군집로봇 시스템 기술 및 연구동향
1. 서론
아마존 물류센터의 복잡하고 거대한 창고안에는 5천여대의 로봇들이 물품을 분류하고 이송하는 역할을 한다. 아마존의 로봇창고관리 시스템을 통해 다수의 로봇들은 서로 충돌하거나 엉키는 일 없이 물품을 병렬 처리할 수 있다. 아마존은 1만 5천대의 로봇을 도입한 시점에 이미 9억 달러의 비용을 절감하였으며 조만간 25개 물류센터에 6만 5천대까지 로봇배치를 늘릴 계획이다[1] (그림 1a). 또한, 영국의 항공기 엔진회사인 롤스로이스사는 하버드대, 노팅엄대 등 여러 연구기관과 협력해 항공기 엔진을 검사하고 유지 보수할 수 있는 소형 로봇을 개발 중이다[2] (그림 1b). 해당 로봇들은 작은 크기를 이용해 엔진을 분리하지 않은 채로 내부로 들어가 상태를 검사하거나 유지 보수할 수 있어 비용 절감 및 기술적 난제를 해결할 수 있다. 이러한 사례는 다수의 로봇을 동시에 운용하며 동일한 목표를 위해 임무를 수행하는 군집로봇(swarm robot) 기술의 다양한 예를 보여준다.
군집로봇은 꿀벌, 개미, 물고기 등과 같이 자연적인 군집현상을 로봇 공학에 적용하는 새로운 분야이다[3,4]. 개미 군체는 큰 틈을 건너기 위해 다리를 지을 수 있고, 흰개미 군체는 최대 8-9 미터 높이의 둔덕을 지을 수 있으며, 물고기는 포식자를 물리치기 위해 군체를 형성한다. 군집로봇은 이러한 자연적인 현상을 모방하여 확장 가능하고, 유연하며, 견고한 시스템을 형성하는 것을 목표로 한다. 분류 체계상 군집로봇은 멀티로봇 시스템의 하위 개념이며 제어 컴퓨터가 모든 로봇을 관리하는 중앙화 시스템 없이 개별 로봇의 지역 정보(local information)와 주변 이웃 로봇과의 상호정보교환(local interaction) 만으로 스스로 제어하는 분산화 시스템(decentralized system)을 이용한다 (그림 2).
본 보고서는 군집로봇 기술의 속성 및 행동 분류, 응용분야, 수행 중인 주요 프로젝트 및 향후 전망에 대해 개괄적으로 다루고자 한다. 군집로봇의 기반 기술에는 행동 제어, 네트워킹, 상황인지, 시스템 통합 기술 등이 있으며, 현재 다양한 실험 및 시뮬레이션 플랫폼을 활용한 기술 개발이 활발히 진행되고 있다.