달리는 로봇개 만들기…

Josie Hughes 교수가 이끄는 EPFL의 전산 로봇 설계 및 제작 연구소(CREATE)의 엔지니어들은 이전에는 볼 수 없었던 기능을 갖춘 로봇을 제작하는 새로운 방법을 제시하고 있습니다. 예를 들어, Hughes와 다른 두 명의 연구원은 ChatGPT를 사용하여 토마토 수확용 로봇 그리퍼를 설계했습니다. 그리고 Mickaël Achkar는 살아있는 개의 모션 캡처 데이터를 사용하여 로봇 로봇을 만들었습니다. 보다 구체적으로 Achkar는 개들의 생물학적 메커니즘을 연구하여 보다 스마트한 로봇 설계를 만들고, 일단 움직이면 모터를 활성화하지 않고도 스스로 달릴 수 있는 프로토타입을 제작했습니다.

Achkar는 “저는 인간과 같은 동물도 매우 다양한 방식으로 움직인다는 점을 염두에 두고 동물의 특성을 지닌 로봇을 제작하고 싶었습니다.”라고 말했습니다. "그러나 이러한 움직임의 대부분은 단지 몇 개의 관절에 의해 실행됩니다." 따라서 그는 동물의 모터 제어 과정에서 영감을 얻어 로봇을 설계했습니다.

Achkar는 예를 들어 메뚜기, 쥐, 코끼리, 치타 등 거의 모든 동물을 선택할 수 있었지만 개가 확실한 선택임이 밝혀졌습니다. "우리는 개의 움직임에 대한 방대한 데이터 세트를 찾았으며 오픈 소스에서도 사용할 수 있었습니다!" 그는 말한다. 첫 번째 단계는 개의 시너지 움직임에 대한 데이터를 추출한 다음 주성분 분석이라는 방법을 통해 의미 있는 방식으로 "요약"할 수 있도록 데이터를 구조화하는 것이었습니다. 이는 기본적으로 데이터를 개의 움직임의 주요 축을 설명하는 여러 벡터로 그룹화하고 이 정보를 사용하여 로봇의 정확한 사양을 설정하는 것을 수반했습니다.

금속, 풀리, 케이블 및 나사

Achkar의 로봇 개는 양측 대칭을 가지고 있습니다. 로봇의 4개 다리 각각에는 3개의 관절이 있으며, 각 관절은 다른 관절과 조화를 이룹니다. 후자의 기능은 Achkar의 로봇이 실제 개와 동일한 방식으로 그리고 모든 민첩성을 가지고 달릴 수 있게 해주는 추가적인 이점입니다. 프로토타입을 제작하기 위해 Achkar는 금속 막대를 뼈로, 3D 프린팅된 도르래를 관절로, 얇은 케이블을 힘줄로 사용하고 몇 개의 나사를 사용하여 이를 모두 고정했습니다.

엔지니어들은 프로토타입을 테스트하기 위해 런닝머신을 구입했습니다. 그들은 일단 로봇이 움직이기 시작하면 제어 모터를 활성화하지 않고도 자율적으로 달릴 수 있다는 것을 발견했습니다. Achkar는 “처음에는 그것이 우연일지도 모른다고 생각했습니다.”라고 말했습니다. "그래서 우리는 디자인을 약간 변경하고 로봇을 다시 테스트했는데 더 이상 실행할 수 없었습니다." 그러나 연구팀은 로봇이 일단 작동을 시작한 후에도 계속 움직일 수 있도록 진자와 유사한 균형추를 추가했습니다. Achkar는 “균형추는 공명을 사용하여 에너지를 주입합니다.”라고 말합니다. CREATE의 박사 과정 학생이자 프로젝트 감독자인 Francesco Stella는 다음과 같이 덧붙입니다. "우리는 송어가 물에 놓였을 때 자동으로 수영을 시작하는 것처럼 로봇의 몸체가 자동으로 반응할 수 있도록 설계했습니다."

시너지 효과로 움직이는 관절

그럼에도 불구하고 로봇의 제어 모터는 더 넓은 범위의 동작을 달성하는 데 유용합니다. 예를 들어 균형추의 도움 없이 점프하고 장애물을 극복할 수 있습니다. Achkar는 “우리는 모터를 사용하여 설계를 더욱 발전시키고 싶지만 현재로서는 프로토타입이 그다지 견고하지 않습니다.”라고 말합니다. 그렇다고 그가 기계 개가 어떻게 반응하는지 보기 위해 다리 사이에 막대기를 두는 등의 테스트를 하는 것을 막지는 못했습니다. 당황하지 않고 로봇은 자동으로 우아한 질주를 재개했습니다. 그리고 런닝머신에서는 6km/h의 속도에 쉽게 도달합니다.

Achkar는 “우리의 목표는 초첨단 로봇 개와 경쟁하는 것이 아니라 생체 영감을 받은 로봇 디자인을 탐구하는 것입니다.”라고 말합니다. “이것은 로봇의 기본 설계를 연마하고 단순한 제어 시스템만 필요하도록 수동적 특성을 수정하는 동시에 로봇의 성능을 최대화하는 것을 수반합니다. 우리가 여기서 한 일, 즉 시너지 효과를 발휘하도록 관절을 설계하는 작업은 이미 로봇 손과 기타 신체 부위를 만드는 데 유용하다는 것이 입증되었습니다.”

Achkar는 출판을 위해 자신의 연구 논문을 과학 저널에 제출했으며 앞으로 몇 달 안에 게재될 예정입니다. 이제 Achkar는 로봇 공학 석사 학위를 마쳤으므로 몬트리올로 돌아갈 계획입니다. 그는 McGill University에서 기계공학 학사 학위를 취득한 후 캐나다에서 EPFL로 왔습니다. 그가 EPFL을 선택한 이유는 무엇입니까? 그 학교는 훌륭한 교육을 제공하고 유럽의 프랑스어권 지역에 위치해 있었기 때문입니다. 또한 그에게 로봇공학의 흥미로운 세계를 발견할 기회도 주었습니다.