공중변환으로 비행, 롤링 로봇의 원활한 전환이 가능합니다.

비행과 주행이 모두 가능한 특수 로봇은 일반적으로 땅에 착륙한 후 변형 및 주행을 시도합니다. 하지만 착륙 지형이 험난할 경우, 이러한 로봇이 때때로 움직이지 못하고 작동을 중단하는 경우가 있습니다. 이제 캘리포니아 공과대학교(Caltech) 엔지니어팀은 공중에서 변형할 수 있는 "두뇌"를 탑재한 실제 트랜스포머를 개발했습니다. 이 로봇은 드론과 같은 형태로, 부드럽게 회전하며 중단 없이 지상 작업을 시작할 수 있습니다. 이러한 로봇의 향상된 민첩성과 견고성은 상업용 배송 시스템과 로봇 탐사에 특히 유용할 수 있습니다.

ATMO(공중 변형 모포봇)라는 이름의 이 새로운 로봇은 네 개의 추진기를 사용하여 비행하지만, 추진기를 보호하는 덮개는 다른 주행 모드에서 시스템의 바퀴 역할을 합니다. 이 모든 변형 과정은 ATMO의 추진기를 드론 모드로 들어 올리거나 주행 모드로 내리는 중앙 관절을 움직이는 단일 모터에 의존합니다.

연구자들은 최근 Communications Engineering 저널에 발표한 논문에서 로봇과 이를 구동하는 정교한 제어 시스템에 대해 설명했습니다.

"우리는 동물들이 다양한 방식으로 몸을 사용하여 다양한 유형의 이동을 달성하는 자연에서 영감을 받은 새로운 로봇 시스템을 설계하고 구축했습니다."라고 칼텍 항공우주학과 대학원생이자 이 논문의 주저자인 이오아니스 맨드랄리스(MS '22)는 말합니다. 예를 들어, 새는 날다가 속도를 줄이고 장애물을 피하기 위해 몸 형태를 바꾼다고 그는 말합니다. "공중에서 몸을 변형할 수 있는 능력은 자율성과 견고성을 향상시킬 수 있는 많은 가능성을 열어줍니다."라고 맨드랄리스는 말합니다.

하지만 공중 변신에는 어려움이 따릅니다. 로봇이 지면에 가까이 있을 뿐만 아니라, 변신하면서 형태가 변하기 때문에 복잡한 공기역학적 힘이 작용합니다.

"새가 착륙했다가 다시 날아가는 것을 보면 간단해 보이지만, 실제로는 항공우주 산업이 50년 넘게 고심해 온 문제입니다."라고 한스 W. 리프만 항공 및 의료공학 교수이자, 캘리포니아 공과대학 자율 시스템 및 기술 센터(CAST) 소장 겸 부스-크레사 리더십 의장, 그리고 캘리포니아 공과대학(GALCIT) 대학원 항공우주연구소 소장인 모리 가리브(Mory Gharib, 박사 '83)는 말합니다. 모든 비행체는 지면 근처에서 복잡한 힘을 경험합니다. 헬리콥터를 예로 들어 보겠습니다. 착륙을 위해 헬리콥터가 들어올 때 추진기가 많은 공기를 아래로 밀어냅니다. 그 공기가 지면에 닿으면 일부는 다시 위로 튕겨 올라갑니다. 헬리콥터가 너무 빨리 접근하면 반사된 공기가 형성하는 소용돌이에 빨려 들어가 헬리콥터가 양력을 잃게 됩니다.

ATMO의 경우, 난이도는 훨씬 더 높습니다. 로봇은 복잡한 지상 근접력에 맞서 싸워야 할 뿐만 아니라, 서로를 향해 발사되는 각도가 끊임없이 변하는 네 개의 제트기를 탑재하여 추가적인 난류와 불안정성을 유발합니다.

이러한 복잡한 공기역학적 힘을 더 잘 이해하기 위해 연구진은 CAST 드론 연구실에서 실험을 수행했습니다. 로드셀 실험을 통해 착륙 시 로봇의 구성 변경이 추진력에 어떤 영향을 미치는지 확인했습니다. 또한, 이러한 역학적 변화를 유발하는 근본적인 현상을 규명하기 위해 연기 시각화 실험을 수행했습니다.

연구원들은 이러한 통찰력을 ATMO를 위해 개발한 새로운 제어 시스템의 알고리즘에 적용했습니다. 이 시스템은 모델 예측 제어라는 고급 제어 기법을 사용하는데, 이는 가까운 미래에 시스템이 어떻게 작동할지 지속적으로 예측하고 경로를 유지하도록 동작을 조정하는 방식으로 작동합니다.

"제어 알고리즘이 이 논문의 가장 큰 혁신입니다."라고 맨드랄리스는 말합니다. "쿼드로터는 추진기의 배치와 비행 방식 때문에 특정 컨트롤러를 사용합니다. 여기서는 이전에 연구되지 않았던 동적 시스템을 소개합니다. 로봇이 변형을 시작하는 순간, 서로 다른 힘이 상호작용하는 다양한 동적 결합이 발생합니다. 그리고 제어 시스템은 이 모든 것에 신속하게 대응할 수 있어야 합니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/05/250528150829.htm