일본을 대표하는 로봇 아시모(ASIMO)

일본을 대표하는 로봇 아시모(ASIMO)

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일본을 대표하는 이족보행 로봇인 아시모는 1986년부터 시작된 혼다의 연구의 결과물입니다.

우선 아시모 탄생의 역사를 간단히 알아보겠습니다.

● E0

아시모가 탄생하기전 제일 초기모델인 E0 입니다.

두다리로 걸을수 있는 로봇을 만들기위해 두다리만 제작되었습니다.

두다리로 걷긴하지만 한발 내딛는데 걸리는 시간이 5초~20초로 매우 느렸다고 하네요

그리고 직선으로만 걸을수 있으며 사람이 어떻게 걷는지를 연구하며 만들었지만

사람이 걷는방식으로 만들지는 못했다고 합니다.

static walking 이라고 불린 E0의 걸음걸이 방식은 다음 발걸음을 옮기기 시작할때 

로봇의 무게중심이 한 다리가 전체 중량을 지지할때까지 점차 한 다리로 이동해서 한발짝을 내딛는 방식이라고 합니다.

● E1, E2, E3

E0를 만든 후 빠른 이족보행의 필요성을 깨닫고 좀더 빠르게 걷기위해 노력을 했는데 그러기 위해선 사람이 어떻게 걷는지를 알아야 했습니다.

E1는 E0와 같은 Static walking 방식으로 시속 0.25km의 속도로 이동합니다.

E2는 처음으로 사람의 걸음걸이를 흉내내는 Dynamic walking 방식의 걸음걸이로 걸으며 시속1.2km의 속도로 걷는다고 합니다.

사람들은 걸을때 균형을 잃게되는데 균형을 잃기 바로 직전에 다음 발을 내딛어 지지를 하는 방식으로 걷는데 

그것을 모방해낸것이 Dynamic walking입니다.

사람의 걸음걸이는 수백가지의 특정 모션을 취하게 되는데 엉덩이, 골반, 팔, 어깨, 머리 등 모든 부위를 움직여서 균형을 맞추기 때문에

로봇으로 그것을 흉내내기는 상당히 어렵다고 합니다.

E3는 사람의 평균 걸음걸이 속도와 같은 시속 3km로 걷는다고 합니다.

그리고 E3 이전까지는 평지 에서만 걸을 수 있었지만 E3부터 평지와 계단같이 평탄하지 않은곳을 걷게 하는 연구를 했다고 합니다.

모양도 더 갖춘 느낌이네요

● E4, E5, E6

두다리로 걷는 이족보행이 완벽해지는 시기입니다.

걷고 계단을 오르내리고 비탈길도 걸어가며 장애물도 넘어갈수있게 만들어졌습니다.

무릎 길이를 40cm 로 증가시켜 시속 4.7km라는 빠른속도의 걷기가 가능해졌습니다.

처음으로 자율적으로 움직이는 모델이 E5 입니다.

계단이나 비탈길을 오르내리거나 장애물을 뛰어넘을때 균형을 독립적으로 조절한다고 합니다.

연구진들은 더 안정적인 걸음걸이를 만들기 위해 3가지 컨트롤 기술들을 개발했다고 합니다.

ZMP 는 Zero Moment Point 의 준말로 로봇의 무게 중심에 작용하는 모든 모멘트의 합이 '0'이 되는 지점을 의미하고 

이족 보행을 위한 핵심 기술입니다.

3가지 기술중 Floor Reaction Control 은 아마 경사, 계단, 장애물들은 인식하고 그에따른 반응을 조절하는 기술인듯 하고 

Foot Plantong Location Control 은 발의 위치를 제어하는 기술인것 같습니다.

● P1, P2, P3

이제 로봇의 이족보행은 거의 완성단계에 다달았고 좀더 사람다워지는일만 남았습니다.

다리뿐인 로봇들에 몸통, 팔다리, 머리를 더해 좀더 사람다워지기 시작했습니다.

모델명도 실험모델 Experimental Model 에서 프로토타입 모델 (Prototype Model)로 변경되었습니다.

몸통, 팔, 머리가 붙으면서 중량이 엄청 늘어났다가 차기 모델이 될수록 가벼워지고 있는모습을 보여주네요

l P1

첫번째 인간형 로봇 프로토타입인 P1입니다.

