배우며 성장하는 로봇 개발

올챙이가 개구리로 변하면서 네 발로 움직이게 되듯 몸이 변하면서 새로운 동작을 배우는 로봇이 개발됐다고 사이언스 데일리가 보도했다.

미국 버몬트 주립대 연구진은 처음엔 기다가 나중엔 일어나 걷도록 진화하는 로봇을 시뮬레이션과 실제 두 가지로 만들어 처음부터 고정된 형태로 만들어진 로봇과 비교한 결과 진화 로봇이 넘어뜨려도 더 잘 일어나고 더 활기차게 걷는 것으로 밝혀졌다고 미국립과학원회보(PNAS) 최신호에 발표했다.

연구진은 이 실험이 `진화 로봇학`으로 불리는 보다 광범위한 벤처 공학의 일환으로, 불빛을 향해 넘어지지 않고 걸어가는 직립 사지 로봇을 신속하고 꾸준히 생산하는 데 목표를 두고 있다고 밝혔다.

이들은 "로봇은 수많은 움직이는 부품으로 이루어져 있고 뇌는 이런 부품들과 함께 켜지고 꺼지는 뉴런과 센서, 모터 등 수많은 재료로 이루어져 있어 어떤 면에서는 사람과 너무나 비슷하기 때문에 이해하기 어려운 측면이 있다"고 말했다.

로봇은 이론적으로는 건설 현장 정리나 도로포장 등 힘들고 위험한 작업에 동원될 수 있지만 이런 이유 때문에 험한 바깥 환경에서 지속적으로 단순하면서도 상황에 알맞은 동작을 하는 로봇을 만드는 연구는 대부분 성공하지 못했다.

연구진은 이에 따라 로봇의 행동을 처음부터 직접 프로그램하기보다는 로봇이 스스로의 행동을 발달시켜 나가는 쪽으로 컴퓨터 프로그램을 전환했다.

이들은 복잡한 컴퓨터 시뮬레이션을 이용해 입체적으로 움직이는 인공 동물들을 합성해 내고 여러 세대에 걸쳐 다양한 움직임을 실험해 신체 구조에 따라 처음엔 기다가 발을 질질 끌며 걷게 되고 궁극적으로는 똑바로 서서 걷게 되는 `유전적 알고리즘` 소프트웨어 루틴을 적용했다.

이런 방식으로 몸 구조가 변화하는 로봇들은 고정된 형태의 로봇들보다 목적지에 빨리 도착할 뿐만 아니라 막대기로 찔러 넘어뜨리려는 연구자의 시도 등 한 번도 경험해 보지 못한 도전도 더 잘 극복하는 것으로 밝혀졌다.

연구진은 이에 대해 "뱀이나 파충류 모양의 로봇은 본질적으로 연습용 바퀴 같은 것이다. 이런 형태의 로봇은 넘어질 수가 없기 때문에 진화 과정에서 동작 패턴을 더 빨리 발견하게 된다. 따라서 진화 과정에서는 균형 잡는 문제가 아닌 이동 문제만 해결하면 되고 시간이 지나면 이동 문제가 다 해결된 상태에서 균형 잡는 문제에 도전하기 때문에 더 좋은 성과를 낳는 것"이라고 설명했다.

이들 로봇의 핵심은 인공두뇌를 진화시키기만 하는 것이 아니라 변화하는 몸 구조와 지속적으로 상호작용을 하는 데 있다는 것이다. 예를 들어 올챙이는 다리가 없기 때문에 다리로 차는 동작은 할 수 없지만 다리 없이 하는 동작과 다리로 하는 동작을 차례로 배우는 것이다.

연구진은 로봇의 몸속에서 진화하는 인공두뇌, 즉 신경 조절장치가 여러 세대에 걸쳐 바람직한 행동을 계속하는 방법을 배우는 능력이 뛰어난 것으로 보인다고 말했다.

이들 로봇은 땅에 붙은 상태와 쪼그린 상태, 바로 선 상태에서 걷는 방식을 배우기 때문에 새로운 난관에 부딪혀도 탄력있게 직립 상태를 유지할 수 있다는 것이다.

연구진은 각각 30시간이 소요되는 이런 시뮬레이션 프로그램을 5천회 돌린 뒤 조립용 완구 레고를 이용해 단순한 로봇을 만들었으며 이를 통해 시뮬레이션의 성과가 현실에서도 가능하다는 것을 입증했다.

[연합뉴스]