일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2020.8.7

미국의 4족 로봇 'Spot'에 중국 기업 도전
월등히 싼 가격과 자세 제어 기술

‘미중 대결’은 4족 로봇 분야에서도 시작될 것인가? 이렇게 생각하게 만든 것은 중국의 로봇 개발업체 유니트리 로보틱스(Unitree Robotics)다. 20년 5월에 일본에서도 판매하기 시작한 ‘Unitree A1’은 크기가 중형견 정도의 4족 로봇이다. 백덤블링이 가능한 뛰어난 운동 성능이 자랑이다. 가격은 128만엔으로, 이런 유형의 로봇으로서는 싼 가격이다. 가상의 적은 미국 보스턴 다이내믹스(Boston Dynamics)의 4족 로봇 ‘Spot’이다. 크기는 Spot의 절반 정도지만 그 만큼 움직임이 민첩하고 가격은 6분의 1이다.

보스턴 다이내믹스의 Spot은 뛰어난 운동 성능을 갖춘 4족 로봇의 대명사적 존재다. 그러나 온라인 판매가 시작된 것은 20년 6월이다. 가격은 약 800만 엔(7만 4,500달러)으로, 이미 이월주문도 수 개월은 기다려야 된다고 한다. Spot은 화제를 불러일으켰지만 실제로는 본격적인 판매에 이르지 못했었다.

● ‘Unitree A1’와 ‘Spot’의 사양

크기를 보면 A1은 Spot의 절반 정도다. 페이로드의 크기나 센서 수, 방수 성능과 같은 스펙 면에서는 크기에 여유가 있는 Spot이 이긴다. 반면 A1의 최대 무기는 Spot의 약 6분의 1이라는 싼 가격이다. 최대 보행속도도 Spot보다 A1이 2배 정도 빠르다. 가볍고 크기가 작은 것이 오히려 유리하게 작용하고 있는 것 같다.

A1의 운동 성능은 자세 제어 기술의 지원을 받고 있다고 한다. 4족의 발 끝에 역각 센서를, 본체에 6축의 관성계측장치(IMU)를 탑재. 센서를 통해 얻는 데이터를 바탕으로 중심 위치를 추정, 각 관절의 각도를 조정해 자세를 유지한다. 이렇게 턱이나 계단과 같은 혼란 요인이 있는 장소에서도 밸런스를 유지하며 보행할 수 있다고 한다.

다리를 구동하는 서보모터는 Unitree Robotics가 개발했다. 하나의 다리를 3개의 모터로 구동한다. 1개당 질량은 605g, 최대 출력 토크는 33.5Nm, 관절의 최대 회전 속도는 21rad／s. 외부 충격을 견디기 위해, 회전축을 지지하는 데 원통 롤러를 직행 배열하는 크로스 롤러 베어링을 채용했다.

-- 험로에서는 4족 로봇이 크롤러형보다 유리 --
4족 로봇에게 기대하는 용도 중 하나가 건설 현장처럼 험한 길이나 울퉁불퉁한 땅에서의 순찰이나 감시 업무다. 건축∙토목 현장뿐 아니라 댐이나 송전선과 같은 옥외 인프라 설비의 감시∙점검 업무에도 사용할 수 있다. 미리 경로를 설정하고, 사람 대신에 로봇이 자동으로 순찰할 수 있게 되면 노동력을 크게 줄일 수 있다. 또한 안전성도 향상된다. 현장에서 어떤 사고나 문제가 발생했을 때도 우선 로봇을 정찰에 파견하는 용도도 나올 것으로 보인다.

이러한 현장에서 이용하는 로봇의 이동 수단으로 기존에는 크롤러(무한궤도)를 사용했었다. 차 바퀴로는 주행이 어려운 울퉁불퉁한 땅이나 본체의 중량으로 빠져 버리는 늪지도, 접지 면적이 넓어 중량을 분산해 지면에 전달하는 크롤러라면 주행이 가능하다.

산업기술총합연구소의 가지타(梶田) 주임연구원은 “계단이나 울퉁불퉁한 땅을 보행할 경우, 4족 로봇은 속도와 에너지 효율 면에서 크롤러형보다 뛰어나다”라고 지적한다.

크롤러형의 큰 이점인 넓은 접지 면적은 단점이기도 하다. 예를 들면 건설 현장에는 전력이나 통신 케이블, 파이프 배관이 노출된 상태로 가설치되는 경우가 많다. 크롤러는 이것을 밟아 고장을 낼 가능성이 있다. “4족 로봇은 발 끝의 접지 면적이 작기 때문에 밟지 않아야 할 장소를 피하면서 보행할 수 있다”(가지타 주임연구원).

