‘낚시거미’ 닮은 네 다리 로봇보트, 익수자 탐색부터 회수까지

물에 빠진 사람을 발견하고 다가가는 데서 한 걸음 더 나아가, 직접 물 밖으로 끌어내도록 설계된 네 다리 로봇보트가 개발됐다.

미국 스티븐스공대와 중국 선전 인공지능 로봇연구소 공동 연구팀은 낚시거미를 모방한 4족 보행형 로봇보트 ‘쿼드보트’를 개발했다. 연구 결과는 논문 사전 공개 사이트 아카이브에 공개됐다. 논문 제목은 ‘익수자 구조를 위한 4족 수상 이동체 쿼드보트의 설계와 제어’다.

낚시거미는 물 표면이 얇은 막처럼 버티는 수면장력을 활용해 긴 다리로 이동한다. 쿼드보트는 이와 달리 일반적인 부력으로 물에 뜬 상태에서 네 다리를 추진 장치로 사용한다. 네 다리를 각각 움직여 로봇의 자세를 능동적으로 조절하고 여러 방향으로 안정적으로 이동하도록 설계됐다.

기존 수난 구조용 무인수상정은 대부분 익수자를 탐색하거나 익수자에게 접근하는 역할에 초점을 맞췄다. 쿼드보트는 수면에 떠 있는 목표물을 찾아 따라간 뒤 물 밖으로 끌어내는 회수 기능까지 수행하는 것이 특징이다.

연구팀은 역기구학 기반 제어기와 모델예측제어, PID 제어기를 결합해 로봇 제어 시스템을 만들었다. 역기구학은 원하는 다리의 위치와 움직임에 맞춰 관절 동작을 계산하는 방식이다. 모델예측제어는 앞으로의 움직임을 예측해 제어하며, PID 제어기는 목표 상태와 실제 상태 사이의 오차를 줄이는 데 쓰인다.

연구팀은 수영장에서 쿼드보트가 계획된 경로를 따라 이동하는 능력과 기동 성능을 확인했다. 이어 시각 기반 인식 시스템으로 수면 위 목표물을 탐지하고 추적한 뒤 회수하는 시험을 진행했다. 실내와 실외 환경 모두에서 떠 있는 목표물을 안정적으로 추적하고 회수하는 데 성공해 수난 구조 임무에 적용할 가능성을 확인했다.

연구팀은 수난 구조에서는 익수자를 발견하는 것뿐 아니라 신속하게 물 밖으로 끌어내는 일이 생존율을 높일 수 있지만, 기존 구조 로봇은 이런 회수 기능을 충분히 구현하지 못했다고 밝혔다. 쿼드보트가 앞으로 선박·해양 사고와 하천 구조 현장에서 구조대원을 지원하는 플랫폼으로 활용될 것으로 기대했다.

다만 이번 실험은 통제된 환경에서 진행됐다. 연구팀은 파도와 조류, 강풍이 발생하는 실제 해양 환경에서도 성능을 검증하는 추가 작업이 필요하다고 설명했다.

자료: 미국 스티븐스공대·중국 선전 인공지능 로봇연구소