그레이 월터의 거북이는 진공관 회로를 사용해 개발되었는데, 트랜지스터 회로로 바꾸면 배터리와 전원회로의 무게와 부피를 줄이고 좀더 실용화의 가능성이 높아질 수 있다. 그래서 1960년의 교육용 과학키트 공급 협동조합인 SMC(Science Material Center)가 트랜지스터 회로에 의해 동작하도록 재설계를 시도하기도 했지만, 본격적으로 트랜지스터 회로를 사용한 모바일 바카라 에볼루션은 “비스트(The Beast, 야수)”라 불린 존스홉킨스대학의 바카라 에볼루션이었다.

1960년대 중반의 상황을 살펴보면, 산업용 바카라 에볼루션 팔인 유니메이트가 개발되고, 몇몇 업체가 로봇 개발을 본격적으로 시작했지만, 산업용 바카라 에볼루션은 여전히 한자리에 고정되어 제한된 공간 내에서만 작업이 가능했다. 또 보행로봇은 이제 겨우 그 연구의 첫 걸음마를 떼려 하던 때였다.

이때 연구자들은 성공적으로 도입되기 시작한 산업용 바카라 에볼루션 기술을 정형화되지 않은 환경인 공장 외부에서도 활용할 방법을 궁리하기 시작했다. 또한 한참 낙관론에 젖어 있던 인공지능 연구계도 인지 이론을 연구하기 위해 컴퓨터에 센서를 연결하는 고민을 시작했다. 그런 두 가지 요구가 통합되면서, 이동이 가능한 모바일 로봇의 연구가 시작되었다. 그런데 이를 달성하기 위해서는 몇 가지 현실적인 문제를 해결해야 했다.

첫번째는 이동 수단이었는데, 보행 바카라 에볼루션의 연구는 아직 시작되기 전이었으므로, 실험실의 평평한 바닥에서 이동 가능한 저렴한 비용의 바퀴 구동식은 가장 합리적인 선택이었다.

두번째 문제는 경로나 장애물에 대한 인식의 문제였다. 산업용 바카라 에볼루션은 한 곳에 고정되어 작업을 하지만 모바일 로봇은 현실 세계의 환경에서 작동해야 하므로, 바닥이나 벽 그리고 계단과 같은 지형과 고정되어 있거나 움직이는 장애물 그리고 경로상의 상태를 감지하고 인식할 수 있어야 했다.

세번째는 제어에 관한 문제였다. 고정되어 있어 사람의 관리가 쉬운 산업용 바카라 에볼루션에 비해, 자율적으로 이동하며 움직이는 모바일 로봇은 인식한 환경을 기반으로 어떤 동작의 결정을 내려야 할지, 어떤 동작 계획을 세워야 할지를 스스로 결정해야 했다. 또 계획한 동작이 완료되었는지, 문제가 발생할 경우 어떻게 대처해야 할지 하는 문제도 스스로 해결할 수 있도록 제어되어야 했다.

마지막으로, 고정되어 전원 공급이 쉬운 산업용 바카라 에볼루션과 달리 항상 이동을 해야 하므로, 전원선이 연결될 수 없는 로봇이 계속 작동할 수 있도록 에너지를 공급할 수 있는 방법이 무엇인지에 대한 문제도 해결해야 했다.

이런 문제들을 해결해서 이동이 가능한 바카라 에볼루션을 구현하는 연구로 많은 대학의 연구실에서는 바퀴형 모바일 바카라 에볼루션을 실험하고 있었다. 바퀴 달린 바카라 에볼루션들은 바카라 에볼루션이 개발되는 실험실과 복도와 같은 평평한 표면 위에서 효율적이고 안정적인 동작을 보여주었다. 또 보행 바카라 에볼루션에 비해서는 구현이 쉬웠으며, 바카라 에볼루션 팔에 비해 상대적으로 저렴한 방법이었기에 가장 합리적인 선택이었다. 이들 대학 실험실들의 대부분의 장기적인 목표는 그레이 월터의 거북이보다 더 진화되어 인간의 간섭없이 스스로 작동할 수 있는 바카라 에볼루션을 만드는 것이었다.

그런 실험들 가운데 당시 가장 유명한 모바일 바카라 에볼루션이 존스홉킨스대학의 비스트였다. 1960년대 중반, 존스홉킨스대학 응용물리학연구소(Applied Physics Lab.)에서는 자율 바카라 에볼루션에 관한 실험으로, 높이가 0.5미터, 지름이 0.2미터의 원통형을 한 바카라 에볼루션, 비스트를 개발했다.

이 모바일 바카라 에볼루션의 무게는 거의 50킬로그램에 달했으며 원통 꼭대기에는 길게 팔이 하나 나와 있었고, 가려진 바카라 에볼루션 하부에는 바퀴가 달렸다. 당시는 대형 컴퓨터만 있던 시절이었으므로, 컴퓨터로 제어하게 되면 어쩔 수 없이 배선이 길어지고 결국 자유로운 이동에 제한이 생길 수 밖에 없었다.

