펫맨

보스턴 다이내믹스(Boston Dynamics)

펫맨(Petman)은 2009년 10월, 미국 보스턴 다이내믹스가 개발한 최초의 2족 보행 휴머노이드 로봇이다. 같은 회사인 빅독에서 파생되었다. 화생방 보호의와 같은 군인들의 보호를 위해 사용하는 특수복장을 시험하기 위해 개발했다.

개요

보스턴 다이내믹스의 엔지니어링 부사장인 로버트 플레이터 박사가 이끄는 펫맨의 개발은 2630만 달러의 육군 프로그램으로 시작되었다. 2009년, 미사 월섬에 본사를 둔 이 회사는 펫맨에게 러닝머신을 뛰게 함으로써 펫맨의 다리를 처음으로 시연했다. 2011년에 이 회사는 펫맨의 다리가 최고 시속 7km로 달릴 수 있다는 것을 보여주었다. 다리를 이용한 보행은 바퀴를 이용한 주행 방식보다 기술적 난이도가 높다. 예를 들어, 바퀴 방식은 모든 바퀴들이 항상 지면과 닿아 있어 모든 바퀴들이 지지대 역할을 해 안정적인 자세 유지가 용이하다. 반면 보행 방식은 지면을 딛고 지지대 역할을 하는 다리와 허공에 뜬 다리가 매 순간마다 바뀌어 자세가 불안정해지므로 균형을 잡기 위한 별도의 동작이 추가되어야 한다. 대부분의 2족 보행 로봇들이 인간처럼 다리를 뻗지 못하고 구부린 채 걷는 모습을 보이는 것도 이 때문이다. 보행 과정에서 발생하는 불균형의 크기는 로봇 몸체의 크기와 보폭, 노면의 기울기에 비례해 커지고 발 역할을 하는 다리 끝 지지대의 크기와 로봇 발을 디디는 지표면의 균일성에는 반비례해 커진다. 몸체의 불균형을 바로잡기 위해 고려해야할 변수가 많으므로 다리의 기계적 구조는 바퀴보다 복잡하고 바퀴보다 더 많은 동작을 동시에 수행해야 하므로 자연스레 보행 방식은 바퀴 방식보다 에너지를 더 많이 소모하게 된다. 이러한 이유에도 불구하고 다리를 이용한 보행 방법으로 개발하려는 이유는, 실생활에서의 활용도 때문이다. 실생활에서 평지보다는 계단이나 문턱같은 장애물이 있거나, 지면이 고르지 못한 곳도 있기에 바퀴를 이용한 보행은 한계가 있다. 펫맨은 기존의 아시모와 휴보의 걸음방식인 '발바닥 보행' 방식이 아닌 '발꿈치-발끝 보행'을 사용하여 걸었다. 발바닥 보행은 발바닥을 수직으로 들어올리고 내리며 걷는 보행이고, 발꿈치-발끝 보행은 발뒤꿈치부터 땅에 착지해 발바닥으로 중심을 옮긴 뒤 발끝으로 땅을 박차며 앞으로 나아가는 보행이다. 발꿈치-발끝 보행은 발바닥 보행에 비해 기술적으로 구현하기가 어려우나, 사람이 걷는 방법이기에 성공한다면 사람처럼 빠르고 자연스러운 보행이 가능했다. 그런 면에서 보스턴 다이내믹스는 발꿈치-발끝 보행을 적용한 펫맨을 실제 사람처럼 역동적으로 움직이는 최초의 휴머노이드 로봇으로 규정하며 다른 휴머노이드와 차별화하고 있다.

성능

펫맨은 미국의 육군이 사용할 것이기에 육군 요건에 맞는 키 175cm, 무게 80kg으로 펫맨의 몸체가 만들어졌다. 그 당시 가장 빠른 로봇이었던 아시모의 기록 시속 7km를 넘는 시속 7.08km의 최고 보행 속도를 선보여 세계에서 가장 빠른 2족 보행 로봇 타이틀을 가져갔다. 또한, 펫맨은 보호복 안에서 인공적으로 땀을 흘리는 것을 비롯하여 호흡, 피부 온도 변화 등 신체적인 운동 중 인간의 생리학적 특성을 보여주고, 인간의 움직임을 연구하기 위해 모션 캡처 시스템을 이용하여 펫맨에 적용시켜 현실적인 시험 조건을 제공했다. 펫맨의 관절은 작동에 유압 작동과 충격 흡수기가 있는 관절형 다리를 사용한다. 그 당시 공개된 시제품에는 탑재된 컴퓨터와 여러 개의 센서, 그리고 다른 내부 감시 시스템을 갖추고 있었다. 그것의 기능은 현재 테더에 있는 제어장치를 통해 작동되고 있다. 모션 캡처 시스템으로 사람의 행동을 학습하여 펫맨에 배치되었다. 인간다운 능력을 갖도록 설계된 펫맨 답게, 거친 지형에서도 무거운 짐을 실을 수 있는 4족 보행 로봇, 빅독에 사용되는 비슷한 설계와 보행 알고리즘을 기반으로 했다. 이로써, 두 발로 스스로 균형을 잡고 자유롭게 움직일 수 있으며, 걷거나 기어다닐 수 있다. 보스턴 다이내믹스의 설립자 겸 사장인 마크 레이버트는 '나에게 가장 큰 도전은 유압 작동 시스템을 사용하는 로봇을 사람의 크기를 갖도록 설계하는 것이었다'고 말했다. 그는 '모든 것을 맞추기 위해 우리가 해야 했던 수 많은 기계적인 디자인이 있었다'고 말했다.

동영상

• 전원 케이블로 묶여있지만 펫맨의 밸런스는 그 당시 다른 휴머노이드 로봇에 비해 역동적이고 자연스럽다.

• 걷는 것은 물론, 무릎을 굽히는 동작도 가능하고, 팔굽혀펴기도 한다.

참고 자료

• Erico Guizzo, 〈Boston Dynamics' PETMAN Humanoid Robot Walks and Does Push-Ups〉, 《전기전자기술자협회》, 2011-10-31
• 아미테크놀로지 - https://www.army-technology.com/projects/petman/
• 펫맨 나무위키 - https://namu.wiki/w/PETMAN
• 〈Shades of Terminator as PETMAN tests hazmat suit〉, 《뉴 아틀라스》, 2013-04-05
• 곽노필, 〈(로봇) 휴머노이드 '아틀라스'의 놀라운 5년 진화사〉, 《한겨레》, 2018-05-23
• 〈‘바퀴’에서 ‘다리’로…사람처럼 걷고 뛰는 로봇이 온다〉, 《한국경제매거진》, 2019-11-18

같이 보기

1. 보스턴 다이내믹스
2. 빅독
3. 아틀라스

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