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개미떼처럼 스스로 무리를 이루는 로봇 나왔다

2018년 12월 21일 16:47
이미지 확대하기스페인 바르셀로나 유럽분자생물학연구소(EMBL) 제임스 샤프 교수 연구진은 자신들의 의사소통만으로 군집을 이루는 군집로봇 시스템을 개발했다. -제임스 샤프 교수 연구진 제공
스페인 바르셀로나 유럽분자생물학연구소(EMBL) 제임스 샤프 교수 연구진은 자신들의 의사소통만으로 군집을 이루는 군집로봇 시스템을 개발했다. -제임스 샤프 교수 연구진 제공

인간의 조작 없이도 개미떼처럼 한 번에 수백 개 로봇이 스스로 무리를 이루는 기술이 개발됐다.

 

스페인 바르셀로나 유럽분자생물학연구소(EMBL) 제임스 샤프 교수 연구진은 군집 형태를 사전에 지정하지 않아도 로봇끼리 신호를 주고받으며 무리를 이루는 군집로봇 시스템을 개발했다고 국제학술지 ‘사이언스 로보틱스’ 19일자에 소개했다. 

 

로봇이나 드론 한 대가 아니라 여러 대가 동시에 무리를 이뤄 임무를 수행하는 장면은 낯설지 않다. 지난 2월 강원도 평창 동계올림픽에서 오륜기를 선보인 1218대의 군집 드론의 군무는 강한 인상을 남겼다. 하지만 당시는 드론 군무를 녹화해서 보여줘야 했다. 드론들을 조종하는 컴퓨터가 오작동하거나 강풍에 영향을 받아 군무에 실패할 것을 대비해서다. 현재 군집로봇은 대부분 중앙 컴퓨터가 미리 지정한 형태로 작동하는 것이 보통이다. 로봇이 상황에 맞춰 반응하기 어려워 외부의 충격나 영향에 속수무책인 경우가 많다. 수가 늘어나면 중앙에서 전체를 제어하는데도 한계가 있다.

이미지 확대하기동물들은 통제 없이도 몇 가지 행동 원리만 가지고 다양한 군집을 만든다. 개미가 스스로 교량을 만드는 모습. 게티이미지뱅크
동물들은 통제 없이도 몇 가지 행동 원리만 가지고 다양한 군집을 만든다. 개미가 스스로 교량을 만드는 모습. 게티이미지뱅크

과학자들은 자연계의 군집에서 그 해답을 찾고 있다. 완벽한 대형을 이뤄 대륙을 횡단하는 철새 떼와 서로 몸을 엮어 다리를 만들어 건너는 개미가 대표적인 사례다. 동물들은 누군가의 통제 없이도 몇 가지 행동 원리로 동료와 상호작용하고 무리를 만든다. 2014년 미국 하버드대 연구진은 1024대로 구성된 군집로봇 ‘킬로봇’이 다른 로봇과 신호를 주고받으며 별 모양의 군집 구조를 이루는 실험을 진행했다. 당시 로봇들은 서로 간 거리를 제한하는 수준에 머물렀다. 군집 구조 형성은 중앙의 통제를 따랐다.

 

연구진은 영국 수학자 앨런 튜링의 ‘반응-확산 방정식’을 킬로봇에 적용했다. 튜링은 ‘형태소’라는 세포 속 요소가 서로 확산하고 반응해 세포가 군집을 이뤄 동물 피부의 줄무늬나 얼룩무늬를 만든다고 설명하고 이를 미분방정식으로 풀었다. 연구진은 군집 로봇이 오로지 방정식에 따라 움직이게 했다. 로봇 각각에 형태소를 수치를 부여하고 10㎝ 이내 주변 로봇과 적외선으로 주고받은 형태소 정보를 바탕으로 방정식을 풀도록 했다.

 

이미지 확대하기군집로봇이 앨런 튜링의 반응-확산 방정식에 맞춰 특정 패턴의 군집을 형성하는 모습. -제임스 샤프 교수 연구진 제공
군집로봇이 앨런 튜링의 반응-확산 방정식에 맞춰 특정 패턴의 군집을 형성하는 모습. -제임스 샤프 교수 연구진 제공

연구진은  300대의 로봇을 이용해 스스로 무리를 이루게 했다. 형태소 수치가 낮은 로봇은 수치가 높은 로봇 쪽으로 모였다. 처음에 어떤 형태로 모여 있든 군집을 이뤘다. 방정식 수치를 조절하면 돌출 부위가 자라나기도 했다. 외부 충격에도 강했다. 돌출 부위를 끊어내면 돌출 부위가 다시 자라거나 다른 곳에서 새로운 돌출 부위를 만들어냈다. 군집을 반으로 갈랐을 때도 다시 모여들며 군집을 복구했다.

 

샤프 교수는 “수천 개의 로봇이 재난 현장에 따라 모양을 바꾸거나 개미들처럼 3차원 구조의 임시 교량을 짓는 경우를 상상해 보라”며 “자연이 스스로 구조를 만드는 능력을 인간 기술에 적용함으로써 생명체의 장점인 강건함을 확보할 수 있다”고 말했다.

 

 

 

 

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