그래서 비스트의 제어부는 수십개의 트랜지스터로 구성된 기본 논리 모듈을 여러 개 장착해서 구성되었다. 트랜지스터 회로로 부울 논리 회로, 타이머 회로와 필요한 다른 기능들을 구성해서, 센서 입력에 대한 반응 동작을 결정하고, 작업 수행 시간을 결정했으며, 파워 트랜지스터 회로로 팔과 충전 시스템을 구동했다.

당시 비스트가 하는 작업은 단지 두가지였다. 하나는 흰색으로 칠해진 연구소 복도의 벽을 따라 이동하는데, 장애물을 피하며 혼자서 계속 돌아다니는 일이었다. 또 다른 하나는 그렇게 돌아다니다가 흰색 벽면에 있는 검정색 전기 콘센트를 발견하면 멈추어 서서 스스로를 충전하는 것이었다. 다르게 표현하면 비스트는 지속적으로 주변을 탐색하며 돌아다니고, 멈추지 않고 생존하기 위해 스스로 충전하는 일만 수행했다.

존스홉킨스대학에서는 1961년에 이미 비슷한 개념의 바카라 에볼루션 “페르디난드(Ferdinand)”라고 불리는 “Mod-1”을 개발했었다. 육면체의 몸통을 한 “Mod-1” 바카라 에볼루션은 “Mod-2”인 비스트의 전신으로, 마이크로 스위치의 접촉으로 벽을 인식하고, 벽에 있는 전기 콘센트를 찾는 작업의 개념 증명용으로 제작되었다. 1962년부터 1965년까지 개발된 비스트에는 개선된 소나(Sonar, 음파탐지기) 시스템과 비디오 시스템, 광전셀과 터치 센서를 장착해서, 청각과 시각 그리고 촉각의 세가지 감각을 활용한 모바일 바카라 에볼루션이었다.

소나는 바카라 에볼루션의 수직방향에서 중간 정도의 위치에 장착되어 있는데, 정면과 제한된 부분의 측면을 감지할 수 있어서 벽이나 정면의 장애물에 부딪힘 없이 복도의 중간으로 이동할 수 있었고, 비디오 시스템을 이용해서 표시된 전기 콘센트를 감지할 수 있었다. 두 개의 소나 도움으로 비스트는 거리나 경계 내의 위치 그리고 장애물을 감지하며 경로를 결정할 수 있으므로, 그레이 월터의 거북이보다 훨씬 더 복잡한 경로 이동과 행동을 보여주었다.

초기에는 바카라 에볼루션 팔에 장착된 마이크로 스위치를 사용해서 벽면에서 튀어나온 콘센트 박스를 감지했으나, 개발이 진행되면서 바카라 에볼루션의 상단에 비디콘(Vidicon) 촬상소자를 장착해서, 흰색 벽과 대비되는 검정색 콘센트의 직사각형 영상을 식별해 전기 콘센트를 찾았다. 전기 콘센트가 감지되면 상부의 팔을 뻗어 충전기를 콘센트에 연결하고, 충전된 다음에는 다시 복도의 순찰을 시작했다. 과장되기는 했지만, 이런 행동은 정처 없이 떠돌아 다니다가 먹이를 사냥하는 박테리아의 행동에 비유되기도 했다.

비스트의 몸체를 감싼 커버는 마이크로 스위치를 이용하여 터치 센서로 동작하도록 했는데, 낮은 위치의 장애물을 감지할 수 있었다. 비스트는 이렇게 장착된 센서들로 열린 문이나 계단, 파이프, 늘어뜨려진 케이블 다발이나 사람을 감지해서, 정지하거나, 감속하거나, 장애물을 우회하며 돌아다녔다. 기록에 따르면 비스트는 동작 시간 중 거의 84%의 시간을 충전에 사용했다고 한다.

3시간 정도의 수명을 가진 내장된 배터리로 스스로 충전해 가며 가장 오랜 시간 동안 구동된 기록은 40.6시간이었는데, 기계적 문제로 멈췄다. 아주 긴 시간은 아니었지만, 이런 실험은 에너지원을 찾아 스스로 공급하는, 독자 생존이 가능한 바카라 에볼루션의 가능성을 보여준 것이다.

또한 비스트는 프로그래밍한 경로대로 움직이는 바카라 에볼루션이 아니었다. 그레이 월터의 거북이처럼, 바카라 에볼루션 스스로 경로를 결정하고, 물체를 인식해서 장애물을 회피하며, 목표물을 찾는 자율주행바카라 에볼루션의 초기 모델이었으며, 이러한 동작을 구현하기 위한 센서의 적절한 활용의 가치를 보여주었다.

<필자:문병성 moonux@gmail.com

필자인 문병성은 금성산전, 한국휴렛패커드, 애질런트 테크놀로지스, 에어로플렉스 등 자동화업계와 통신업계에 30년 이상 종사했으며, 최근에는 로봇과 인공지능 등 신기술의 역사와 흐름에 관심을 갖고 관련 글을 매체에 기고하고 있다.