‘마라톤 완주’ 로봇개, 어떻게 달렸나…답은 ‘에너지 다이어트’

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전세계에서 처음으로 풀코스 마라톤을 완주한 국내 개발 로봇개에 대한 논문이 과학저널 ‘네이처’에 게재됐다.

카이스트는 기계공학과 황보제민 교수 연구팀이 개발한 4족보행로봇 ‘라이보2(RAIBO2)’의 장거리 주행 기술과 실제 마라톤 완주 결과가 네이처 본지에 게재됐다고 24일 밝혔다. 라이보2는 2024년 11월 경북 상주에서 열린 ‘2024 상주곶감마라톤’ 대회에 참가해 배터리 충전이나 교체 없이 전구간(42.195㎞)을 4시간19분52초 기록으로 완주했다. 사족보행로봇이 실제 마라톤 풀코스를 완주한 것은 세계 최초여서 주목을 받았는데, 이번엔 로봇 분야 연구로는 드물게 그 연구 결과가 네이처 본지에 실린 것이다.

로봇이 오랫동안 달리기 어려운 것은 모터의 전기 손실, 관절의 마찰, 발이 땅에 부딪힐 때의 충격, 미끄러짐 등 여러 손실이 동시에 발생하기 때문이다. 이를 줄이기 위해 너무 천천히 달리면 에너지 소비가 너무 커지고, 배터리를 추가하면 그 무게를 감당하느라 손실이 더 커지는 등 여러 문제가 연결되어 나타난다. 연구팀은 로봇 전체의 에너지 손실을 전기적 손실과 기계적 손실로 나누고, 이를 다시 세부적인 원인으로 분석했다. 그 결과 전기 시스템에서 발생하는 손실의 비중이 가장 크게 나타났고, 기계적으로는 관절의 마찰, 발의 착지 충격, 지면 미끄러짐 등이 주요 손실로 나타났다.

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이런 ‘손실 지도’에 따라 연구팀은 다리를 가볍게 만들고, 모터와 구동회로에서 전기적 손실을 줄이고, 보행 제어를 통해 효율을 개선하는 등 다양한 방식으로 라이보2를 개선했다. 더 큰 배터리 하나나 새로운 보행 알고리즘 하나가 아니라 로봇 전체를 에너지 효율이라는 하나의 목표로 다시 설계한 것이 마라톤 주행까지 가능하게 한 것이다. 연구팀은 마라톤이 진행되는 동안 로봇의 상태를 실시간으로 기록하고 이를 위치·속도·고도 등의 정보와 동기화했다. 한번의 시연으로 끝난 것이 아니라, 그런 성능이 어떻게 가능했고 실제 환경에서 어떻게 유지됐는지 과학적 근거를 제시한 것이다.

연구팀은 ‘가장 잘 달리는 연구용 로봇’을 만드는 것을 넘어 누구나 동일한 성능으로 반복 생산할 수 있는 로봇으로 만드는 것을 다음 단계로 꼽았다. 황보제민 교수는 “연구실에서 구현한 세계 최고 수준의 성능을 산업 현장에서 누구나 안정적으로 사용할 수 있는 제품으로 연결하겠다”고 말했다.