모포봇(M4) : 다양한 환경을 위한 다목적 및 적응형 로봇 개발

자연에서 영감을 얻은 로봇 기술 : 동물의 이동 전략을 활용한 혁신적인 모포봇(M4) 로봇 개발

 
M4 로봇은 여러 가지 환경에서 다양하고 적응력 있는 이동성을 허용하는 모듈식 아키텍처로 설계된 고도로 발전된 로봇 시스템입니다. 비행, 구르기, 기어가기, 웅크리기, 균형 잡기, 공중에 앉기, 정찰 및 이동 조작을 포함한 다양한 이동 모드로 한 구성 요소를 사용할 수 있습니다. 이러한 모드를 통해 로봇은 다양한 지형을 탐색하고 일반적으로 기존 로봇을 방해하는 장애물을 극복할 수 있습니다.
 

다중 모드 모빌리티 모포봇(M4) - 모포봇은 무게가 6kg이며 길이가 70cm이고 가로와 세로는 각각35cm이다. 각각 2개의 관절로 이루어진 다리 4개가 있으며 각 다리의 끝에는 덕트형 팬(ducted fan)이 달려 있다.(*출처:nature communications)

 
 
 

M4(Multi-Modal Mobility Morphobot) 설계 및 기능

 

1.모듈식 설계

 
M4 로봇은 모듈식 설계로 제작되어 바퀴, 스러스터 및 다리와 같은 다양한 구성 요소를 다양한 환경에 맞게 쉽게 교환하거나 결합할 수 있습니다. 이러한 유연성 덕분에 육지, 수중 또는 공중에서도 다양한 지형에 빠르게 적응할 수 있습니다.
 

2. 다중 모달 모빌리티

 
M4는 다음과 같은 다양한 모빌리티 기능을 선보입니다.
 

• 비행 : 통합 추진기 또는 날개를 갖춘 M4는 장거리를 효율적으로 커버하거나 접근하기 어려운 지역에 도달하기 위해 공중으로 날아갈 수 있습니다.
• 롤링 : 바퀴 또는 트랙을 사용하여 로봇은 평평한 표면에서 고속 이동을 달성할 수 있습니다.
• 크롤링 : 거칠거나 고르지 않은 지형을 만났을 때 M4는 연결된 다리를 사용하여 효과적으로 기어갈 수 있습니다.
• 웅크리기 : 웅크리는 기능을 통해 M4는 좁은 공간을 탐색하고 탐색 능력을 더욱 확장할 수 있습니다.
• 균형 : M4의 정교한 제어 시스템을 통해 가파른 경사면이나 불안정한 표면에서도 균형을 유지할 수 있습니다.
• 공중 앉기 : 로봇은 주변을 더 잘 보거나 에너지를 절약하기 위해 높은 표면이나 물체에 앉을 수 있습니다.
• 스카우트 : M4는 더 작은 스카우트 로봇을 배치하여 접근하기 어렵거나 위험한 지역에서 안전한 위치에 있는 동안 데이터를 수집할 수 있습니다.
• 이동 조작 : M4는 특정 작업이나 도전에 적응하기 위해 이동을 조작할 수 있습니다.

3. 자율 모드 전환

 
M4 로봇에는 고급 온보드 컴퓨터와 센서가 장착되어 있어 환경 조건과 임무 요구 사항에 따라 다양한 모드를 자율적으로 전환할 수 있습니다. 이 자율성은 탐사 또는 정찰 작업 중에 적응성과 효율성을 향상합니다.
 

4. 페이로드 용량

 
M4는 다양한 센서, 카메라 및 과학 장비를 탑재할 수 있는 상당한 페이로드 용량을 갖추고 있어 연구, 데이터 수집 및 모니터링 임무에 적합합니다.
 

5. 장애물 처리

 
로봇의 다중 모드 기능을 통해 기존 로봇을 방해할 수 있는 큰 장애물을 극복하거나 까다로운 지형을 우회할 수 있습니다.
 

6. 인공 지능 통합

 
M4는 인공 지능 알고리즘을 활용하여 센서의 데이터를 분석하고 경험을 통해 학습하며 시간이 지남에 따라 이동 및 의사 결정 프로세스를 최적화합니다.
 
 
요약하면 M4 로봇의 다중 모달 이동성, 모듈식 설계, 자율 의사 결정, 페이로드 용량, 장애물 처리 및 인공 지능 통합은 수색 및 구조 임무, 환경 모니터링, 행성 탐사, 과학 연구 등에서 널리 사용할 수 있습니다.
 
이러한 고급 인공 지능 알고리즘을 통합한 M4 로봇은 센서의 데이터를 분석하고 경험을 통해 학습하며 움직임과 의사 결정 프로세스를 최적화할 수 있습니다. 이러한 통합을 통해 로봇은 실제 상황에서 성능을 조정하고 개선하여 매우 지능적이고 유능한 로봇 시스템이 됩니다.
 
M4에서 주장된 운동 가소성을 입증하기 위해 다양한 실험을 수행했습니다. 이 실험에는 바퀴 달린 운동, 비행, MIP (메커니즘 인풀릿 프로세싱), 웅크리기, 물체 조작, 사족 보행, 가파른 경사면에서의 추진기 보조 MIP, 큰 장애물을 넘어서는 것 등이 포함됩니다. 또한 M4의 설계가 확장 가능하고 독립형 작업을 지원하는 페이로드 용량을 달성할 수 있음을 보여주기 위해 M4의 온보드 센서와 컴퓨터를 사용하여 완전 자율 다중 모드 경로 계획을 테스트했습니다.
 
M4의 운동 기능을 입증하기 위해 다양한 실험을 수행했습니다. M4은 원격 작동된 상태에서 연못 주변을 탐색하는 바퀴 달린 기동을 수행한 후 UAS로 변신하여 연못 위를 날아갔습니다. 또한 UGV에서 MIP로, MIP에서 UGV로 제어된 전환을 수행하며, MIP 기동에서는 바퀴에서 추진기로 용도가 변경되었습니다. 이러한 기동에서는 스러스터의 힘과 바퀴의 트랙션을 조절하여 안정적인 움직임을 달성했습니다. 또한 M4은 웅크리기, 물체 조작, 사족 보행을 수행할 수 있으며, 사족 보행을 위해 바퀴를 잠그고 다리의 역할을 바꿔주는 메커니즘을 사용했습니다.
 
M4가 완전히 자립적으로 작동할 수 있음을 보여주기 위해 두 가지 단계를 거쳤습니다. 첫째로, 오프보드 감지 및 컴퓨팅을 사용하여 다중 모드 경로 계획 알고리즘을 설계하고 테스트했습니다. 둘째로, 이 다중 모드 경로 계획 알고리즘을 M4의 온보드 컴퓨터와 센서로 이식하여 완전히 자율적인 작동을 달성했습니다. 이를 통해 M4는 계산된 궤적을 따라 플랫폼 위에 착륙하고 다시 UGV 구성으로 변환할 수 있었습니다.
 

마치며…

이제 로봇이 우리 실생활에서 큰 도움을 줄 수 있는 존재가 되었습니다. 모포봇의 개발로 이를 이로운 곳에 다양하게 사용될 수 있도록 하는 것은 우리 인간의 몫이 되었습니다. 인류가 할 수 없는 영역까지 로봇이 해준다고 하니 좀 더 신중하게 로봇에 대해 감사해하며 잘 이용해 나가길 바랄 뿐입니다.