191.5cm의 키에 175kg으로 매우 무거워졌습니다.

일단 외형은 전혀 신경쓰지않고 기존에 없던 몸통, 팔의 움직임과 다리의 동시적 움직임을 실험해보기위해 제작된 모델입니다.

위에서 말한데로 사람은 균형잡기위해 인체의 모든 부위를 사용하기때문에 아무리 완벽한 다리를 가졌더라도 

몸통, 팔, 머리를 부착한 후에 제대로된 균형잡도록 하기가 힘들었을거라 생각합니다.

손과 팔을 부착해서 문을 열고닫을수 있고 물건을 집고 옮길수 있게 만들어져있습니다.

l P2

두번째 인간형 로봇 P2입니다.

P1보다 외적인 모습도 더 다듬어져 우주복을입은 사람의 모습을 떠올리게하고 완벽하게 자율적인 첫 인간형 로봇입니다.

키는 182cm로 더 줄었지만 무게는 210kg으로 더 늘어났습니다.

아무래도 컴퓨터가 내장되어있고 독립적인 움직임을 위해 배터리와 무선 장비가 내장되었기 때문에 어쩔수 없었던것 같습니다.

하지만 더 슬림해진 모습이네요

아무 도움없이 스스로 걷는것 뿐만아니라 차를 미는것까지 본체에 내장된 무선 송수신기에의해 구동됩니다.

속도는 시속 2km로 더 느려졌는데 무게도 무겁고 안정성을 위해 속도가 줄어든듯 합니다.

l  P3

P3는 거의 완벽해진 인간형 로봇으로 혼다에서 아시모라는 이름을 붙이기 바로 직전의 모델입니다.

크기와 무게를 획기적으로 줄였고 외형도 더욱 인간다워 졌습니다.

키가 160cm, 무게는 130kg입니다. 더 작아진 사이즈가 사람들과 생활하는데는 더 적합할것 같습니다.

P2와 마찬가지로 속도는 시속 2km로 걸을수 있습니다.

무게는 본체를 구성하는 물질의 변화와 조종 시스템을 분화시켜서 줄일수 있었다고 합니다.

이때부턴 영상이 좀 볼만하게 나오는것 같네요

바닥이 평평하지 않아도 잘 걸어다니는 모습을 볼수 있습니다.

옆으로 도는데 시간이 제법 걸리는군요

l 아시모

혼다는 10개의 실험 모델을 만든후 2000년에 드디어 아시모 라는 휴머노이드 로봇을 공개하게 됩니다.

86년부터 14년간의 연구가 결실을 맺어 아시모가 탄생했습니다.

아시모 Asimo 는 

위와같은 의미를 갖고있습니다. 

한발 앞선 혁신적인 이동성 정도로 해석되겠네요;;

아시모의 개발자들의 궁극적인 목적은 일상생활에 도움이 되는 휴머노이드를 만드는것이었는데 아시모를 통해 이루어 진것 같습니다.

개발자들이 조사한바에 따르면 휴머노이드의 크기는 120cm정도에서 인간 평균 키 사이가 가장 적당하다고 합니다.

그래서 적정크기인 130cm를 아사모의 크기로 잡은것 같습니다.

아시모는 크게보면 3가지 버전이 있습니다.

첫번째 버전은 2000년에 공개되었고 두번째 버전은 2005년, 3번째 버전은 2011년에 공개되었습니다.

(왼쪽부터 2000년도 2001년도 2002년도)

(왼쪽부터 2004 2005 2007년도)

2000년형 완벽한 2족보행 기술 i-Walk의 탑재

2000년에 공개된 첫번째 아시모는 130cm에 52kg 이라는 아주 컴팩트한 사이즈와 무게를 갖고 있습니다.

이전에는 130kg이나 하던 로봇을 저렇게나 줄일수 있다니.. 대단하네요

속도는 시속 1.6km로 많이 줄어든 느낌이고 이때까진 달리는 기능은 없었습니다.

배터리는 니켈-수소 합금 전지로 38.4V에 10Ah의 용량입니다. 배터리 무게는 7.7kg이네요

완충에는 4시간이 걸리는데 연속 사용시간은 30분밖에 되지않습니다..

