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  • 기사등록 2019-10-03 18:03:58
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▲ 한국과학기술연구원(KIST) 지능로봇연구단 남창주 박사 연구팀이 다수의 로봇이 최소한의 데이터 교환을 통해 효율적으로 분업하여 많은 일을 신속하게 완수할 수 있도록 임무를 할당하는 알고리즘을 개발했다. 사진은 제안된 알고리즘이 적용되어 물류창고에서 다수의 로봇이 효율적인 협업을 통해 물류작업을 하고 있는 현장



[기계신문] 멀티 로봇 시스템(multi-robot systems)은 로봇의 협업을 통해 효율성을 높이는 것을 목표로 한다. 공장의 라인에서 함께 제품을 조립하는 로봇팔들처럼 조직적이고 명시적인 방법부터, 다른 로봇을 센서를 통해 인지하여 상황에 맞는 작업을 수행하는 방법까지 다양한 형태가 존재한다.


4차 산업혁명 시대의 스마트 공장에서는 보다 높은 유연성과 생산성을 위해 로봇이 상황에 맞게 최적의 의사결정을 내리는 방법이 선호될 것이다. 한편, 인간이 생활하는 환경은 공장과 비교하면 정형적이지 않기 때문에 정확한 예측에 기반한 의사결정이 어렵다. 따라서 더욱 유연하고 지능적인 협업이 요구된다.


협업을 계획하고 통제하는 중앙 시스템 없이 각 로봇이 스스로 판단하고 작업을 수행하는 분산 시스템에 관한 연구가 활발히 진행됐다. 하지만 분산시스템은 현장에서의 구현과 관리가 어려우며, 모든 정보에 대해 접근하기 어려우므로 최적의 성능에 도달하기 힘들다. 이로 인해 중앙 집중식 시스템이 여전히 선호되고 있다.


하지만 이 방식은 로봇들이 넓은 지역에 흩어져 있거나 무선 통신이 원활하지 않을 때는 상황의 변화에 즉각적으로 대처하지 못하는 단점이 있다. 따라서 구현과 관리가 쉬운 중앙 시스템 구조를 유지하면서도 변화에 신속히 대응하여 많은 로봇에게 효율적으로 임무를 할당하는 알고리즘이 필요하다.


최근 한국과학기술연구원(KIST) 지능로봇연구단 남창주 박사 연구팀이 다수의 로봇이 최소한의 데이터 교환을 통해 효율적으로 분업하여 많은 일을 신속하게 완수할 수 있도록 임무를 할당하는 알고리즘을 개발했다.


기존 방식은 중앙 시스템이 환경에서 변화가 발생할 때마다 모든 로봇으로부터 정보를 수집하여 매번 새롭게 의사결정을 내린 후 새로운 명령을 로봇들에게 전달해야 했다.


남창주 박사 연구팀은 구현과 관리가 쉬운 중앙 시스템 구조를 유지하면서도 변화에 신속히 대응하여 다수의 로봇에게 효율적으로 임무를 할당하는 알고리즘을 제안했다. 이 알고리즘은 로봇이 획득한 정보를 중앙 서버가 수집하는 과정을 최소화하거나 생략할 수 있도록 했다.


이 방법은 환경에 변화가 발생했을 때 중앙 시스템이 로봇들로부터 정보를 수집하고 새로운 계획을 수립하여 명령을 내리는 횟수와 중앙 시스템이 통신해야 하는 범위를 획기적으로 줄였다. 중앙 시스템이 변화에 대응하는 횟수를 최대 45%까지 줄인 실험 결과를 보였다.


연구팀이 개발한 알고리즘을 통해 로봇들은 변화하는 상황 속에서도 중앙 서버와 통신 없이, 또는 최소한의 데이터 교환을 통해 더욱 신속하게 다수의 작업을 끝마칠 수 있다. 이를 통해, 통신 네트워크의 확장·보강 없이도 동시에 운용할 수 있는 로봇의 수를 크게 늘릴 수 있을 것으로 기대된다.


남창주 박사는 창고 물류 자동화 솔루션을 개발하는 관련 연구를 했던 경험에 비추어 “미래에는 여러 로봇이 상호 작용하며 주어진 작업을 수행하게 될 것”이라고 예측했다. 또한 “이 연구의 이론적 성과는 향후 다양한 응용 분야에서 로봇 간 협업의 효율성을 극대화하여 더 큰 시너지를 만들어낼 것으로 생각된다”고 밝혔다.


이번 연구결과를 이용하면 구현과 관리가 쉬운 중앙 시스템을 사용하면서도 시스템이 필요로 하는 계산 및 통신자원을 큰 폭으로 줄일 수 있다. 이렇게 확보된 유휴자원은 고도화된 로봇의 센서를 통해 수집되는 빅데이터를 전송하고 처리하는 데 효과적으로 활용될 수 있을 것이다.


또한, 동시에 운용 가능한 로봇 시스템의 규모를 키울 수 있어 대규모 물류창고나 도심에서 로봇 또는 자율주행차량의 운용을 촉진시킬 수 있을 것으로 기대된다.


한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 주요사업과 미국 과학재단의 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 로봇 분야 최고 권위 학술지인 ‘IEEE Transactions on Robotics’ 최신호에 온라인 게재되었다.


권혁재 기자 hjk@mtnews.net

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