4족 로봇의 안정된 자세도 이점이다. 다리 관절을 능동적으로 조정해 자세를 유지하기 때문에 사람이 원격 조종하는 경우라도 흔들림이 적은 카메라 영상을 볼 수 있다. 크롤러형은 지면의 울퉁불퉁함이 직접 전달되기 쉽고, 자세가 크게 흔들린다. 카메라나 LiDAR과 같은 탑재 센서 류의 자세가 안정적이지 못해 계측 내용에 영향을 미치기 쉽다.

4족을 능동적으로 자세 제어할 수 있는 점은 큰 플러스다. 같은 보행 로봇이라면 2족이라는 선택지도 있을 수 있다. 그러나 4족은 다리 수가 많은 만큼 자세를 안정적으로 유지하기 쉬워 밸런스 제어가 쉬워진다. 단, “다양한 걸음걸이를 적절하게 선택할 필요가 있기 때문에 4족 특유의 어려움이 있다. 2족보다 간단하지만은 않다”(가지타 주임연구원).

-- 창업 4년 만에 15년 선수인 Boston Dynamics을 추격 --
Boston Dynamics은 2000년대 초, 미국 국방첨단과학기술연구소(DARPA)의 지원을 받아 4족 로봇 ‘BigDog’를 개발. 동영상 사이트에 그 영상을 올려 세계를 놀라게 한 기업이다. 동영상 속에서 BigDog는 동적으로 자세를 제어하는 기술을 갖추고 있어, 사람이 발로 차서 넘어뜨리려고 해도 마치 동물처럼 다리를 움직여 밸런스를 유지했다. BigDog의 개발 목적은 울퉁불퉁한 땅을 행군하는 미군 병사를 따라다니며 물자를 수송할 수 있는 로봇이었다. 페이로드는 최대 150kg으로, Spot의 약 10배의 짐을 운반하는 구상이었다.

전동모터의 Spot과는 달리 BigDog은 유압 액추에이터로 다리를 구동하고 있었다. 유압 펌프의 작동을 위해 2스트로크/15마력의 가솔린엔진을 탑재. 그 때문에 동작 시에 엔진 소리가 발생하는 문제가 있었다. 미군은 최종적으로 “소음 때문에 적에게 위치가 발각될 위험이 있다”라며 채용을 연기했다. 그 후에 Boston Dynamics은 BigDog의 제어 기술을 발전시키면서 전동모터를 사용한 소형 4족 로봇의 개발에 착수, Spot이 탄생했다.

한편, Unitree Robotics는 16년에 창업한 벤처기업이다. 19년에 A1보다도 큰 4족 로봇 ‘Aliengo’을 500만엔 정도에 발매했다. Aliengo는 본체 질량 19kg, 적재 질량은 최대 10kg, 보행 속도는 최대 2m/s의 성능으로, 이를 소형화해 운동 성능을 높인 것이 A1이다. A1은 가격도 Aliengo의 약 4분의 1로 억제했다.

즉, Unitree Robotics는 창업한 지 불과 4년 만에 이 분야에서 15년 이상의 연구 경력을 자랑하는 Boston Dynamics을 추격, Spot의 ‘대항마’라고도 할 수 있는 제품 판매에까지 이르렀다. 단, 모든 기술을 독자 개발하고 있는지 여부는 알 수 없다.

산총연의 가지타 주임연구원은 “미국 MIT가 개발한 4족 로봇 ‘Mini Cheetah’과 닮았다. 공개된 이 로봇의 설계 정보를 참고했는지도 모른다”라고 말한다. MIT는 19년 3월, 세계에서 처음으로 백덤블링이 가능한 4족 로봇으로 Mini Cheetah을 공개했다.

혼다의 ASIMO를 비롯해 지금까지 다수의 보행 로봇이 개발되어 왔다. 그러나 다리 수와 상관없이 상업적으로 성공한 제품은 적다. Mira Robotics(가와사키시) 소속으로, 로봇 시장이나 사업 개발에 정통한 하다(羽田) 씨는 “취미용을 제외하면 성공한 보행 로봇은 거의 없다고 생각한다”라고 지적한다.

4족 로봇은 그 벽을 허물고, 가정으로 점점 침투하고 있는 청소 로봇처럼 건설 현장에서 사용이 당연시되는 존재가 될지도 모른다.

 -- 끝 --

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