해양 환경에서 공중 물체 회수를 위한 혁신적인 형태의 다족 로봇형 그리퍼 시스템 제시.다양한 환경 실험과 국제 대회 참가를 통한 성능과 효율성을 검증.

드론-그리퍼 시스템은 높은 이동성을 바탕으로 동적이고 복잡한 환경에서 목표물을 탐지하고 회수할 수 있다. 특히 해양 환경과 같이 지상 로봇이 접근하기 어려운 장소에서 효과적으로 운용할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 불안정한 착륙 조건과 강한 프로펠러 바람으로 인한 임무 교란은 여전히 해결해야 할 과제로 남아 있다.

 

심현철 교수 연구팀은 다족형 이동형 그리퍼 시스템 SPIBOT을 개발하여 이러한 한계를 극복하였다. 테더를 활용한 원거리 접근과 자율성 및 이동성을 갖춘 이 그리퍼 시스템은 이번 연구에서 최초로 제안된 방식으로, 동적이고 복잡한 환경에서 효과적인 물체 회수를 가능하게 한다. 거미에서 영감을 받은 SPIBOT은 드론 하부에 윈치 시스템을 이용하여 와이어를 따라 지면으로 내려가 회수 임무를 수행한다. SPIBOT은 상공에서 목표물을 탐지 중인 드론으로부터 위치 정보를 받아 목표물 위로 이동한 뒤, 여섯 개의 다리를 활용하여 물체를 집는 메커니즘으로 회수 작업을 수행한다. 여섯 개의 다리는 다양한 지형에서 안정적으로 이동하며 목표물을 효과적으로 파지하도록 활용된다. 이를 통해 목표물 위치에 기반하여 드론이 직접 위치를 조정하여 물체를 회수하는 기존 드론-그리퍼 시스템이 동적인 환경에서 겪는 낮은 성공률 문제를 효과적으로 해결하였다.

또한 SPIBOT은 와이어 기반 작동 방식을 통하여 드론 착륙의 위험을 줄이고, 드론과 떨어진 거리에서 작업을 수행하여 프로펠러 바람으로 인한 임무 교란 문제를 효과적으로 해결하였다. SPIBOT 시스템에는 임무 성공률과 속도를 높이기 위한 SPIBOT은 실시간 행동 선택 알고리즘이 적용되었다. 해당 알고리즘은 목표 근접 가중치(목표물 접근 가능성)와 행동 어포던스(동작 실행 가능성)를 기반으로, 현재 임무와 로봇 상태에 따라 실시간으로 최적의 동작을 선택한다. 이를 통해 이동, 정렬, 파지 등의 과정을 효율적으로 수행하며, 환경 변화나 센서 노이즈와 같은 복잡한 조건에서도 강건하게 대응할 수 있도록 하였다. 또한 IMU, 압력, 초음파 센서를 통하여 로봇의 안정성과 파지 상태를 실시간으로 평가하고, 임무 실패 시 이를 드론에 전달하여 임무를 재시도함으로써 동적 환경에서도 높은 성공률을 유지하도록 설계되었다. 

 SPIBOT은 강, 호수, 잔디밭, 해안 등 다양한 환경에서 실험을 통하여 목표물을 안정적으로 회수하며 높은 효율성을 입증하였다. 또한, 김진환 교수 연구팀과 공동으로 참가하여 2위를 수상한 국제 로보틱스 대회 2023 MBZIRC Maritime Grand Challenge에서 상대 선박의 물체를 회수하는 임무를 수행하여 시스템의 실용성과 신뢰성을 입증하였다. 이러한 자율 회수 방식의 그리퍼 시스템은 작업의 정밀성과 효율성을 높이는 동시에, 기존에 존재하는 유사한 접근법인 드론-매니퓰레이터 방식에서 발생하던 무게 문제와 동작 거리의 한계를 효과적으로 극복하였으며, SPIBOT 시스템은 기존 공중 그리퍼 연구와 차별화된 접근법을 제시하며 혁신성을 바탕으로 특허로 출원되었다. 해당 연구를 기반으로 기존 공중 그리퍼 시스템의 한계를 극복하고, 동적인 환경에서 드론을 활용한 물체 회수의 새로운 가능성을 제시하며, 자율 드론 기술의 활용 범위를 확장할 수 있을 것으로 기대된다.