사족보행 '라이보2', 장거리 로봇 기술로 네이처 본지 게재

'라이보2' 국내 로봇 연구, 네이처 본지에 첫 게재
배터리 충전·교체 없이 42.195㎞ 마라톤 완주 기록
기계·전기·구동·제어 통합 설계로 에너지 효율 높여

사족보행 로봇 '라이보2(RAIBO2)'의 장거리 주행 기술과 마라톤 완주 결과를 담은 연구 논문이 국제학술지 '네이처(Nature)' 본지에 게재됐다. 국내 로봇 연구가 네이처 본지에 게재된 것은 이번이 처음이다.

24일 KAIST에 따르면 황보제민 교수 연구팀이 개발한 라이보2는 2024년 11월 열린 상주 곶감 마라톤 대회에 참가해 배터리 충전·교체 없이 풀코스(42.195㎞)를 4시간 19분 52초 만에 완주했다. 사족보행 로봇이 마라톤 대회에서 풀코스를 완주한 것은 라이보2가 처음이다.

세계 로봇 업계에서는 사족보행 로봇과 휴머노이드의 달리기 속도와 장애물 극복 능력 등을 겨루는 경쟁이 치열하다. 실제 산업현장에서는 로봇을 장시간 운용할 때 에너지 효율과 발열, 배터리, 구동장치의 안정성 등을 확보하는 것이 중요하다고 판단한다.

라이보2가 2024년 11월 '상주 곶감 마라톤 대회'에 참가해 배터리 충전·교체 없이 42.195㎞를 완주, 결승 지점을 통과하고 있다. KAIST

네이처 본지에 실린 논문의 핵심도 라이보2의 마라톤 기록 자체가 아니다. 연구팀은 장거리 주행 문제를 배터리와 모터 등 개별 부품의 성능에 한정하지 않고, 기계구조·전기 시스템·보행 제어가 유기적으로 연결된 로봇 전체의 시스템 문제로 접근했다.

사족보행 로봇은 다리를 반복적으로 움직이는 과정에서 구동 장치뿐 아니라 전장과 기구부 등 여러 부분에서 에너지가 손실된다. 특정 부품의 효율만 높이는 방식으로는 빠르고, 안정적인 보행과 장거리 주행을 동시에 확보하기 어렵다는 의미다.

같은 이유로 연구팀은 로봇 전체 시스템에서 발생하는 에너지 손실을 분석해 보행 성능은 유지하면서, 에너지 소비를 줄일 수 있도록 기구·전장·구동·제어 시스템을 통합적으로 설계했다. 또 사족보행 로봇이 장시간 안정적으로 움직이기 위해 어떤 요소가 고려돼야 하는지를 구체화한 설계 원리를 제시했다.

라이보2의 보행 제어기 학습 네트워크 및 시뮬레이션 학습 환경. KAIST

특히 연구팀은 실험실에서의 짧은 주행 시험이나 계산으로 추정한 최대 주행거리에 함몰되지 않고, 실제 마라톤 풀코스에서 장거리 주행 성능을 검증했다.

또 라이보2가 마라톤을 완주하는 과정에서 로봇 내부의 전압·전류·온도·배터리 상태를 실시간으로 기록하고, 해당 데이터를 GPS로 측정한 위치·속도·고도 정보와 동기화했다. 라이보2는 마라톤 참가자로 공식 등록돼 구간별 기록을 남겼으며, 연구팀은 출발선부터 결승선까지 4시간여 동안의 주행 과정 전체를 영상으로 담았다.

마라톤 완주가 라이보2의 장거리 주행 성능을 보여주는 실증 결과라면, 완주 과정에서 축적한 데이터는 실제 외부 환경에서 로봇의 성능과 에너지 사용이 어떻게 유지됐는지를 보여주는 과학적 근거가 됐다.

연구팀은 한발 나아가 실측 데이터를 토대로 라이보2의 장거리 주행을 가능케 한 시스템 설계 원리와 검증 방법을 제시했다. 네이처 본지에 게재된 이번 연구는 라이보2의 마라톤 완주 기록을 사족보행 로봇의 장거리 운용에 필요한 기술·학술적 성과로 확장했다는 점에서 의미를 갖는다.

연구팀은 앞으로 1대의 연구용 로봇에서 구현한 성능을 실제 산업현장에서 반복적으로 활용할 수 있는 제품으로 발전시켜갈 계획이다. 황보제민 교수 연구실에서 출발한 KAIST 교원창업기업 라이온로보틱스는 연구 성과를 실제 제품으로 연결하는 역할을 맡는다.

황보제민 교수는 "라이보2는 연구팀이 대부분 부품을 직접 설계하고, 수작업에 가깝게 제작·조립해 성능을 극한까지 끌어올린 연구용 플랫폼"이라며 "앞으로는 연구용 시제품 수준의 성능을 유지하면서 양산 가능한 하드웨어로 발전시키는 것이 연구팀의 과제"라고 말했다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr