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Nikkei Monozukuri_2020.9. 뉴스 심층 (p20~23)

보스턴 다이내믹스에 중국 기업 도전
백덤블링이 가능한 4족 로봇, 가격은 1/6

‘미∙중 대결’은 4족 보행 로봇 분야에서도 시작되는 것일까? 이렇게 생각하게 만든 것은 중국의 유니트리 로보틱스(Unitree Robotics)다. 올해 5월에 일본에서도 판매가 시작된 ’유니트리 A1(Unitree A1)’은 중형견 정도 크기의 4족 로봇으로서, 백덤블링이 가능한 뛰어난 운동 성능이 자랑이다. 가격은 128만엔(소비세 별도)으로, 이런 유형의 로봇치고는 파격적으로 저렴한 가격이다. 유니트리 A1의 가상의 경쟁 상대는 미국 보스턴 다이내믹스(Boston Dynamics)의 4족 로봇 ‘스팟(Spot)’이다. 유니트리 A1의 사이즈는 스팟의 절반 정도지만, 그 만큼 움직임이 민첩하고 가격은 6분의 1에 불과하다.

보스턴 다이내믹스의 스팟은 뛰어난 운동 성능을 구비한 4족 로봇의 대명사적인 존재이지만, 온라인 판매는 미국에서 올해 6월에서야 시작되었다. 가격은 약 800만엔(7만 4,500달러). 스팟은 오랜 기간 이슈화되었지만 실제로는 본격적인 판매에 이르지 못했다.

사이즈로는 유니트리 A1이 스팟의 절반 정도밖에는 되지 않는다. 페이로드의 크기나 센서 수, 방수 성능과 같은 사양 면에서는 사이즈가 넉넉한 스팟이 한 수 위다. 반면 유니트리 A1의 최대 무기는 스팟의 약 6분의 1이라는 저렴한 가격이다. 최대 보행 속도도 유니트리 A1이 스팟보다 2배 정도 빠르다. 가볍고 작은 것이 오히려 유리하게 작용하는 것으로 보인다. 

유니트리 A1의 운동 성능은 자세 제어 기술이 뒷받침하고 있다. 4족의 발 끝에 각각 역각 센서가, 본체에는 6축의 관성계측장치(IMU)가 탑재. 센서로부터 수집된 데이터를 바탕으로 중심(重心) 위치를 추정해 각 관절의 각도를 조정하며 자세를 유지한다. 이를 통해 높낮이의 차이가 있는 곳이나 계단 등에서도 균형을 유지하며 보행할 수 있다고 한다.

다리를 구동하는 서보모터(Servo motor)는 유니트리 로보틱스가 자체 개발한 것으로, 하나의 다리를 3개의 모터로 구동한다. 모터 1개 당 질량은 605g, 최대 출력 회전력은 33.5Nm, 관절의 최대 회전 속도는 21rad/s이다. 외부로부터의 충격에 견딜 수 있도록 회전축 지지에는 원통형 롤러를 직행 배열을 하는 크로스 롤러 베어링(Crossed roller bearing)을 채택했다.

-- 험로에서는 크롤러형 보다 유리 --
4족 로봇에게 기대되고 있는 용도 중 하나는 건설 현장과 같은 험로 및 오프 로드의 순찰이나 감시 업무다. 건축∙토목 현장뿐만 아니라 댐이나 송전선과 같은 옥외 인프라 설비의 감시 및 점검 업무에도 이용할 수 있을 것으로 보인다. 사전에 경로를 설정해 사람 대신 로봇이 자동으로 순찰할 수 있게 된다면 대폭적인 인력 절감은 물론 안전성도 향상된다. 현장에서 어떤 사고나 문제가 발생했을 때도 우선 로봇을 정찰 및 확인을 위해 파견하는 등의 용도도 나올 것으로 보인다.

기존에는 이러한 현장에서 이용하는 로봇의 이동 수단은 크롤러(무한궤도)형이 선택되었다. 차 바퀴로는 넘기 힘든 울퉁불퉁한 곳이나 본체의 중량으로 빠져버리는 진흙탕에서도 접지 면적이 넓어 중량이 분산되어 지면에 전달되는 크롤러형이라면 이동이 가능하다.

“계단이나 오프 로드를 보행하는 경우 4족 로봇은 스피드와 에너지 효율 측면에서 크롤러형 보다 뛰어나다”라고 산업기술종합연구소의 가지타(梶田) 주임연구원은 설명한다.

크롤러형의 큰 장점인 넓은 접지 면적이 단점으로 작용하는 경우도 있다. 예를 들어 건설 현장에서는 전력이나 통신 케이블, 파이프 배관이 노출된 상태로 가설되는 경우가 많다. 크롤러형은 주행 시 이러한 것들을 밟고 지나가 고장을 낼 가능성이 있다. “4족 로봇은 발 끝 접지 면적이 작기 때문에 밟지 않아야 할 장소를 피하면서 보행할 수 있다(가지타 주임연구원).

