[서울타임즈뉴스 = 허성미 기자] 현대차그룹 로봇 전문 계열사 보스턴다이나믹스가 손가락 4개를 갖춘 차세대 로봇 핸드를 처음 공개했다. 새 손을 장착한 휴머노이드 로봇 아틀라스는 드릴 비트를 직접 끼우고 나무에 구멍을 냈다. 작은 너트를 손끝으로 돌려 조이고 골프공 2개를 한 손에서 움직이는 모습도 선보였다. 이동과 운반에 머물지 않고 제조현장에서 필요한 손 작업까지 범위를 넓힌 것이다.
보스턴다이나믹스는 1일(현지시간) 차세대 핸드를 단 아틀라스의 작업 영상을 선보였다. 이번 영상에서는 걷거나 무거운 물건을 옮기는 모습보다 손동작이 주로 등장했다. 공구를 쓰고 작은 부품을 체결하는 것은 물론 손 안에서 물체를 돌리거나 위치를 바꾸는 장면도 담겼다.
아틀라스가 가장 먼저 집은 것은 드릴 비트다. 손가락으로 비트를 잡아 드릴에 끼운 뒤 손잡이를 쥐었다. 이어 버튼을 누르고 드릴을 돌려 나무에 구멍을 뚫었다. 손잡이를 놓치지 않을 만큼 힘을 주면서 동시에 손가락 하나를 움직여 버튼까지 눌렀다. 손가락마다 서로 다른 힘과 움직임이 필요한 작업이다.
너트를 조일 때는 손끝 움직임이 한층 세밀해졌다. 작은 너트를 집어 볼트에 맞춘 뒤 손가락으로 조금씩 돌렸다. 너트를 떨어뜨리지 않으면서 손 안에서 위치를 옮기고 다시 잡아 회전시키는 동작이 이어졌다. 볼트나 너트처럼 작은 부품을 조립할 때 사람 손에서 볼 수 있는 움직임과 비슷하다.
드럼 스틱과 골프공을 잡았을 때는 손가락 움직임이 또 달라졌다. 길고 가느다란 드럼 스틱은 손가락 사이에서 돌렸다. 단단하고 미끄러운 골프공 2개는 한 손에 쥔 상태로 함께 움직였다. 물체의 모양과 표면이 달라질 때마다 손가락이 닿는 위치와 쥐는 힘도 바뀌었다.
새 핸드는 엄지를 포함한 손가락 4개에 모두 13자유도(Degree of Freedom)를 넣었다. 엄지는 4자유도, 나머지 3개의 손가락은 각각 3자유도로 움직인다. 손가락을 벌릴 수 있고 끝부분도 따로 움직인다. 물체를 내려놓지 않고 손 안에서 위치나 방향을 바꾸는 ‘인핸드 매니퓰레이션(In-Hand Manipulation)’도 이 구조에서 나온다.
사람의 손과 달리 새끼손가락은 없다. 보스턴다이나믹스는 산업용 로봇이 현장에서 맡게 될 작업을 놓고 손가락 5개가 꼭 필요한지부터 따졌다. 설계 복잡도와 전력 소모, 비용뿐 아니라 내구성과 수리 편의성도 검토 대상에 올렸다. 그렇게 정한 형태가 네 손가락이다.
손가락 1개를 덜어냈지만 손 전체 크기는 사람과 비슷하다. 사람이 일하던 공간이나 기존 공구를 로봇에 맞춰 바꾸지 않고 그대로 쓰도록 크기를 맞췄다. 구조는 단순하게 가져갔고 주요 부품은 모듈화했다. 현장에서 정비하기 쉽고 오래 사용할 수 있는 구조와 함께 향후 대규모 생산도 염두에 뒀다.
아틀라스 행동 조작 기술 개발을 총괄하는 알베르토 로드리게즈는 손가락 구성을 정하기까지 여러 형태를 시험했다고 설명했다. 엄지를 몇 개 둘지, 새끼손가락이 꼭 필요한지도 검토했다. 실험과 시뮬레이션, 3D 프린팅 목업이 이어졌다. 개발자들이 새끼손가락을 고정한 채 하루 종일 직접 일해보기도 했다. 여러 시험을 거친 뒤 새끼손가락을 빼는 쪽으로 설계를 정했다.
손끝과 손바닥에는 압력을 읽는 촉각 센서를 촘촘하게 넣었다. 물체에 닿으면 작은 힘의 변화까지 센서가 읽는다. 손가락과 물체가 맞닿은 상태를 확인하면서 쥐는 힘을 달리한다. 모양이나 재질이 바뀌었을 때 같은 힘으로 물체를 잡지 않는 이유다.
아틀라스의 손동작은 가상공간에서도 훈련한다. 보스턴다이나믹스는 개발 초기부터 가상환경에서 먼저 학습한 뒤 실제 로봇으로 옮기는 ‘심투리얼(Sim-to-Real)’을 적용했다. 실제 기체의 구동 특성과 마찰 등을 시뮬레이션에 집어넣어 가상공간에서 익힌 동작을 실제 기체에서 다시 시험했다.
학습 조건도 계속 바꿨다. 모터 토크와 마찰을 달리하고 물체의 모양도 바꿨다. 작업 도중 예상하지 못한 힘이 가해지는 상황까지 넣어 강화학습을 진행했다. 같은 조건에서 정해진 동작만 되풀이하지 않고 제조현장에서 마주칠 여러 상황에 맞춰 손을 움직이도록 훈련하고 있다.
보스턴다이나믹스는 최근 ‘로보틱스 메타플랜트 응용 센터(RMAC)’도 열었다. 현대차그룹의 산업 환경을 본뜬 실증 공간이다. 아틀라스는 이곳에서 제조 작업 데이터를 모으고 학습한 동작을 직접 시험했다. 작업 중 새로 얻은 데이터는 다시 학습에 쓰이고 있다. 학습한 동작을 현장에서 시험하고 그 결과를 다시 데이터로 쌓는 과정을 거치며 실제 제조 작업에 필요한 손동작을 다듬었다.
