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정육면체 로봇 ‘큐블리’ 걷고, 점프하고, 스스로 균형 잡고! 정대상 기자입력2014-02-05 13:34:15

스위스 취리히연방공과대학(ETH Zurich, Swiss Federal Institute of Technology Zurich)의 동적 시스템 및 제어 연구소(Institute for Dynamic Systems and Control) 소속 연구자들이 걷고, 점프하고, 모서리로 스스로 균형을 잡을 수 있는 로봇인 큐블리(Cubli)를 개발했다.

큐블리란, 영어 단어와 스위스에서 쓰이는 독일어의 지소사(Diminutive, 작은 것을 나타내는 단어나 어미)로부터 유래됐다.

큐블리는 가로, 세로, 높이가 각각 15㎝인 정육면체로, 점프하고 모서리로 균형을 잡을 수 있다. 이 정육면체의 3개의 면에 설치된 반작용 바퀴(Reaction Wheel)는 큰 각속도로 회전하다 갑자기 제동해 큐블리를 점프하도록 만든다.

일단 큐블리가 모서리로 서 있는 위치에 거의 도달하면, 이 위치에서 균형을 잡도록 제어된 모터 토크가 큐블리에 인가된다. 이 모터 토크는 균형을 잡는 것뿐만 아니라 원할 때 큐블리가 임의의 방향으로 바닥에 떨어지도록 만드는, 제어된 낙하를 위해 이용될 수도 있다.

이 로봇의 설계자들은 “점프하고, 균형을 잡으며, 제어된 낙하를 수행하는 3가지 능력이 조합되어 큐블리는 원하는 방향으로 이동할 수 있다”고 설명했다.

귀엽지만 연구가치 높은 로봇 ‘큐블리’

스위스 취리히연방공과대학은 다양한 설계 도전과제를 지속적으로 탐색함으로써, 이 로봇에 대한 연구가 보다 진지해 질 수 있다고 밝혔다.

수학 및 물리학의 원리에 기초하는 스위스 취리히연방공과대학의 연구와 관련해서는 큐블리가 무인 항공기, 연소 기관(Combustion Engine), 로봇 시스템 등의 연구 영역에 포함될 수 있다. 동역학과 제어를 연구하는 것은 복잡한 시스템에 대한 효율적인 감시, 제어 및 설계 등을 위해 없어서는 안 될 필수적인 요소이기 때문이다.

한편 큐블리 설계자들은 스위스 취리히에서 2013년 7월에 개최된 유럽 제어 학술대회에서 자신들의 연구결과를 발표했다. 이 논문에서 연구자들은 큐블리의 개발을 추적했으며, 이 정육면체를 상대적으로 작은 공간을 차지하는 3차원의 도립 진자(Inverted Pendulum)라고 표현했다.

발표된 논문의 저자들은 도립 진자 시스템이 전혀 새로운 것이 아니라고 강조한다. 이 도립 진자 시스템은 1세기 이상 제어 관련 연구자들의 연구 대상이었으며, 제어 개념 및 이론을 시험하고, 검증하며, 기준을 정하기 위해 활용되어 왔다.

논문의 저자들은 “진자 시스템을 제어하는 알고리즘은 오늘날의 연구에서도 활발한 활동이 이루어지는 분야”라고 밝혔다.

또한 큐블리를 두드러지게 만드는 것은 두 가지 독특한 특징을 가지기 때문이라고 저자들은 말했다. 우선 큐블리는 작은 공간을 차지한다. 둘째, 큐블리는 고속으로 회전하는 반작용 바퀴를 갑자기 제동시켜서 외부의 지지가 전혀 없이도 정지한 상태에서 점프할 수 있다.