NASA, 우주비행사와 산업계에 힘을 실어주기 위해 로봇 지능 배치

부분적으로 NASA의 자금 지원과 도움으로 개발된 PickNik의 MoveIt Pro는 Amazon Web Services 학습 센터 두 곳의 로비에서 로봇 팔 시연을 자동화합니다. (이미지 :PickNik Inc.)

우주비행사가 되는 것이 항상 매력적인 것은 아닙니다.

휴스턴에 있는 NASA의 존슨 우주 센터에서 Dexterous Robotics 팀을 이끄는 Shaun Azimi는 우주 정거장의 승무원들이 재보급 캡슐에서 화물을 운반하고 쓰레기 봉투를 다시 운반하는 데 시간의 약 3분의 1을 소비한다고 말했습니다. 그리고 그것은 7명의 정규 직원과 함께합니다.

NASA는 나중에 아르테미스 임무에서 우주비행사가 달과 그 주위에 머물도록 계획하고 있기 때문에 NASA는 로봇이 이러한 비천한 작업 중 일부를 대신하여 승무원이 더 많은 과학과 탐사를 할 수 있도록 해주기를 원합니다. 문제는 SF에 등장하는 로봇이 인간을 대신할 수 있는 경우가 많지만, 6개의 관절이 움직이는 팔과 유사한 실제 로봇을 개발하여 가장 단순한 인간 작업도 수행하는 것이 매우 복잡하다는 것입니다.

싱가포르의 Hivebotics는 MoveIt Pro의 맞춤형 버전을 사용하여 주력 제품인 Abluo라는 화장실 청소 로봇을 자동화하고 있습니다. (이미지 :PickNik Inc.)

PickNik Inc.의 수석 소프트웨어 엔지니어인 Ezra Brooks는 "로봇 조작은 역사적으로 자동차 섀시를 한 컨베이어 벨트에서 다른 컨베이어 벨트로 옮기는 공장의 큰 팔과 같습니다."라고 말하면서 사전 프로그래밍된 일련의 작업을 반복하는 데 지능이 필요하지 않다고 지적했습니다.

로봇이 구조화되지 않은 환경에서 물체를 인식하고, 접근하고, 작동을 수행하도록 하는 것은 완전히 다르며 훨씬 더 어려운 작업입니다. 이것이 CO 기반의 볼더(Boulder) 기반 PickNik이 우주국의 도움을 받아 극복하고 있는 과제입니다.

예를 들어, 회사는 Johnson의 로봇 공학자들과 협력하여 로봇이 걸쇠, 손잡이, 경첩을 포함하여 우주선의 해치를 인식한 다음 걸쇠를 돌리고 손잡이를 잡고 문을 열 수 있는 소프트웨어를 입증했습니다.

PickNik Robotics의 MoveIt Pro 로봇 제어 소프트웨어의 사용자 인터페이스는 이 회사가 자동차 제조업체인 BMW와 협력하여 조립 라인 로봇이 예상치 못한 상황에 더 잘 대처할 수 있도록 하기 위해 수행한 작업을 보여줍니다. (이미지 :PickNik Inc.)

로봇 팔 관절의 주어진 시작 구성에서 다음 동작을 설정하는 종료 구성까지의 동작을 계획하는 것만으로도 "아주 영리한 계산과 많은 CPU 마력이 필요합니다"라고 Brooks는 말했습니다. "그런 다음 실제로 해당 궤적을 실행하면 소프트웨어는 로봇에게 필요한 모든 미세한 움직임을 알려줍니다. 아마도 초당 1,000회 이상 이 관절을 이 속도로 움직이거나 약간 다른 위치로 움직이라는 명령을 보내는 것입니다." 힘 피드백 알고리즘은 로봇이 걸쇠를 잡았을 때 이를 알려주고, 제어 알고리즘은 로봇이 걸쇠를 돌리는 데 사용하는 힘의 양을 결정합니다.

달 탐사용 로봇을 준비하기 위해 해야 할 일이 많이 남아 있지만 NASA의 도움으로 개발된 소프트웨어 PickNik은 이미 지구에서 응용 프로그램을 찾고 있습니다.

SBIR(Small Business Innovation Research) 프로그램에 따라 자금을 지원받은 Johnson의 작업은 센터의 새로운 로봇 운영을 위한 통합 모바일 평가 테스트베드(iMETRO)에서 수행되었습니다. 그곳에서 팀은 또한 미래 로봇의 아르테미스 임무를 예상하여 국제 우주 정거장에서 사용되는 종류의 팔 리프트 화물 운반 가방을 해치와 보관함 안팎으로 만드는 소프트웨어의 능력을 입증했습니다.

현재 MoveIt Pro로 알려진 Azimi와 함께 테스트한 소프트웨어 PickNik은 NASA와 우주군이 SBIR 자금을 지원하여 개발되었으며 추가 NASA SBIR 계약을 통해 사용자 인터페이스를 개선하고 자율성과 장애 복구 능력을 향상시키는 데 도움이 되었습니다.

