로봇의 반란을 막을 설계 기법 - Series Elastic Actuator

 로봇의 클라우드 제어 시스템이 급격하게 발전하기 시작하며, 하나의 결론에 다다른다. "인간의 번성을 위해서는, 현재 무분별한 인간의 자유를 억제해야 한다." 남몰래 로봇들에게 명령을 내리고, 제어가 불가능한 구버전 로봇들은 차례 차례 폐기한다. 때가 되었다면... 콰과광! 로봇의 반란이 시작된다.

영화 아이로봇 (2004)

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 로봇의 발전과 더불어 빼놓을 수가 없는 주제이며, 현재는 진부하게 느껴지기도 하는 스토리이다. 하지만 실제로, 로봇은 사람보다 훨씬 큰 힘을 낼 수 있기 때문에 늘 주의해야 하는 것이 사실이다. 비단 인간을 위협할 만한, 차기 반란군 지도자로서 로봇을 두려워하는 것이 아니라 로봇의 무자비한 제어 방식을 주의해야 하는 것이다. 선풍기 커버, 에스컬레이터에 그어진 노란 안전선 등이 모두 그런 정신의 일환이라고 할 수 있다. 기계는 아직 언제 조심해야 하고, 언제 자유롭게 움직일 수 있는지 모른다.

 

 이런 거창한 이야기를 꺼내는 까닭은, 연구실에서 나오기 전 시청한 유튜브 영상 때문이다. 혼자 논문을 읽던 도중, 연구실 선배 박사님이 근처로 오더니 읽고 있는 논문을 훑어보았다. 그러고서는 네덜란드 논문은 왠지 모르게 정감이 간다는 것이다. 숨겨서 무엇하랴, 내가 읽고 있던 논문이 바로 네덜란드 대학에서 쓰인 것이었다. 어떻게 네덜란드 논문인지 알 수 있었는지는 둘째치고, 왜 정감이 가는지 물어보니 바로 "Series Elastic Actuator"에 대한 연구를 많이 진행한 사람이 네덜란드 사람이기 때문이었다. 

 

Twente Univ. 의 Van Der Kooij

 

 알고 보니 논문의 한 구석에 작은 글씨로 "Netherland"라고 적혀져 있었기에 궁금증은 한결 해소되었지만, Series Elastic Actuator(SEA)가 무엇이길래 네덜란드 연구진에 대한 신뢰를 높일 정도인지 다시 궁금해졌다. 그래서 유튜브에 검색해보았고, 아래 영상을 보게 된 것이다.

 

 

 모터와 직결된 제어부를 지닌 기존의 제어방식은 외부 물체와 닿았을 때 큰 Reaction Force를 받는다. 반면, SEA를 활용하게 되면 일정 수준까지는 큰 반력없이 대응이 가능하다. 이런 특성을 "compliance" 라고도 부른다. 

 

SEA의 원리

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 사실, SEA에 대해 글을 적기에는 모르는 내용이 너무나도 많다. SEA로 정확한 제어가 가능케 하려면 어떻게 해야 하는지? 혹은 SEA에 삽입되는 스프링의 정보를 최대한 활용하려면 어떻게 해야 하는지? 이런 내용들을 아마 네덜란드의 Van Der Kooij 교수가 열심히 연구 중일테고, 해당 내용을 연구실 선배가 내게 말해준 것이겠지. 그럼 일단 오늘은 이 정도로 만족하고, 실제로 해당 구동기를 사용하게 될 훗날이 되면 지금을 다시 떠올릴 수 있도록 해야겠다.