NASA 에임스 연구센터와 협력…국제학술지 게재
국내 연구진이 미국 항공우주국(NASA)과 협력해 인공지능(AI) 로봇을 활용, 국제우주정거장(ISS) 연구를 위한 데이터셋을 공개했다. 우주비행사와 신속하고 정확한 협력이 가능한 안정적인 자율항법 알고리즘 개발에 기여할 전망이다.
광주과학기술원(GIST·총장 임기철)은 김표진 기계공학부 교수팀이 강수영 숙명여자대학교 학부생과 협력해 세계 최초로 무중력 환경에서 활동하는 자율비행 큐브 타입 로봇 'NASA 애스트로비(Astrobee)'를 통해 수집한 센서 데이터의 통합 데이터셋을 개발했다고 17일 밝혔다.
NASA 에임스 연구 센터가 개발한 NASA 애스트로비는 우주비행사 등 인간만이 할 수 있는 우주정거장 내 소음 측정, 실험 기록, 화물 이동 등 핵심적인 작업에 더 집중할 수 있도록 보조하는 역할을 한다. 이때 국제우주정거장 내에서 로봇이 자신의 위치를 파악하며 자율비행을 할 수 있는 카메라 영상을 이용한 비주얼 슬램(Visual SLAM) 기술이 필수적이다.
무중력 환경인 우주 공간은 로봇이 모든 방향으로 자유롭게 움직이고 회전할 수 있을 뿐만 아니라 빛의 변화나 떠다니는 물체의 방해로 로봇이 주변을 인지하고 위치를 파악하는 데 어려움이 있다. 국제우주정거장 내부에서 활용할 수 있는 안정적인 항법 기술의 연구개발에는 데이터와 자원이 부족하다는 한계도 있다. 특히 국내 연구 환경은 무중력 상태에서 로봇을 연구할 수 있는 플랫폼의 부족, 국제우주정거장에 대한 접근 제한이라는 이중 도전에 직면해 있다.
연구팀은 NASA 에임스 연구 센터와 함께 기존에 접근하기 어려웠던 국제우주정거장 내에서 측정 및 수집된 센서 데이터를 통합 및 배포하고 우주 기반 자율비행 기술 연구를 수행했다. 영상 항법에 어려움을 주는 시나리오를 분석하고 비주얼 슬램과 시각적 관성 거리계(VIO) 알고리즘을 비교 및 평가했다.
총 여섯 가지 최신 위치 측위 알고리즘을 이용한 벤치마크(동일한 데이터 셋으로 평가 환경을 구성)를 통해 비교실험을 했으며 대부분의 시나리오에서 기하학 기반의 알고리즘이 안정적이고 정확한 성능을 보였다.
연구팀이 개발한 애스트로비 데이터셋은 무중력 환경에서 발생할 수 있는 다양한 시나리오를 포함한다. 간단한 회전과 주행부터 극단적인 회전, 주변 탐색 등 실제 임무 수행 중 얻은 데이터를 비롯해 자율비행 실험과 성능 평가에 필요한 모든 센서 정보를 통합해 제공한다.
김표진 교수는 “실제 국제우주정거장에서 얻은 다양한 데이터셋과 자율항법 실험 결과를 통해 향후 우주 임무를 위한 더 효율적이고 안정적인 항법 시스템 개발에 대한 방향성을 제공했다는 데 가장 큰 의의가 있다”면서 “이번에 공개하는 데이터셋이 관련 3차원(3D) 컴퓨터 비전 및 로보틱스 연구 분야에 등 다양한 단초를 제시할 것으로 기대한다”고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단 기초연구사업의 지원을 받았으며, 로보틱스 분야 상위 30% 전문 학술지인 'IEEE 로보틱스 앤 오토메이션 레터스' 온라인에 최근 게재됐다.
광주=김한식 기자 hskim@etnews.com
