숭실대학교 전기공학부 배원규 교수 연구팀은 동물의 고유 감각을 모방해 센서 없이 스스로 걷는 피지컬 AI 로봇 기술을 최근 개발했다고 밝혔다. 아울러 이번 연구 결과를 담은 논문(제1저자 정회진)이 국제 저명 학술지 '바이오미메틱스(Biomimetics, MDPI)' 최신호에 최근 정식 게재됐다.
업계에 따르면 최근 AI 소프트웨어를 넘어 현실 세계와 물리적으로 상호작용하는 피지컬 AI가 화두로 부상하고 있다. 하지만 기존의 휴머노이드나 4족 보행 로봇은 주변을 인식하고 균형을 잡기 위해 라이다(LiDAR), 고성능 카메라 등 값비싼 외부 센서에 의존해야 했다. 이로 인해 높은 가격과 무거운 무게가 일상 도입의 한계로 지적되어 왔다.
자연모사공학자인 배원규 교수는 이러한 공학적 난제를 해결하기 위해 수십억 년에 걸쳐 진화한 생명체의 메커니즘에서 해답을 찾아냈다고 전했다. 동물이 시야가 차단된 어두운 환경에서 근육 및 관절 움직임을 스스로 느끼며 걷는 '고유수용성 감각(Proprioception)'에 착안, 외부 센서 대신 근육 역할을 하는 모터의 감각에 집중했다는 설명이다.
배원규 교수 연구팀은 이번 연구 성과가 앞서 대한전기학회 영문지에 발표한 선행 연구의 확장판이라고 전했다. 연구팀은 선행 연구를 통해 복잡한 인코더 센서 없이 직류(DC) 모터의 전류 패턴만으로 로봇 관절 각도를 정밀하게 예측하는 AI 프로세스를 개발했다고 안내했다. 이를 통해 어텐션-LSTM(ALSTM) 모델로 최적의 원천 기술을 확보했다는 것이다.
연구팀은 이러한 기초 기술을 보행 로봇의 자율 제어 시스템으로 한 단계 진화시켰다. 모터에서 발생하는 미세한 전류 변화를 신경 신호처럼 ALSTM 모델에 학습시켜 외부 센서 없이 오직 모터 전류만으로 피지컬 AI가 현재 자세를 인지하고 미래 움직임을 스스로 통제하는 데 성공했다는 설명이다. 연구팀은 이에 대해 자연의 진화적 산물과 최신 AI를 결합한 '센서 없는 피지컬 AI 자기인식'이라는 새로운 패러다임을 증명한 사례라고 소개했다.
연구를 주도한 자연모사공학자 배원규 교수는 “자연은 복잡한 공학적 난제들에 대해 가장 단순하고 효율적인 정답을 갖고 있다”며 “이번 연구로 값비싼 외부 센서 없이도 피지컬 AI 로봇이 스스로 자신의 물리적 상태를 인지하고 이상 상황에서 자율적으로 회복할 수 있음을 증명했다”고 설명했다.
이어 “향후 거친 지형 등 실제 자연환경 데이터를 추가 학습시키고 AI 모델을 로봇 내부의 마이크로컨트롤러(MCU)에 최적화하여 외부 연산 장치 없이 자체 제어가 가능한 완전 통합형 온디바이스(On-device) 자연모사 피지컬 AI 로봇을 구현할 계획”이라고 덧붙였다.
이원지 기자 news21g@etnews.com
