"진화의 비밀, 로봇이 푼다"… 미시간대, 570만 원대 오픈소스 로봇 ‘TROT’ 전격 공개

미국 미시간대학교 연구진이 동물의 신체 구조 변화와 이동 효율의 상관관계를 실시간으로 검증할 수 있는 혁신적인 모듈형 로봇 플랫폼을 선보였다.

지난 11일(현지시각) 미시간대학교 뉴스룸과 국제 학술지 '바이오인스퍼레이션 앤 바이오미메틱스(Bioinspiration and Biomimetics)'에 따르면, '테세우스의 로봇(TROT, The Robot of Theseus)'으로 명명된 이 로봇은 3D 프린팅 기술을 활용해 단시간에 수만 년의 진화 과정을 시뮬레이션할 수 있는 점이 특징이다.

이번 연구는 생물학적 진화의 신비를 공학적으로 풀어냄과 동시에, 고가의 사족보행 로봇 시장에 저비용·고효율이라는 새로운 설계 표준을 제시했다는 점에서 전 세계 로봇 학계의 이목을 끌고 있다.


그동안 생물학계에서는 치타의 속도나 늑대의 지구력 같은 신체적 강점이 정확히 어떤 골격 구조에서 비롯되는지 밝히는 데 어려움을 겪었다.
살아있는 동물을 대상으로 한 실험은 근육의 탄성이나 호흡 등 변인이 너무 많아 특정 신체 부위의 영향만을 분리해 측정하기 불가능했기 때문이다.

탈리아 무어(Talia Moore) 미시간대 로봇공학부 조교수팀은 이 문제를 해결하고자 '조립형 로봇'이라는 해법을 내놨다. TROT는 시중에서 판매하는 모터와 3D 프린터로 제작한 부품을 활용해 다리 길이, 마디 구조, 무게 배분 등을 자유롭게 바꿀 수 있다.

무어 교수는 "화석만으로는 알 수 없었던 멸종 동물의 이동 방식을 이해하는 데 핵심적인 도구"라며 "TROT를 통하면 6000만 년에 걸친 진화 과정을 단 20분 만에 로봇으로 구현해 비교 실험할 수 있다"고 설명했다.


TROT의 가장 큰 강점은 뛰어난 경제성이다. 로봇 제작에 필요한 부품과 재료비는 총 4000달러(약 570만 원)를 밑도는 수준이다. 이는 수억 원을 호가하는 기존 연구용 사족보행 로봇과 비교하면 파격적인 가격이다.
로봇 전문가가 없는 일반 생물학 연구실에서도 3D 프린터만 있다면 손쉽게 제작하고 수리할 수 있도록 설계됐다.

연구 제1저자인 카르틱 어스(Karthik Urs) 연구원은 "기존 산업용 로봇은 제작비가 비싸고 구조가 복잡하지만, TROT는 제작 편의성에 초점을 맞췄다"고 밝혔다.

특히 실제 동물의 근육 탄성을 흉내 내기 위해 별도의 스프링 대신 '역구동 가능 모터(backdrivable motors)'를 사용했다. 이를 통해 불필요한 기계적 간섭 없이 이동 시 발생하는 에너지 저장과 회수 과정을 정밀하게 측정하는 데 성공했다.


연구팀은 TROT를 활용해 1974년에 제기된 '치타와 염소의 에너지 효율 미스터리'에 접근했다. 당시 실험에서는 치타의 다리 구조가 역학적으로 더 유리함에도 실제 에너지 소모량은 염소와 비슷하다는 결과가 나와 학계에 의문을 남겼다.

연구진은 TROT의 다리 무게 배분만을 정밀하게 조정하는 실험을 통해, 다른 변인을 배제한 채 신체 구조 변화가 에너지 효율에 미치는 순수한 영향력을 수치화했다.

이러한 분석 결과는 향후 산업용 로봇 설계에도 큰 영향을 미칠 전망이다.

현재 대부분의 사족보행 로봇은 앞뒤 다리 모양이 같지만, TROT를 통한 테스트를 거치면 특정 지형이나 작업 목적에 최적화된 '비대칭 다리 구조'를 설계할 수 있다. 이는 제조 단가는 낮추면서 성능은 극대화하는 맞춤형 로봇 양산의 토대가 된다.


미시간대학교는 현재 TROT의 모든 설계도와 제작 지침을 온라인에 공개해 전 세계 연구자들이 자유롭게 활용하도록 돕고 있다.

카르틱 어스 연구원은 "TROT는 단순한 연구 도구를 넘어 교육 현장에서도 강력한 힘을 발휘할 것"이라며 "파손 시에도 즉시 부품을 새로 뽑아 수리할 수 있어 반복 실험이 중요한 로봇 공학 연구에 최적화된 플랫폼"이라고 덧붙였다.

로봇 업계에서는 이번 프로젝트가 '바이오 로보틱스(Biomimetic Robotics)' 분야의 연구 속도를 획기적으로 높이는 계기가 될 것으로 내다보고 있다.

특히 하드웨어의 범용성과 소프트웨어의 특수성을 결합하는 새로운 표준을 제시함으로써, 지형 맞춤형 특수 목적 로봇 시장의 성장을 견인할 것으로 보인다


서진욱 글로벌이코노믹 기자 jinwook@g-enews.com