하지만 배터리 충전기까지 갈정도의 배터리량은 남겨놓고 돌아다닌다고 하네요

자유도는 (DOF, Degrees Of Freedom)은 26 (head : 2, arm : 5*2, leg : 6*2, hand :1*2) 입니다. 

자유도 라는것을 간단하게 살펴보면 얼마나 다양한 축으로 움직일수 있는지를 나타내는것 입니다.

head의 자유도가 2이니 좌우, 앞뒤의 방향으로 움직일수 있다는것을 나타내는것을 예로 들수 잇겠네요

팔과 다리는 각각2개씩 있으니 *2가 된것이구요

그리고 좀더 진화한 i-Walk 보행기술을 탑재했습니다.

이전보다 부드러운 보행이 가능합니다.

2001년형 

2001년에는 임대사업용 ASIMO가 발표되었습니다.

2000년형의 개량형으로 임대사업용으로 만들어진 모델입니다. 2000년형과 모든 스펙은 동일하지만 

사용자(operator)가 요구한 동작을 수행하고 안내 설명을 하는 휴먼인터페이스 라는 기술이 추가 되었습니다.

2002년형 더 똑똑해진 ASIMO

지능화 기술을 탑재 한 신형 ASIMO로 사람의 태도와 행동의 의미를 이해하고 자율적으로 행동 할 수있습니다.

접근하는 사람에게 인사를하고 지시하는 위치로 이동하고, 얼굴을 인식해서 이름을 부르고, 인터넷을 통한 정보 제공과 안내등의 서비스가 가능합니다.

상당히 유용한 기능이 많이 추가되었네요. 특히 인터넷을 통한 정보 제공이 아주 유용한 기능인것 같습니다.

이 기능으로 뉴스와 날씨를 물어보는등의 기능을 수행가능합니다.

◆이동인식

머리에 탑재된 카메라의 이미지에서 이동을 감지하고 그이동의 거리와 방향을 인식합니다.

◆자세와 동작 인식

영상에서 손이 가리키는 위치, 자세, 제스쳐, 음석을 인식해서 사람이 손을 내밀면 악수하고, 손을 흔들면 따라서 흔들어 인사를 하기도 합니다.

◆환경인식

환경을 인식해서 주변의 장애물을 피하고 우회하면서 이동하고 움직이는 장애물이 갑작이 나타났을때도 피하는 기능을 가지고 있습니다.

◆음성 인식

음원의 위치를 식별해서 이름을 부르는 사람의 방향을 향해 바라보고 말하는 사람의 얼굴을 보며 대답하고

물건이 떨어지는 등의 갑자기 나타나는 소리를 감지해 그쪽을 바라봅니다.

◆얼굴인식

10명정도를 인식하며 등록된 사람의 얼굴을 인식하여 이름을 부르고 말을 하며 안내를 해주기도 합니다.

2004년형 

신속하게 상황을 판단하고 빠르게 행동할수있는 기술을 탑재한 ASIMO입니다.

같은 ASIMO v1이지만 더 빠른 속도로 이동이 가능합니다. 시속 2.5km로 걷고 시속 3km로 달리기가 가능합니다.

사람의 평균 걸음걸이가 시속 3km이니 사람과 거의 같은 속도의 보행속도를 가지고 있습니다. 

보행시에 허리 회전축을 추가해서 더 빠르게 허리 회전이 가능하게하고 

빠른 응답 제어 시스템이 적용되어 기존 아시모의 4배의 응답속도를 실현했으며 

도보 연산 처리 능력을 향상시키고 모터 속도를 높여 적확하고 빠른 보행이 가능하게되었습니다.

그리고 손목, 손가락, 목관절에 새로운 축을 추가해서 사람과 같이 유연하고 자연스러운 움직임이 가능하게 되었습니다.

2005년형 

새로운 2세대 아시모는 2005년에 공개되었습니다. 

신형 아시모는 지적, 신체적 능력을 향상시켜 사람에 맞춰 행동하는 기능을 강화시켰습니다.

사람과 손을 잡고 함께 걷는 기능이 가능하고 쟁반과 수레를 사용한 운반기능을 강화해 서빙을 자동으로 처리할수 있게 되었습니다.

