July 20,2019

스스로 배우는 인공지능 로봇

의료기기‧재난구조에 활용 가능

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로봇을 이용해서 의수나 의족 등을 만들거나, 외골격근으로 큰 힘을 내는 구조 로봇을 만드는 노력이 활발하다. 그러나 이들을 자연스럽게 움직이도록 훈련시키는 일은 시간이 많이 걸리므로 적용하기가 쉽지 않다.

동물처럼 태어나자 마자 금방 걷는 요령을 터득하는 그런 로봇 팔다리는 없을까? 미국 서던 캘리포니아 대학교(University of Southern California, USC)과학자들이 동물 같은 힘줄을 가지고 있으면서 동물처럼 아주 빠르게 걷는 법을 터득하는 인공지능 로봇 팔다리를 개발했다고 발표했다.

이 인공지능 로봇 팔다리는 걷다가 삐끗할 경우가 생겨도 바로 다음 번 다리를 내디딜 때가 되는 그 짧은 시간 안에 교정할 정도로 빨리 배워 익힌다. 지금까지 이런 기능을 가진 로봇은 나타난 적이 없다고 연구팀은 밝혔다.

동물같이 스스로 배우는 로봇 Credit: Matthew Lin

동물같이 스스로 배우는 로봇 Credit: Matthew Lin

로봇과학자들도 바로 동물같이 순식간에 배우고 익혀 걸을 수 있는 로봇을 개발하는데 큰 관심을 기울였다. 미국 USC 대학 연구팀은 생물학적 원리를 이용해서, 인공지능 알고리즘을 탑재한 로봇 팔다리를 개발했다고 11일 네이처 머신 인텔리전스 (Nature Machine Intelligence) 저널에 발표했다.

이 생물학적 인공지능 로봇 팔다리는 5분이면 별다른 지시가 없어도 새로운 움직임을 스스로 배워 걸을 수 있다. 게다가 추가 프로그램을 입력하지 않아도 새로운 임무를 스스로 배워 적용할 정도로 응용력이 뛰어나다.

5분이면 주변 환경에 적응 가능

네이처 머신 인텔리전스 3월 표지 모델로 발표된 이번 논문은 인간의 움직임과 장애를 이해하는데 매우 흥미로운 가능성을 열어준 것으로써 똑똑한 의수나 의족 등을 개발하는데 새 문을 열어줄 것으로 보인다. 우주탐사나 재난 피해자 수색 등과 같이 복잡하고 변화무쌍한 환경에 필요한 로봇을 개발하는데 도움을 줄 것으로 예상된다.

시니어 저자인 발레로-쿠에바스 (Valero-Cuevas) USC 교수는 “로봇이 외부세계와 상호작용하기에 충분하게 훈련시키려면 몇 달이나 몇 년이 걸리지만, 우리들은 자연에서 보는 것 같이 빨리 배워 적응하는 그런 기능을 얻기를 원했다”고 말했다.

이번 논문의 주저자인 생의학공학과의 마르자니네자드(Marjaninejad) 박사과정 학생은 “갓 태어난 아기에게서 나타나는 자연학습과 유사한 원리를 적용했다”고 말했다. 이 로봇은 우선 아이가 자유롭게 노는 과정을 통해서 환경을 이해하는 ‘모터 배블링’ (motor babbling) 원리를 적용했다.

모터 배블링은 아이가 반복된 행동과 및 시행 착오를 통해 움직이는 법을 배우는 것을 말한다. 이 로봇 역시 백지상태에서 학습하면서 주변 세계가 어떻게 작동하는지를 파악하기 때문에 일일이 프로그램을 짜지 않아도 된다.

인공지능 로봇은 사람의 특징을 파악해서 적응한다. ⓒ Pixabay

인공지능 로봇은 사람의 특징을 파악해서 적응한다. ⓒ Pixabay

마르자니네자드는 “이러한 원리를 적용하면 로봇이 알아서 로봇 팔다리의 내부 지도를 작성하고 외부환경과의 상호작용 방법을 수립한다”고 말했다. 현재 나와 있는 다른 로봇과는 달리 동물을 닮은 이 인공지능 로봇은 움직이면서 배우기 때문에, 학습을 위한 컴퓨터 시뮬레이션이 필요하지 않다.

현재 사용되는 로봇처럼 만약 프로그래머가 다양한 시나리오에 대응하는 프로그램을 짜는 것은 한계가 있다. 공장 로봇 같이 일정한 일만 하는 것이 아니라, 끊임없이 새로운 임무를 해결해야 하는 로봇은 모든 프로그램을 미리 짤 수가 없다.

맞닥뜨려야 할 너무나 다양한 상황에 일일이 대응하는 모든 프로그램을 모두 다 예상할 수 없기 때문이다. 그러므로 사전에 프로그램된 로봇은 반드시 실패하는 상황이 나온다.

그러나 이 새 로봇은 경험을 통해 배우고 그 결과를 바로 인공지능으로 적용하는 놀라운 적응력을 가지고 있다. 매 번 새로운 해결책을 스스로 찾아낸다. 물론 스스로 찾아낸 해결책이 완전하지 않을 수 있지만, 문제를 해결하는데 충분히 유용하다면 채택된다.

예를 들어 어떤 장애를 가진 사람의 걷는 모습이 자연스럽지 못하면, 이 로봇은 그 사람에게 맞는 해결책을 찾아서 바로 적용할 수 있다고 연구팀은 밝혔다.

때문에 이 기술의 응용범위는 매우 다양하다. 수족을 잃은 사람에게 매우 유용한 로봇팔다리 역할을 하거나, 외골격근의 임무를 수행할 수 있다.

동물을 능가하는 로봇도 가능할 듯

물론 이번 연구결과를 응용하면 우주탐사나 구조임무에도 적용된다. 새로운 별이나 자연재해가 발생해서 아주 위험하고 불확실한 지역에 아무런 외부 도움없이 임무를 수행하는 것이 가능하다. 중력이 높은 곳이나 낮은 곳에서도 적응할 수 있다.

우주탐사나 재난구호에 인공지능 로봇이 응용될 것이다. ⓒPixabay

우주탐사나 재난구호에 인공지능 로봇이 응용될 것이다. ⓒPixabay

이번 연구결과는 동물이 가진 놀랍도록 빠른 적응능력을 로봇에게 적용한 것이지만, 연구팀은 한 발 더 나아간 새로운 로봇 시대를 바라본다. 동물들이 몇 개월에 걸려 배우는 능력을 불과 몇 분 만에 익히는, 동물보다 뛰어난 학습능력을 가진 그런 로봇을 꿈꾸고 있다.

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