세계는 날아다니는 휴머노이드 로봇에 가까워지고 있다. 왜 중요할까?

몇 년 전, 광저우 공과대학교에서 개발 중인 이족 로봇 Jet-HR1에 대한 소식이 알려졌다. 다리에 작은 팬을 장착한 이 로봇은 팬이 만드는 추력을 이용해 무게 중심을 옮기면서 매우 넓은 틈을 넘을 수 있었다. 

Jet-HR1의 무게는 6.5kg, 높이는 65cm였다. 각 다리 끝에는 무게가 232g에 불과하지만 2kg의 추력을 낼 수 있는 팬 제트 엔진이 달려 있었는데, 이는 로봇 무게의 거의 3분의 1에 해당한다. 한 실험에서 로봇은 폭 37cm의 협곡을 넘도록 지시받았다. 이를 위해서는 보폭이 다리 길이의 80%가 되어야 했다. 

로봇은 다리를 바깥쪽으로 뻗은 채 팬을 돌렸다. 팬이 다리를 지지하면서 로봇이 앞으로 넘어지지 않도록 했다. Jet-HR1의 제트 다리가 협곡 건너편에 닿자, 같은 동작을 뒷다리로 반복해 동작을 마쳤다. 전체 과정은 1분도 걸리지 않았다. 

당시 연구진은 이 일반적인 방법이 많은 더 복잡한 상황에도 적용될 수 있다고 제안했다. 로봇이 넘어야 할 큰 장애물과 부딪혔을 때 균형을 유지하거나, 울퉁불퉁한 지형에서 넘어지지 않도록 돕는 데에도 쓸 수 있다는 것이다. 제트 엔진 덕분에 로봇은 지면과의 특정 접촉 없이도 무게 중심을 동적으로 조절할 수 있으므로, 이 로봇이 해낼 수 있는 온갖 놀라운 일들을 상상해 볼 수 있다. 

이미 인상적이지만, 다음 논리적 단계를 살펴보고 이 팬을 최대한 높이 돌렸을 때 무슨 일이 일어나는지 보자. 물론 이것은 공중에서의 첫 번째 작은 시험 점프에 불과하지만, 영상이 끝날 무렵이면 안정화가 매우 잘 작동하는 것을 볼 수 있다. 완전히 제어되는 과정은 아니지만 진전은 분명히 느껴진다. 

휴머노이드 로봇 Jet-HR2는 2019년에 휴머노이드 로봇의 이동 성능을 개선하기 위해 제트 추진 장치의 잠재력을 보여주려는 목적으로 개발되었다. 특정 비상 상황에서 휴머노이드 로봇을 사용할 때, 작업 장소에 도달하기 위해 계단을 한 칸씩 올라가는 것은 원하지 않는다. 

로봇은 제트 추력을 이용해 목적지에 더 빨리 도달할 수 있으며, 임무를 수행하기 위해 먼 거리를 날아가거나 뛰어넘을 수 있다. 

Jet-HR2는 지상 이동을 위한 10개의 자유도를 갖추고 있으며, 발목 움직임으로 작동할 수 있는 4개의 덕트 팬(두 개는 로봇의 허리에 고정되어 있고, 나머지 두 개는 발바닥 안쪽에 있음)을 갖추고 있다. 각 팬은 5kg의 추력을 낼 수 있어 합계 20kg에 달한다. 이는 17kg 로봇을 들어 올리기에 충분하다. 

여기서 추력 대 중량 비율은 높지 않으며, 이것이 제어의 어려움이다. 여유 출력이 많지 않으므로 추력을 분배할 때 매우 신중해야 한다. 그러나 시연된 시스템은 전복과 회전을 효과적으로 억제할 수 있어, 안정적인(완전히 제어되지는 않지만) 날아다니는 휴머노이드 로봇을 만들어 낸다. 

휴머노이드 로봇을 만드는 데 확실한 이유는 많지 않다. 그렇다면 날아다니는 휴머노이드 로봇은 실제로 무엇에 유용할까? 과학자들은 논문에서 자신들의 관점을 설명했다. 

«최근 독특한 제어 이론과 지형의 불규칙성을 극복하기 위한 다른 메커니즘을 갖춘 다양한 재난 대응용 휴머노이드 로봇이 개발되었습니다. 기존 휴머노이드 로봇은 걷고 기어오르는 방식으로 이러한 장애물을 넘었지만, 이러한 전략은 통과할 수 없는 장애물이나 지질 단층과 같은 위험한 환경에서는 효율이 떨어집니다. 

복잡한 실제 상황에서 긴급 임무를 수행하려면 휴머노이드 로봇이 높이뛰기나 멀리뛰기, 짧은 거리 비행, 신체 길이의 여러 배에 달하는 활공 같은 동적 공중 기술을 갖춰야 할 것으로 예상됩니다», — 연구진이 설명했다. 

연구진은 특히 질량이 커질수록 휴머노이드 로봇의 성능이 아직 인간 수준에 미치지 못한다고 밝혔다. 반면 인간 수준에서도 로봇은 느슨하고 붕괴되기 쉬우며 바위가 많은 지형에서는 무력해 보일 수 있다.

이는 힘을 만들어 내기 위해 현대적인 구동장치를 사용하는 데 따른 한계처럼 보인다. 연구진은 자신들의 연구에서 배기 팬을 갖춘 추진 장치를 이용해 날 수 있는 새로운 휴머노이드 로봇을 개발했으며, 어려운 환경에서 수색 및 구조에 대한 잠재적 가치를 살펴보았다. 

많은 사람들이 예상했을지도 모르지만, 재난 구호와 수색구조 작업용 로봇은 명확한 용도 없이 기이한 이동 방식을 설계하는 데 흔히 쓰이는 만능 명분이 되곤 합니다. 반면 이는 휴머노이드를 만드는 것이 좋은 아이디어일 수 있는 이유 중 하나이기도 합니다.

사람이 가는 곳이면 어디든 갈 수 있는 로봇이 있다면 유용할 수 있습니다. 실용적인 휴머노이드 로봇은 매우 복잡하지만, 만약 날 수 있다면 엄청나게 유용해질 것입니다.