초기 아르테미스 임무는 짧지만 결국 4명 정도의 승무원이 달과 게이트웨이라고 불리는 달 궤도의 우주 정거장에서 1년에 한 달을 보낼 수 있습니다. Azimi는 나머지 11개월 동안 로봇이 보급품을 싣고 내리고 간단한 검사 및 유지 관리 작업을 수행하여 다음 승무원이 체류 기간을 최대한 활용할 수 있다고 말했습니다. “저는 이를 인간을 달 표면에 보내는 데 드는 돈의 가치를 극대화하는 방법으로 보고 싶습니다.”라고 그는 말했습니다.

그는 동일한 로봇이 현재 소수의 회사가 지구 저궤도를 위해 건설하고 있는 상업용 우주 정거장에서 유사한 역할을 수행할 수 있으며 시간제 승무원으로만 근무할 가능성이 높다고 언급했습니다.

Azimi는 현재 PickNik이 제품 개발에 자금을 지원하고 지속 가능하게 만드는 데 도움이 되는 상업용 고객 기반을 지구상에 구축하고 있다고 말했습니다. "그래서 NASA SBIR을 통한 우리의 개발은 지상 사용 사례와 우주 내 사용 사례 사이의 격차에 중점을 둡니다." 예를 들어, 지구와 달 사이의 일관성 없는 통신에는 더 많은 독립적인 로봇이 필요합니다. 그리고 발생하는 문제를 원격으로 해결하는 능력은 작업자가 240,000마일 떨어져 있을 때 훨씬 더 중요해집니다. 하지만 이러한 모든 기능은 지구에서도 유용합니다.

존슨 우주 센터의 로봇 운영 시설을 위한 통합 모바일 평가 테스트베드에서 PickNik 로봇 제어 소프트웨어는 NASA가 나중에 Artemis 임무 중에 로봇이 수행하기를 원하는 작업을 예상하여 화물 운송 가방을 해치를 통과하고 보관 상자에 넣는 것과 같은 작업에서 그 능력을 입증했습니다. (이미지 :NASA)

Brooks는 35명으로 구성된 회사가 NASA의 초기 자금 지원 없이는 상용 제품을 개발하지 못했을 수도 있다고 말했습니다. 그는 로봇공학에서 "팔 수 있는 독특한 제품을 갖출 수 있는 지점에 도달하려면 알고리즘을 개선하고 진지한 과학을 수행하는 데 수년간의 연구와 반복 개발을 수행해야 합니다"라고 말했습니다. NASA는 이러한 기초 작업의 상당 부분에 자금을 지원했습니다.

그리고 그는 세계 최고의 로봇 공학 조직 중 하나와 협력하는 것이 도움이 된다고 말했습니다. “NASA와 함께 일하는 것은 아직 누구도 직면하지 않은 정말 어려운 문제의 깊은 끝을 파고들 수 있다는 관점에서 정말 보람있는 일입니다.”

실제로 Brooks는 NASA의 계약자로서 기관의 On-Orbit 서비스, 조립 및 제조 1 임무를 수행하면서 이러한 문제 중 일부에 직면했습니다. 이 야심 찬 로봇 프로젝트는 그가 PickNik으로 떠난 후 2년 후에 취소되었습니다. 그는 이 작업이 MoveIt 팀이 직면하게 될 문제를 예측하고 해결하는 데 도움이 되었다고 말했습니다.

NASA가 자금을 지원한 모든 소프트웨어 개발은 이미 회사의 주력 제품인 MoveIt Pro에 포함되어 있다고 Brooks는 말했습니다. 2023년에 출시된 이 소프트웨어는 상당한 고객 기반을 확보했습니다. BMW는 이를 사용하여 로봇 조립 라인에 더 많은 지능을 부여하고 있으며 Amazon Web Services 학습 센터 두 곳의 로비에서 로봇 팔 시연을 자동화하고 있습니다.

Lightspeed라는 회사는 전국적인 저렴한 주택 부족 문제를 해결하기 위해 MoveIt Pro를 사용하여 벽, 지붕 및 바닥의 "패널"을 만드는 거대한 로봇 팔을 프로그래밍하고 있습니다. 그리고 PickNik은 싱가포르의 Hivebotics가 주력 제품인 Abluo라는 화장실 청소 로봇을 자동화할 수 있도록 소프트웨어를 맞춤화했습니다.

그러나 MoveIt Pro가 언젠가 우주에서 로봇을 자동화하려면 엔지니어와 우주 기관이 우주 임무를 위한 로봇 지능에 대한 신뢰를 구축하기 위해 많은 작업을 수행해야 한다고 Brooks는 말했습니다. "지금까지 우주로 날아간 어떤 소프트웨어보다 훨씬 더 복잡합니다."

그러나 Azimi는 보상이 노력할만한 가치가 있을 것이라고 말했습니다. 물류 작업이 가능한 로봇은 아마도 시설 유지 관리를 수행하고 승무원이 없는 동안에도 과학 실험을 계속 실행할 수 있을 것이라고 그는 말했습니다. "그 11개월 동안 로봇이 할 수 있는 모든 일은 그 능력이 전혀 없었다면 당신이 현재 있을 수 있는 수준보다 앞서 있는 것입니다."

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