d라이브러리

휴먼로봇은 3차원 인식 시각센서와 자연어 이해를 통해 자신의 주변환경을 판단하도록 구성된다. 여기에는 인공지능 기법과 고차원의 시뮬레이션 기법이 동원된다.
 

로봇이 자신의 주변 환경을 인식하는데 시각 기능은 전체 시스템에서도 가장 중요한 위치를 차지하고 있다. 시뮬레이션된 세계와 실제 휴먼 로봇의 세계를 연결하는 핵심 수단인 시각 센싱 기능은 적절한 3차원 인식 및 측정을 통해 두 세계 간에 발생하는 오차를 상쇄하는 역할을 담당한다. 따라서 기본적으로 시각적인 센싱은 주변환경을 3차원적으로 인식하고 그 3차원을 정확하게 측정하는 기능을 요구한다.

시각 시스템은 외부 환경에 대한 여러 가지 센서 데이터를 이용해 필요한 정보를 얻는다. 이러한 일련의 기능을 로봇이 스스로 실현할 수 있도록 선진국에서는 많은 소프트웨어 및 하드웨어에 대한 연구가 진행돼 왔다. 초음파(sonar), 컬러 TV 카메라, GPS(Global Positioning System) 등이 중요한 정보 추출요소로서 개발된 것들이다. 그러나 이들 시스템은 시각 센서의 데이터를 처리하는데 많은 시간이 소요되며, 로봇이 지극히 제한적인 환경에서만 적응한다는, 이른바 자율 주행에 한계를 지닌다는 문제점을 가지고 있다.

휴먼로봇의 시각 센서는 주변 세계를 인식하기 위한 고속의 3차원 인식 알고리즘의 개발과 함께 주행에 필요한 바닥면의 굴곡 상태 등을 알아내는데 1차적인 목표가 있다. 3차원 인식 및 측정시스템은 주위 환경의 3차원 센싱 목적 외에도 로봇 자체의 기구학적 계수보정과 로봇과 실제작업 세계간의 계수보정을 위한 장치로도 이용된다.

휴먼 로봇의 손에 작용할 촉각 기능은 양팔 끝의 다지(多技)손에 인공피부 형태로 장착된 다기능 센서에 의해 인간이 손끝으로 느끼는 여러 감각기능을 수행한다. 고기능의 센서 이용은 휴먼 로봇이 수행하는 작업의 질을 직접적으로 결정한다.

한편 휴먼로봇의 청각 부분은 작동자와 중앙제어기관의 음성 인식기술이 주요한 목표로 설정돼 있다. 휴먼로봇의 언어체계가 인간이 사용하는 자연어 수준을 이해하도록 계획 중인데, 최근 음성인식 기술이 빠르게 발전하고 있는 것을 감안하면 화자종속으로 2-3만 단어 수준을 실시간에 인식하는 것은 그리 어려운 문제가 아닐 것이다.

휴먼로봇이 정확한 작업을 수행하기 위해서는 이들 외에도 다양한 3차원 센서 정보가 필수적이다. 보행시에 필요한 운항(navigation) 센서, 발목 부위 등에 부착된 힘―토크 센서 등이 전달한 정보가 적절히 이용되지 않고는 원하는 결과를 얻을 수 없다. 물론 센서 자체뿐만 아니라 이들 센서 정보를 빨리 처리하기 위한 통신 알고리즘도 개발되야 한다.
 

자신이 해야할 일은 스스로 알아서

효율적인 휴먼 로봇의 작업 계획은 상황에 따라 여러가지 형태를 취할 수 있다. 만약 상황이, 작업해야 할 주변환경이 알려져 있지 않은 상태라면 스테레오 카메라의 정보를 구동자가 직접 관찰함으로써 원격 제어기구를 통한 작업 수행만이 유일한 방법일 것이다.

하지만 기본적으로 휴먼로봇의 작업환경이 3차원 정보의 형태로 알져져 있다면 실제 작업에 들어가기 전 그래픽 세계에서 시뮬레이션 기법을 통해 사전에 작업 계획을 수립할 수 있을 것이다. 물론 완전 자율 제어기법으로 계획하기에는 너무 복잡하거나 예외적인 경우라면 작업자가 개입해 상호작용이 가능하도록 작업계획을 완성해야 한다. 이를 위해서는 가상현실 기법 등을 동원한 직접 교육 방법 등도 이용될 수 있다.
다시 말해 로봇이 주위 환경을 인식하고 그 환경을 지배하는 규칙을 잘 이해해야 자신의 행위가 자아내는 결과를 예측할 수 있는 것이다. 이와 같은 예측기능은 로봇의 자율화를 위한 필수적인 요소로 꼽힌다.

휴먼로봇이 자신이 해야 할 일을 결정하도록 하는 계획법에는 원격 제어기구를 이용한 방법과 주어진 환경 하에서 정해진 법칙에 따르게 하는 두 가지로 구분된다. 특히 인공지능 기술의 도입과 시뮬레이션 기술의 발전에 힘입어 복잡한 환경에서 다양한 경우의 수를 정해진 법칙에 의거해 처리하는 이른바 자동 작업 계획 수립법은 더욱 그 중요성이 높아지고 있다.

여기서 잠깐 환경 모델링(world modeling) 기술에 대해 알아보자. 환경모델링 기술이란 주위 환경에 존재하는 배경이나 객체 등을 모델링하고, 그 환경을 지배하는 규칙에 따라 상호작용하는 그래픽 시뮬레이션 기술이다. 이 기술이 예측 기능과 연관해 중요한 이유는 바로 계획이 가상의 세계에서 가시화되므로 기대에 어긋나는 경우에는 오류를 정정할 수 있다는데 있다.

이와 관련한 연구는 1980년대 후반에 미국 카네기 멜론대학의 제임스 카보넬과 톰 마이클에 의해 시도된 바 있다. 또한 가상의 세계에 대한 계획 설계 분야에서는 이미 70년대 초부터 스탠퍼드 연구소에서 매우 간단한 구조를 가진 방 사이를 로봇이 누비고 다닐 정도의 결과를 얻기도 했다. 이들 외에도 많은 연구가 있었지만 어느 것도 만족스러운 것은 아니었다. 구조화되지 않은 환경에서 자율적으로 계획하고 인식하는 로봇의 등장은 여전히 미래의 꿈인 것이다.