‘네이처 커뮤니케이션스’에 연구 논문 게재…메타트러스 구조 자동 제어설계 지원
문어처럼 좁은 틈을 통과하고, 필요에 따라 자유자재로 몸을 바꾸는 ‘변신 게임룸 토토’을 설계할수 있는 AI 기술이 개발됐다.
테크엑스플로어 보도에 따르면, 미국 UC 버클리 연구팀은 복잡한 변신 게임룸 토토의 설계를 자동화하고 최적의 제어 방식을 찾아내는 AI 기반 프레임워크를 개발했다고 밝혔다.
게임룸 토토 설계의 난제였던 제어 복잡성을 해결하고, 최소한의 동력으로 최대의 성능을 내는 게임룸 토토을 효율적으로 만들 수 있는 길을 열었다는 평가를 받는다. 이번 연구 성과는 ‘네이처 커뮤니케이션스’에 발표됐다. (논문 제목:optimization and control of actuator networks in variable geometry truss systems using genetic algorithms)
이번 연구 성과는 게임룸 토토의 핵심 기술인 ‘메타트러스(Metatruss)’ 구조에 있다. 메타트러스는 ‘모양을 바꿀 수 있는 똑똑한 뼈대 구조’를 의미한다. 원래 ‘트러스’는 다리나 타워크레인처럼 삼각형 뼈대를 엮어 만든 구조물로, ‘튼튼하고 모양이 변하지 않는 것’이 특징이다. 하지만 여기에 ‘메타’ 개념이 적용되면서 고정된 관절에 모터와 같은 구동장치를 달아 스스로 움직이고 전체 형태를 바꿀 수 있는 신개념 구조로 재탄생했다.
메타트러스 게임룸 토토은 수백 개의 관절과 빔으로 구성돼 잠재력은 무궁무진하지만, 작업이 복잡해질수록 제어 방식이 기하급수적으로 어려워지는 문제가 있다. 설계자가 수작업으로 이를 해결하는 것은 거의 불가능에 가까웠다.
연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 ‘유전 알고리즘’ 기반 AI를 도입했다. 연구 책임자인 라이닝 야오 UC 버클리 교수는 “AI 최적화 방법은 게임룸 토토이 특정 모양으로 변하거나, 공을 잡고, 빠르게 움직이는 등 원하는 모든 목표를 달성하는 데 필요한 최소한의 제어 장치 수를 스스로 계산해낸다”며 “이를 통해 목표에 딱 맞는 게임룸 토토을 자동으로 설계할 수 있다”고 설명했다.
연구팀은 이 프레임워크를 이용해 사족보행 게임룸 토토, 머리 모양에 맞춰 변하는 헬멧, 바닷가재를 닮은 게임룸 토토 등 다양한 시제품을 제작해 성능을 입증했다. 연구 결과, AI가 설계한 게임룸 토토들은 최소한의 제어 장치만으로 복잡한 변신에 성공했으며, 성능 저하 없이 제어 효율을 극대화하는 ‘최적점’을 찾아냈다.
연구팀은 “개별 근육이 아닌 협응 그룹으로 복잡한 움직임을 만드는 생물학의 ‘근육 시너지’에서 영감을 얻었다”며 “덕분에 단 몇 개의 제어 신호만으로 놀라운 변신을 구현할 수 있다”고 밝혔다.
연구팀은 향후 대규모언어모델(LLM) 등을 결합한 ‘생성형 디자인’을 구현할 계획이다. 야오 교수는 “언젠가 생성형 AI가 사용자를 보기만 해도 신체 치수와 사용 환경을 파악해 맞춤형 헬멧의 모든 형태와 제어 방식을 자동으로 생성해 주길 바란다”고 말했다.
이 기술이 발전하면 침대 시트가 환자를 부드럽게 돌려주거나 마사지하고, 의자가 사용자의 자세에 맞춰 변하는 등 공상 과학 영화에서나 보던 일들이 현실이 될 수 있다. 연구팀은 이번 AI 프레임워크가 웨어러블 기기부터 가구에 이르기까지 일상의 모든 사물이 게임룸 토토처럼 변신하고 기능하는 새로운 시대를 여는 발판이 될 것으로 기대하고 있다.
백승일 기자 robot3@irobotnews.com