KAIST 연구팀은 사족보행 로봇 '라이보2'가 배터리 교체 없이 마라톤 풀코스를 완주한 설계 원리를 분석하여 세계적 학술지 '네이처'에 발표했습니다. 연구팀은 기계 구조와 제어 시스템을 통합적으로 최적화해 에너지 효율을 극대화함으로써 실제 이동 거리를 최대한 확보하는 시스템 설계 방식을 학술적으로 증명했습니다. 이번 성과는 향후 장시간 순찰 및 탐사 로봇의 상용화와 양산 기술 개발에 핵심적인 역할을 할 것으로 기대됩니다.
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| 경북 상주 마라톤대회에 출전한 KAIST 라이보2가 연구자들과 함께 뛰고 있다. 라이보2에 대한 연구논문이 학술지 네이처에 게재됐다. (사진=KAIST 제공) |
사족보행로봇 '라이보2(RAIBO2)'는 KAIST 기계공학과 황보제민 교수 연구팀이 개발한 사족보행로봇으로 배터리를 충전하거나 교체하지 않고 마라톤 풀코스를 완주한 이색 이력을 보유하고 있다. 2024년 11월 열린 경북 상주 곶감 마라톤 대회에서 4시간 19분 52초동안 쉬지 않고 네 발을 구동해 풀코스 42.195㎞를 이동한 것으로 마라톤 풀코스를 완주한 세계 최초의 사족보행 로봇이라는 애칭을 얻었다.
그로부터 2년간 황보제민 교수 연구팀은 라이보2가 한 번의 충전으로 마라톤 풀코스 거리를 쉬지 않고 구동할 수 있었던 근거를 학술적으로 분석하고 증명하는 시간을 보냈다. 가령, 로봇이 가만히 서 있거나 천천히 움직일 때도 컴퓨터와 센서, 통신장치 등은 계속 전력을 사용하는데 그럴 경우 1㎞를 가는 데 더 오랜 시간이 걸려 전체 에너지 소비가 커질 수 있다. 반대로 너무 빠르게 달리면 다리를 빠르게 움직이고 발을 착지시키면서 발생하는 기계적 손실이 증가한다. 배터리를 추가하면 저장할 수 있는 에너지는 늘어나지만 동시에 로봇의 무게도 증가해 몸을 지탱하기 위해 관절에서 더 큰 전류를 사용해야 하고, 다리를 움직이거나 착지할 때 발생하는 손실도 커진다.
황보제민 교수 연구팀은 장거리 주행을 배터리나 모터 등 개별 부품의 성능 문제가 아니라 기계 구조와 전기 시스템, 보행 제어가 긴밀하게 연결된 '로봇 전체의 시스템 문제'로 접근했다. 42.195㎞를 완주하는 동안 로봇 내부의 전압과 전류, 온도, 배터리 상태를 실시간으로 기록해 데이터를 확보했다. 연구팀은 한 번의 인상적인 시연을 분석하고 재검증할 수 있는 시스템 설계 원리와 실측 데이터 기반의 연구 성과로 발전시켰다. 로봇 전체에서 발생하는 에너지 손실을 체계적으로 분석하고, 높은 보행 성능을 유지하면서도 에너지 소비를 줄일 수 있도록 기구와 전장, 구동 및 제어 시스템을 통합적으로 설계했다. 이를 통해 사족보행로봇이 장시간 안정적으로 움직이기 위해 어떤 요소를 함께 고려해야 하는지 구체적인 설계 원리를 제시했다.
연구팀은 실증을 넘어 라이보2처럼 효율을 극대화한 양산형 로봇을 생산하는 것으로, KAIST 교원창업기업인 라이온로보틱스가 이번 연구 성과를 실제 제품으로 연결하는 역할을 맡을 예정이다. 현재 라이온로보틱스는 이러한 시스템 설계 역량을 바탕으로 연구용 시제품을 넘어 실제 현장에서 장시간 운용할 수 있는 사족보행로봇의 제품화와 양산 기술을 개발하고 있다.
황보제민 교수는 "라이보2처럼 시스템 설계 방식은 앞으로 장시간 순찰이나 탐사처럼 충전 없이 오랫동안 움직여야 하는 보행로봇을 개발하는 데 활용될 수 있다"이라며 "연구실에서 구현한 세계 최고 수준의 성능을 산업 현장에서 누구나 안정적으로 사용할 수 있는 제품으로 연결하겠다"고 말했다.
임병안 기자
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