쥐 닮은 로봇 'SQuRo', 민첩한 검사 역량 약속

다족 로봇은 실제 응용에 매우 유망하지만, 좁은 공간에서의 작동은 여전히 도전적이다. 환경 적응성을 높이는 한 가지 해결책은 여러 동작을 수행하고 페이로드를 운반할 수 있는 소형 생체모방 로봇을 설계하는 것이다. 동굴에 사는 쥐들이 탁월한 민첩성과 적응성으로 큰 주목을 받아왔다. 쥐의 형태나 운동 특성을 모방하려는 많은 노력이 있어왔다.

최근 베이징 공과대학(BIT) 치 칭(Shi Qing) 교수팀이 SQuRo(소형 4족 보행 로봇 쥐)라는 새로운 로봇 쥐를 개발했다.

치 교수팀은 쥐의 움직임이나 행동을 재현하는 로봇들을 개발해왔다. 생체영감 설계를 통해 여러 쥐 같은 행동을 할 수 있는 바퀴 달린 로봇 쥐를 개발했다. 최근엔 바퀴를 다리로 교체해 운동 민첩성을 더 높였다. IEEE 로보틱스 트랜잭션(IEEE Transactions on Robotics)에 게재된 이 연구에서 실험 결과, 다리 달린 로봇 SQuRo가 좁은 공간 내 실제 쥐의 움직임을 모방할 수 있음이 밝혀졌다.

쥐는 길쭉한 날씬한 몸체와 탁월한 민첩성으로 좁은 공간에 적응한다. 운동 민첩성을 모방하기 위해 팀은 동굴에서 움직이는 쥐의 형태와 운동 특성을 최대한 활용했다. 팀은 먼저 쥐의 핵심 운동 관절(KMJ)을 추출하고 자유도(DOF) 구성을 완료했다. 구체적으로 사지 각각에 2 DOF를 설계해 사지 움직임을 재현하고, 허리와 머리에 각각 2 DOF를 둬 유연한 척추 움직임을 복제했다. 길고 유연한 척추 덕분에 SQuRo는 몸을 구부리고 빠르게 방향을 바꿀 수 있다.

쥐의 형태를 모방하는 것 외에도 로봇 쥐는 쥐의 운동 특성도 갖는다. 이를 위해 팀은 쥐와 유사한 다중 모드 운동을 달성하기 위한 계층적 개루프 컨트롤러를 제안했다. 제어 프레임워크는 주로 세 레이어로 구성된다: 1) 4가지 기본 운동 모드를 가진 다중 모션 플래너와 제어 변수와 지면 반력(GRF) 간 직접적 관계 수립; 2) 안정성과 작동 한계 고려한 파라미터 최적화; 3) 각 관절의 궤적 생성. 이 제어 프레임워크로 민첩한 움직임과 빠른 전환이 가능해진다.

생체모방 유연 구조와 다중 모드 운동 제어 덕분에 SQuRo는 웅크리기-일어서기, 걷기, 기기, 돌기 등 다양한 동작을 수행할 수 있고, 사지와 경부 조절로 무게중심(CoM)을 적절히 조정해 넘어졌을 때 복구할 수 있다. 게다가 현장 테스트에서 SQuRo는 불규칙한 좁은 통로(내부 폭 90mm) 통과, 30mm 높이 장애물 넘기, 15° 경사면에서 안정적 이동을 달성해 좁은 공간 내부 검사 작업에의 잠재적 응용을 입증했다.

비슷한 규모의 최첨단 4족 로봇들과 비교해 새로 개발된 SQuRo는 상대적으로 더 길쭉하고 날씬한 몸체와 더 가벼운 무게를 가진다. 0.48 바디 길이의 최소 회전 반경은 다른 로봇들에 비해 훨씬 작다. 또한 SQuRo는 자중의 91%에 달하는 하중을 싣고도 안정적 이동을 달성해 소형 4족 로봇 대비 우월한 페이로드 운반 능력을 보여준다. 이런 능력들로 SQuRo는 좁은 공간과 험한 지형을 민첩하게 통과하며 관련 시나리오에서 탐지나 수송 같은 작업 수행이 가능하다.

자세한 정보는 IEEE 로보틱스 트랜잭션의 루오시 티안(Ruoxi Tian)에게 문의: 이메일(스팸봇 보호, 자바스크립트 필요).