중국, 소행성 탐사 위해 고양이처럼 점프하는 로봇 훈련

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고양이의 회전과 착지 능력에서 영감을 얻은 하얼빈 공업 대학(중국)의 연구팀은 강화 학습(RL) - 인공 지능(AI)의 한 유형 - 을 사용하여 로봇이 소행성의 거칠고 중력이 낮은 표면을 점프할 때 공중에서 자세를 조정하도록 훈련시켰습니다.

중국 연구팀은 네 발 달린 로봇이 자세를 조절하고 고양이처럼 착지하여 소행성 표면에 이동할 수 있도록 훈련시켰습니다. (사진: SCMP)

특수하지만 무거운 안정화 하드웨어에 의존하는 기존 시스템과 달리, 이 로봇은 "모델에 구애받지 않는" 제어 시스템을 사용하여 네 다리를 조화롭게 움직입니다. 연구진은 이를 통해 로봇이 공중에서 기울기를 조정하고 이동 방향을 조정할 수 있다고 Journal of Astronautics에 보고했습니다.

이 연구는 소행성에서 로봇이 점프할 때 발생하는 주요 과제를 다루고 있습니다. 소행성의 환경은 중력이 약하고 다리 힘의 불균형이 약간만 있어도 로봇이 제어할 수 없이 회전하거나, 착륙에 실패하거나, 표면에서 완전히 튀어 오를 수 있습니다.

연구팀은 보고서에서 "소행성의 저중력 환경에서 로봇은 매번 점프할 때마다 오랜 시간 동안 자유낙하를 경험합니다. 이 시간을 활용하여 점프로 인한 편각을 조정하고, 안전한 착륙을 보장하며, 회전 각도를 변경하여 이동 방향을 조정하는 것이 중요합니다." 라고 밝혔습니다.

연구팀은 "무중력 시뮬레이션 플랫폼을 설계하고 구축했으며, 4족 로봇 프로토타입에 대한 실험을 통해 이 점프 방법의 효과를 검증했다" 고 덧붙였다.

소행성은 태양계 형성의 잔재이며, 태양계의 기원을 밝히는 열쇠를 쥐고 있습니다. 또한 백금을 비롯한 희귀 금속 자원이 풍부하여 미래의 우주 탐사와 산업 발전에 기여할 수 있습니다.

소행성 표면의 과제

지금까지 유럽, 일본, 미국의 우주 기관들은 소행성에 우주선을 착륙시켜 샘플을 회수하는 데 성공했지만, 장기간 표면 탐사가 가능한 로버를 배치한 기관은 없습니다.

달이나 화성에서 사용하는 것과 같은 기존의 바퀴 달린 로버는 소행성 환경에서 어려움을 겪습니다. 일반적으로 지구의 수천 분의 몇에 불과한 약한 중력으로 인해 바퀴가 효과적으로 작동할 만큼 충분한 견인력을 제공하지 못하기 때문입니다.

과학자들은 이러한 한계를 극복하기 위해 미래의 임무에 점프 로봇을 사용하는 것을 제안했지만, 이는 새로운 과제를 제시합니다.

로봇은 점프할 때마다 약 10초 정도 공중에 머무르는데, 이 시간 동안 다리에 가해지는 불균형한 힘 때문에 로봇이 통제 불능으로 회전하거나 심지어 표면에서 튀어 올라 우주로 표류하기도 합니다.

하얼빈 연구팀은 강화학습(RL)을 사용하여 가상 시뮬레이션에서 로봇을 훈련시켰습니다. 7시간 동안 AI는 실험적 실수를 통해 학습하고 안정적으로 착륙할 수 있도록 동작을 개선했습니다. 로봇의 AI 시스템은 피치(앞뒤로 기울임), 틸트(옆으로 기울임), 요(회전 각도)를 포함한 방향을 단 몇 초 만에 조정할 수 있는 능력을 보여주었습니다.

예를 들어, 최대 140도까지 크게 기울여 앞으로 발사할 때 로봇은 8초 이내에 자세를 안정시킬 수 있습니다. 또한 공중에서 최대 90도까지 회전하여 이동 방향을 변경할 수도 있습니다.