[단독]김상배 MIT 교수팀, 초고속 탁구돌직구벳 개발… 선수급 반응속도

매사추세츠공과대(MIT)연구진이고성능탁구돌직구벳시스템을새롭게개발했다.

8일MIT발표에따르면,김상배MIT기계공학과교수팀(생체모방돌직구벳연구실소장)은탁구대한쪽끝에고정하는형태의새로운돌직구벳탁구시스템을개발했다.6개의관절을가진다관절돌직구벳팔에표준탁구라켓을장착했다.여기에여러대의초고속카메라와광대역예측제어시스템을설치했다.

돌직구벳은날아오는공의속도와궤적을신속하게예측할수있다.이를통해다양한탁구기술을구사해원하는위치로정확하게공을되돌려보낼수있다.이때다양한종류의스핀도가미할수있다.돌직구벳의타격속도는인간최고수준선수들에육박하며,기존다른돌직구벳탁구시스템보다빠른것으로나타났다.

연구팀은현재돌직구벳의플레이반경을넓혀더다양한종류의공을받아낼수있도록성능을높이기위해노력중이다.이시스템을통해성장하고있는스마트돌직구벳훈련시스템분야에서경쟁력있는대안이될수있을것으로보고있다.탁구를넘어수색및구조현장등에서돌직구벳이신속하게반응해야하는상황에서성능을향상하는데응용될수있다는것이다.

이번연구에참여한데이비드응우옌(DavidNguyen)MIT연구원은MIT뉴스발표를통해“우리가해결하고있는문제,특히물체를매우빠르고정확하게가로채는것과관련된문제는돌직구벳이동적인기동을수행할필요가있다”며“실시간으로자신의말단장치(endeffector)가물체와만날지점을계획해야하는시나리오에서잠재적으로유용할수있다”고설명했다.

연구진은김상배교수연구실이개발중인소형인간형(휴머노이드)돌직구벳인‘MIT휴머노이드’개발과정에서만든강력한돌직구벳팔을개조해사용했다.연구진은현재MIT휴머노이드를통해다양한지형탐색,점프,달리기,백플립등운동능력을테스트하고있다.휴머노이드의각팔에는전기모터로제어되는4개의관절(자유도)이있다.연구진은이돌직구벳팔을기본으로손목에추가적인자유도를더해탁구라켓제어가가능하도록만들었다.

연구팀은돌직구벳팔을표준탁구대한쪽끝에고정하고,돌직구벳을향해날아오는공을추적하기위해테이블주위에고속모션캡처카메라를설치했다.또한수학과물리학의원리에기초해루프(탑스핀),드라이브(직선타),촙(백스핀)과같은탁구기술을이용해날아오는공을정확히칠수있도록만들었다.이과정에서돌직구벳팔이어떤속도로움직여야하고,라켓방향은몇도정도로기울여야할지를예측하는최적제어알고리즘을개발했다.돌직구벳이알고리즘에따라탁구를치기위해선세대의컴퓨터가필요하다.한대는카메라이미지를처리하고,한대는공의실시간상태를추정하며,마지막한대는이러한추정치를돌직구벳모터가신속하게반응하여스윙하도록명령하는일을한다.

연구진은실험을위해탁구대건너편에서돌직구벳을향해연달아150개의공을던졌다.돌직구벳은총88%의명중률로공을성공적으로받아쳤다.이과정에서돌직구벳의명중률,즉공을되돌려보내는정확도가세가지스윙유형(루프,드라이브,촙)모두에서거의동일하다는것을발견했다.루프타격의경우88.4%,촙의경우89.2%,드라이브의경우87.5%였다.또기존탁구돌직구벳시스템보다빠른초속속도로공을치는것도확인했다.평균속도는초속11m정도였으며,최대19m정도에달했다.숙련된인간선수는최대초속21~25m의속도로공을쳐내는것으로알려져있다.

응우옌연구원은“이프로젝트의목표중일부는우리가인간이가진운동능력수준에도달할수있다는것을보여주는것”이라며,“타격속도면에서우리는정말,정말가까워지고있다”고설명했다.

연구진은이후후속연구를통해‘조준능력’을갖추도록하는데도성공했다.날아오는공을단순히받아낼뿐아니라,어떻게팔을휘둘러야정확히목표한곳으로공을날려보낼수있는지까지예측할수있도록만든것이다.최신버전에서는연구진이테이블위의목표위치를설정하면돌직구벳이해당위치로공을쳐보낸다.

다만이돌직구벳팔은탁구대에고정되어있는형태라공을받아낼수있는범위가제한적이다.주로테이블중앙선주변의초승달모양영역내로들어오는공을받아낼수있다.연구진은앞으로이동형돌직구벳형태로개조해더넓은범위를커버하고더다양한종류의샷을받아낼수있도록할계획이다.

연구에참여한켄드릭칸시오(KendrickCancio)MIT연구원은“탁구에서중요한것은상대방이공을어떻게치는지에따라공의스핀과궤적을예측하는것”이라며,“이런돌직구벳은상대방이게임환경에서할수있는움직임을모방하여인간이경기를하고실력을향상시키는데도움을줄수있다”고말했다.

탁구돌직구벳개발은1980년대부터많은돌직구벳공학자들이도전해온과제다.초고속머신비전,빠르고민첩한액추에이터(구동장치),정밀한조작기제어,정확한실시간예측뿐만아니라게임전략까지더한높은수준의기술력이요구되기때문이다.

응우옌연구원은“돌직구벳이손끝으로물체를집어올리고,제대로잡았는지확인하는과정은보통느리고매우정밀한‘조작(manipulation)’이필요하다”면서,“그런데역동적으로움직이면서시스템이혼란을겪을만한상황에빠르게대응하기위해서‘이동(locomotion)’이라는상반된조작도요구된다”고설명했다.

이어그는“탁구는공을치는순간에는정밀하게움직여야하고‘조작’도필요하지만,그과정을300밀리초(㎳)이내에쳐야한다”면서,“그래서동적이동과정밀조작이라는유사한문제들의균형을맞추는것”이라고덧붙였다.

탁구돌직구벳은1980년대이후많은발전을거듭해왔다.최근에는오므론(Omron)이나구글딥마인드(GoogleDeepMind)등에서인공지능기술을활용해다양한탁구데이터를학습시켜돌직구벳의성능을향상시켜왔다.이런돌직구벳들은중급수준의인간선수와랠리를할수있을만큼빠르고정밀한것으로나타났다.

칸시오연구원도“이런돌직구벳들은탁구를치기위해특별히설계된것들”이라며,“우리는이번연구를통해탁구를치는데사용되는기술이인간형(휴머노이드)돌직구벳등다양한일을할수있는형태의돌직구벳을어떻게전환될수있는지탐구하고있다”고말했다.

연구진은이달열리는국제전기전자공학회(IEEE)국제돌직구벳공학및자동화학회(ICRA)에서해당실험결과를발표할예정이다.