[디지털비즈온 최유진 기자] 2000년대 부터는 지능형 서비스 로봇 시장으로 전이 되는 추세였다. 지능형 서비스로봇은 애완용로봇, 청소로봇, 경비로봇 등과 같은 개인용 로봇과 의료로봇, 안내로봇, 재난구조로봇, 원전 로봇 등과 같은 전문로봇으로 나누어진다.

인간형 로봇이란 인간처럼 두발로 서서 걷는 로봇을 일컫는다. 인간형 로봇이란 모양, 기능 및 움직임에서도 인간과 유사해야 한다. 인간형 로봇의 핵심 기술 가운데 하나가 두 발로 이동하기다.

독일 막스플랑크지능시스템연구소와 미국 어바인캘리포니아대(UCI) 연구진이 타조를 모델로 삼아 에너지 효율이 훨씬 좋은 2족 보행 로봇 ‘버드봇’(BirdBot)을 개발했다.

독일 슈투트가르트에 있는 막스 플랑크 지능 시스템 연구소(Max Planck Institute for Intelligent Systems)의 연구진은 지구상에서 가장 빠른 타조와 같은 뛰어난 운동 능력의 비밀이 특별한 다리 구조에 있을 것으로 보고 분석에 들어갔다.

2족으로 걸어다니는 새의 다리는 인간과 반대의 무릎 배열을 가지고 있으며, 위쪽 다리는 뒤로 구부러지고 아래쪽 다리는 앞으로 움직인다. 동시에 발은 뒤로 회전하여 새를 앞으로 나아가게 한 후 다음 단계를 준비하기 위해 체인을 뒤집는다. 보기에는 이상해 보이지만 네 발 달린 동물의 뒷다리와 같은 방향이다. 아마도 사람의 팔은 대부분의 동물의 뒷다리 구조를 가지고 있고 사람의 다리는 앞다리와 같은 구조로 관절이 다르게 배열되어 있기 때문에 사람이 네 발로 여행하기 어려운 이유 중 하나일 것이다.

연구진은 새의 독특한 다리 접기의 핵심은 신경이나 근육, 전기자극이 아니라 다리에서 발에 이르는 여러 관절이 하나의 기계적 시스템으로 결합돼 있는 것이라는 결론을 내렸다. 연구진은 이에 착안해 이 시스템을 적용한 로봇 다리 구조를 고안해냈다. 발에 모터를 다는 대신 스프링과 연결선으로 이뤄진 관절을 만들고, 도르래를 이용해 관절과 관절 사이를 연결시켰다. 모터는 고관절과 무릎 두 곳에만 달았다. 고관절 모터는 다리를 앞뒤로 움직여 주는 역할을, 좀 더 작은 무릎 모터는 다리를 들어올려 구부려 주는 역할을 한다.

버드봇은 다리를 땅에 디딘 상태에서는 발과 다리 관절에 힘을 전해줄 액추에이터(동력장치)가 필요 없었다. 스프링이 힘줄 역할을 하면서 자연스레 관절에 힘이 들어가기 때문이다.

앞뒤로 움직이는 동작에서는 발과 다리를 잇는 스프링(힘줄)이 풀리면서 타조처럼 발이 뒤로 접혔다. 엉덩이에서 무릎과 발까지 이어지는 다리가 전체적으로 하나의 긴 스프링처럼 작동해 에너지 소비량을 줄여줬다.

연구진은 종전엔 서 있을 때나 보행을 위해 다리를 들어올릴 때 다리가 바닥에 부딪히지 않도록 모터를 작동시켜야 했으나 버드봇에서는 그럴 필요가 없게 됐다고 밝혔다. 모터를 제때 작동시키려면 센서와 제어장치도 필요하다. 이에 따라 새 로봇에 필요한 에너지는 이전 보행 로봇의 4분의 1 수준으로 줄었다.

연구진은 “이렇게 튼튼하고 빠르고 효율적인 구조 덕분에 타조처럼 덩치가 크고 무거운 새도 빠르게 달릴 수 있다”고 설명했다. 보다 효율적인 보행 로봇을 구축하는 것은 효율성 을 확장하는 데 중요합니다. 많은 지역에서 빈번한 충전이 불가능하고 고용량 배터리는 무게를 더하여 기기의 운반 용량을 줄였다. 버드봇은 서 있을 때 다리에 에너지가 전혀 소모되지 않고 스윙 상태에서만 무릎 모터를 사용하여 다리를 들어 올려 지면에 끌리는 것을 방지한다는 점에서 버드봇의 특징이다.

BirdBot의 분명한 장점은 모든 모터가 꺼져 있어도 똑바로 설 수 있다는 것이 획기적이었다. 이는 근력이 없어도 서서 잘 수 있는 플라밍고를 연상시킨다. 연구원들에 따르면, 새로운 메커니즘은 스윙에서 스탠스로 전환할 때 빠른 기계적 제어를 가능하게 하며, 이는 고르지 않거나 예측할 수 없거나 부드러운 지형에서 이동할 때 특히 유용할 수 있습니다고 밝혔다. 이 논문은 국제학술지 ‘사이언스 로보틱스’에 발표되었다.