로봇과 AI가 ‘공중 정원’ 설계와 건설을 돕다
건축과 시공은 기술 및 소재 트렌드를 언제나 꽤 느리고 조용하게 받아들여 왔습니다. 그래서 ETH 취리히처럼 유명한 공과대학에서 인공지능과 로봇공학을 이 분야의 새로운 접근법에 접목한 프로젝트가 등장한 것은 놀라운 일이 아닙니다. 그들이 실험 중인 자동화 설계와 시공은 10년 뒤에 주택과 사무실이 어떻게 지어질지를 보여줍니다.
이 프로젝트는 고대 도시 바빌론의 전설적인 건축물에서 영감을 받은 거대한 조형 화분, 즉 ‘공중 정원’과 같습니다.
2019년에 공개된 Semiramis(세미라미스, 정원은 바빌론 여왕의 이름을 따서 명명됨)는 사람과 인공지능 디자이너의 협업 결과입니다. 전반적인 아이디어는 물론 건축학 교수 파비오 그라마치오와 마티아스 콜러 등 창작자들의 창의적인 생각에서 나왔습니다. 하지만 디자인은 크기, 물 공급 필요성, 시공 방식과 같은 핵심 요구 사항을 정의하고, 일련의 컴퓨터 모델과 머신러닝 알고리즘을 통해 완성되었습니다.
예를 들어 설계 과정에서 팀은 22미터 구조를 이루는 큰 ‘캡슐’ 중 하나의 위치를 조정하거나, 표면을 구성하는 패널의 배치를 바꿀 수 있습니다. 그들이 만든 소프트웨어는 이러한 변화에 맞춰 전체 구조와 다른 패널들의 기하학을 즉시 수정하여, 구조가 여전히 자체 무게를 안전하게 지탱할 수 있도록 합니다.
이 구조물은 살짝 엇갈려 배치된 다섯 개의 복잡한 기하학적 목재 블록으로 이루어져 있으며, 여덟 개의 얇은 강철 기둥이 이를 받치고 있습니다. 조형물은 프로젝트 과정에서 개발된 혁신적인 디지털 기법을 사용해 설계되고 시공됩니다.
“일반적인 설계 과정에서 건축가들은 이러한 프로젝트의 다양한 건물 또는 구조물 요구 사항을 디자인에 반영한 뒤, 모든 요구 사항이 최선으로 충족될 때까지 그 디자인을 수정합니다. 그러나 Semiramis는 다릅니다. 스위스 데이터 과학 센터와 협력해 개발된 특수 머신러닝 알고리즘이 연구진에게 복잡한 디자인 대안을 제공했습니다. 제안들은 캡슐의 형태와 서로에 대한 공간 배치가 달랐습니다. 또한 각 디자인이 ‘꼬투리의 관개’처럼 개별 목표 변수에 어떤 영향을 주는지도 강조되었습니다”라고 연구진은 말했습니다.
물론 건축에는 자동화 과정이 많지만, 이 프로젝트는 그러한 자동화가 제공하는 것처럼 보이는 최종 통제의 수준에서 한계를 넓힙니다. 결국 목표는 구조물이 무너지지 않도록 확인하는 일종의 건축적 ‘맞춤법 검사’가 아니라, 진정한 협업을 만드는 것입니다.
“컴퓨터 모델을 통해 우리는 전통적인 설계 과정을 완전히 바꾸고 프로젝트의 설계 가능성 전체를 탐색할 수 있습니다. 이는 새롭고 종종 놀라운 기하학으로 이어집니다”
몰입형 디자인 연구소(헹거베르크 캠퍼스의 증강현실 연구실)에서 과학자들은 프로젝트를 3차원으로 살펴보고 실시간으로 함께 조정할 수 있었습니다. ETH 컴퓨테이셔널 로보틱스 연구실과 공동 개발된 소프트웨어는 목재 모듈의 설계 조정을 간단하게 만듭니다. 예를 들어 약 70개의 목재 패널로 이루어진 모듈 중 하나의 기하학에서 한 점을 과학자가 옮기면, 소프트웨어가 전체 기하학을 조정합니다.
동시에 소프트웨어는 패널 하나가 견딜 수 있는 최대 무게 같은 관련 생산 매개변수를 고려하므로, 항상 가장 효율적이고 가장 잘 지지하는 구성을 만들어냅니다. Semiramis의 다섯 개 목재 상자 각각은 51–88개의 목재 패널로 이루어져 있습니다.
최종 설계가 확정되면, 자동화를 담당하는 다른 팀이 시공을 진행합니다. 하나의 인공지능으로 작동하는 네 대의 로봇 팔 세트가 여러 개의 무거운 부품(캡슐마다 수십 개)을 제자리에 붙잡고 있는 동안, 사람들은 이를 고정하는 데 쓰이는 수지를 바릅니다. 알고리즘은 작업 중에 충돌이 일어나지 않도록 로봇의 움직임을 계산합니다.
기존 목조 건축과 달리 로봇 생산에는 여러 장점이 있습니다. 첫째, 로봇은 사람들을 힘든 작업과 정밀한 위치 설정에서 해방시키고, 둘째, 조립 과정에 비싸고 자원을 많이 쓰는 하부 구조가 필요하지 않습니다.
로봇 조립은 현재 한창 진행 중입니다. 캡슐의 개별 구간은 정기적으로 트럭으로 테크 클러스터 추크에 운송되며, 건축 조형물은 2022년 봄에 설치되고 최종적으로 식재될 예정입니다. 여름부터는 사람들이 지상이나 인근 건물에서 목재 구조물을 볼 수 있을 뿐 아니라, 자라나는 식물도 잠깐 엿볼 수 있을 것입니다.
한편 콜러에게 이 프로젝트는 이미 가치를 입증했습니다. “Semiramis는 ETH 내외의 사람들을 하나로 묶고, 인터랙티브 건축 설계와 디지털 생산 같은 현재의 핵심 연구 주제를 발전시킨 건축 연구의 등대 같은 프로젝트였습니다.”