그리고 달리는 속도가 시속 6km까지 향상되었습니다.

또한 아시모에 탑재된 여러 센서를 이용해 스스로 판단한후 주변 상황에 따라 센서 감도를 조정해 안정적인 인식이 가능하게 되었습니다.

2007년형

2007년의 아시모는 로봇들끼리 협력해서 분업이 가능하도록 만들어졌습니다.

여러 아시모들이 네트워크로 연결되어 각각의 작업 상태를 공유하고 

가장 효율적인 비율로 작업을 분담한후 공동 작업을 수행하도록 설계되었습니다.

아시모들이 현재 위치와 작업을 실시하는 위치까지의 거리를 계산하고 

배터리 잔량을 고려해 가작 효율적인 작업이 가능하도록 되어있습니다.

또한 아시모가 스스로 충전을 할수있는 충전기를 개발해서 배터리가 부족할경우 

가장 가까운 충전기에가 스스로 충전을 할수있게 되었습니다.

그리고 여러 아시모가 협동하면서 아시모 끼리나 사람과 충돌하지 않도록 

사람의 진로를 최대한 방해하지 않는 최적 경로를 만들어 이동할수있게 되었습니다.

2011년형 

2011년형의 아시모는 자동로봇 에서 자율로봇으로 바뀌었습니다.

신형 아시모는 스스로의 행동을 명령 없이도 자율적으로 선택하는 전세계 첫 로봇으로 

스스로 결정하는 능력에 따라 주변 환경을 감지해 행동하게 됩니다.

신형 아시모는 키는 130cm로 그대로이며 무게는 48kg으로 좀더 가벼워졌습니다.

무게가 가벼울수록 주행에 드는 에너지가 감소하니 그만큼 배터리 사용시간이 늘어날수 있습니다.

등에 맨 백팩 형태의 배터리로 걷거나 달릴때 1시간의 연속 사용이 가능합니다.

최대속도가 시속 9km으로 매우 빨라졌습니다.

1분부터 보시면 됩니다.

아주 빠르네요 공차고 좋아하는 제스처까지 ㅋㅋ

좀금만더 발전하면 진짜 사람같을것 같네요.

걷는것도 아주 자연스럽고 춤추는것을 보니 팔의 움직임이 아주 부드럽네요 

아쉬운점이 있다면 걸을때 무릎을 굽혀 걷는다는것이죠.

아마 균형을 쉽게 잡을수있게 하려고 설계된것 같은데 걷는 모습중에 사람과 유일하게 다른 모습인것 같네요

그리고 뒤로도 달릴수있고 간단하게 점프도 가능하다고 합니다.

자유도는 head 3, arm 7*2, hands 13*2, legs 6*2  총합 57입니다.

위의 2000년형의 자유도가 26이었는데 그에비하면 아주 다양한 동작이 가능하게 되었습니다.

9km/h 의 달리기 속도

한발로 뛰기

두발로 뛰기

다음 신형 아시모 발표때는 줄넘기 하는 모습을 볼지도 모르겠네요;;

거의 완벽해진 인간형 로봇 아시모 입니다.

사람의 행동, 음성을 인식하고 주변 환경에 맞춰 센서의 감도도 조절하며 협력해서 작업도 수행하고

점프, 달리기, 공도차고 스스로 배터리도 충전하는 아시모 입니다.

다만 부족한 점이 있다면 배터리 사용시간이 매우 짧다는 것입니다.

그렇다고 배터리 용량을 늘리면 무게가 무거워지니 오히려 역효과가 나올수도 있습니다.

아시모는 거의 실내에서만 활동할듯하니 무선 충전 기술을 더 발전시켜서 아시모 본체의 배터리 용량을 줄이고 

장거리 무선 충전을지원하는 공진방식 무선충전을 통해 전력을 공급하는것도 아주 좋은방법 일것 같습니다.

다만 정밀 기계이다 보니 전자파 방해가 일어날 가능성도 있고 무선충전에서 나오는 전자파가 사람한테 유해할수도 있다고 하네요

갤럭시S3와 옵티머스LTE2의 무선충전기술 각각의 특징은??

무선충전은 위의 글을 참고 해주시고

다음에는 한국을 대표하는 휴보에대해 알아보겠습니다

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