 시간 안에 처음부터 만들어진 로봇치고는 인상적인 성과다.
캐시가 5km를 53분 3초에 달리는 동안, 두 차례 넘어짐이 있어 6.5분의 시간이 초기화됐다. 한 번은 컴퓨터 과열 때문이었고, 다른 한 번은 너무 빠른 속도로 회전하라는 명령을 받았기 때문이었다.
캐시는 Agility Robotics의 택배 로봇 Digit의 기반이 되는 플랫폼이다. 오리건주립대 엔지니어들은 캐시를 시뮬레이터에서 훈련해, 카메라와 라이다 없이도 계단을 오르내릴 수 있도록 만들었다.
그러나 두발 로봇은 쉬운 일이 아니다. 이들의 큰 장점은 계단이나 좁은 복도처럼 사람을 위해 설계된 공간을 쉽게 이동할 수 있다는 점이다. 하지만 다리가 두 개라는 것은 본질적으로 덜 안정적이라는 뜻이며, 특히 Boston Dynamics의 로봇처럼 네발 로봇과 비교하면 더욱 그렇다.
캐시 개발팀은 새로운 심층 학습 기법 덕분에 이러한 상황이 곧 바뀔 것이라고 확신한다. 이 기법을 통해 두발 로봇은 움직이는 동안 새로운 안정화 방법을 스스로 개발할 수 있게 된다. 언젠가 아침 조깅길에서 이런 로봇을 만나게 될지도 모른다.
사람이 가는 곳이면 어디든 갈 수 있는 이처럼 효율적이고 신뢰할 수 있는 두발 로봇은 수많은 산업에 도움이 될 것이며, 재난 지역 정찰이나 원자력 발전소 점검 같은 위험한 작업에도 쓰일 것이다.