4족 로봇의 인정된 자세도 장점이다. 다리 관절을 능동적으로 조정해 자세를 유지하기 때문에 사람이 원격 조종하는 경우에도 흔들림이 적은 카메라 영상을 볼 수 있다. 크롤러형은 지면의 울퉁불퉁함이 직접적으로 전달되기 때문에 자세가 크게 흔들릴 수 있다. 카메라와 LiDAR 등 탑재 센서들의 자세도 불안정해 계측 내용에 영향을 줄 수 있다.

4족을 능동적으로 자세 제어할 수 있다는 장점은 크다. 같은 보행 로봇 가운데 2족 보행 로봇이란 선택지도 있지만, 4족 보행 로봇은 다리 수가 많은 만큼 안정된 자세를 취하기 쉬워 밸런스 제어가 용이하다. 단, “다양한 보행 패턴을 적절하게 선택할 필요가 있기 때문에 4족 로봇 특유의 어려움이 있다. 2족보다 자세 제어가 간단한 것은 아니다”(가지타 주임연구원).

-- 창업 4년 만에 스팟에 근접 --
보스턴 다이내믹스는 2000년대 초, 미국 방위고등연구계획국(DARPA)의 지원을 받아 4족 로봇 ‘빅독(BigDog)’을 개발. 동영상 사이트에 그 영상을 올려 세계를 놀라게 한 기업이다. 동영상 속에서 빅독은 동적으로 자세를 제어하는 기술을 갖추고 있어, 사람이 발로 차서 넘어뜨리려고 해도 마치 동물처럼 다리를 움직여 균형을 잡았다. 빅독의 개발의 목적은 오프 로드를 행군하는 미군 병사와 함께 이동하는 물자운송 로봇을 위해서였다. 페이로드는 최대 150kg으로, 스팟의 10배의 화물을 운반하는 로봇을 개발한다는 구상이었다.

전동 모터의 스팟과는 달리 빅독은 유압 액추에이터로 다리를 구동하고 있었다. 유압 펌프 작동을 위해 2스트로크/15마력의 가솔린엔진이 탑재되기 때문에 동작 시 엔진 소리가 발생한다는 문제가 있었다. 미군은 최종적으로 ‘소음으로 인해 적에게 위치가 드러난다’라는 이유로 채택을 포기했다고 한다. 이후 보스턴 다이내믹스는 빅독의 제어 기술을 업그레이드해 전동 모터를 이용한 소형 4족 로봇 개발을 추진, 스팟이 탄생했다.

한편, 유니트리 로보틱스는 2016년에 설립된 벤처기업으로, 2019년에 유니트리 A1보다 큰 4족 로봇 ‘에일리언고(Aliengo)’를 500만엔 정도에 발매했다. 에일리언고는 본체 무게가 19kg, 적재 무게는 최대 10kg, 보행 속도는 최대 2m/s 성능으로, 이를 소형화해 운동 성능을 높인 것이 유니트리 A1이다. 유니트리 A1은 가격도 에일리언고의 약 4분의 1로 낮췄다.

즉, 설립한지 4년밖에 되지 않은 유니트리 로보틱스는 이 분야에서 15년 이상의 연구 실적을 자랑하는 보스턴 다이내믹스를 추격해 스팟의 ‘대항마’라고도 말할 수 있는 제품을 판매하는 수준에 이르렀다. 하지만 모든 기술을 독자적으로 개발했는지 여부는 알 수 없다.

산총연의 가지타 주임연구원은 “유니트리 A1은 미국 매사추세츠공학대학(MIT)이 개발한 4족 로봇 ‘미니치타(Mini Cheetah)’와 비슷하다. 공개된 미니치타의 설계 정보를 참고했을 수도 있다”라고 말한다. MIT는 2019년 3월, 세계 최초로 백덤블링 하는 4족 로봇으로서 미니치타를 공개했다.

혼다의 아시모(ASIMO)를 비롯해 지금까지 다수의 보행 로봇이 개발되어 왔다. 하지만 다리 수와 관계 없이 상업적으로 성공한 제품은 별로 없다. “취미용을 제외하고 상업적으로 성공한 보행 로봇은 거의 존재하지 않는다고 볼 수 있다”라고 미라로보틱스(Mira Robotics, 가와사키 시)의 하네다(羽田) COO(최고집행책임자)는 지적한다.

4족 로봇은 그 벽을 허물 수 있는 가능성을 지니고 있다. 가정에 보급되고 있는 청소로봇처럼 건설 현장에서의 사용이 당연시되는 존재가 될지도 모른다.

 -- 끝 --

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