“드릴로 나무 뚫고 너트까지 조인다”…아틀라스 ‘손’이 달라졌다

4손가락·13자유도 구현…사람처럼 물체 집고 돌리고
촉각센서·심투리얼 학습…정교한 조작 능력 고도화
RMAC서 제조 데이터 축적…산업 현장 적용 속도

보스턴 다이내믹스 아틀라스가 신규 로봇 핸드로 드릴 비트를 장착하고, 드릴을 조작하는 모습./현대차그룹

현대자동차그룹의 로봇 전문 계열사 보스턴 다이내믹스가 휴머노이드 로봇 아틀라스의 '손'을 고도화하며 실제 제조 현장에서 활용할 수 있는 조작 기술 개발에 속도를 내고 있다. 드릴로 나무에 구멍을 뚫고 작은 너트를 손가락으로 돌려 조이는 등 사람의 손을 활용해야 했던 작업을 수행하면서 휴머노이드 로봇의 범용 작업 능력을 한 단계 끌어올렸다는 평가다.

보스턴 다이내믹스는 1일(현지시간) 아틀라스에 탑재할 4개 손가락 기반의 차세대 로봇 핸드를 처음 공개하고, 이를 활용해 다양한 물체와 공구를 조작하는 영상을 선보였다.

휴머노이드 로봇은 사람을 위해 설계된 작업 공간과 공구를 그대로 활용해야 하는 만큼 다양한 물체를 안정적으로 잡고 이동시키는 손의 조작 능력이 핵심이다. 이번에 공개된 차세대 핸드는 단순히 물체를 집는 수준을 넘어 공구를 사용하고 손 안에서 물체의 위치와 방향을 바꾸는 '인핸드 매니퓰레이션(In-Hand Manipulation)'까지 구현한 것이 특징이다.

아틀라스는 영상에서 먼저 드릴 비트를 집어 드릴에 끼운 뒤 드릴을 작동시켜 나무에 구멍을 뚫었다. 공구 손잡이를 안정적으로 잡는 동시에 손가락으로 버튼을 눌러야 하는 동작인 만큼 손가락별 위치와 힘을 정밀하게 제어해야 한다.

작은 너트를 손끝으로 잡고 회전시켜 조이는 동작도 선보였다. 볼트와 너트처럼 크기가 작고 단단한 부품을 체결하려면 물체를 놓치지 않는 파지력은 물론 손 안에서 물체의 위치를 미세하게 조정하는 능력이 필요하다.

이 밖에도 얇고 긴 드럼 스틱을 손가락으로 회전시키거나, 표면이 매끄러운 골프공 두 개를 동시에 손 안에서 움직이는 등 형태와 마찰 특성이 다른 물체를 다루는 동작을 시연했다.

차세대 핸드의 핵심은 엄지를 포함한 4개 손가락에 총 13자유도(Degree of Freedom)를 구현했다는 점이다.

엄지손가락에는 4개의 자유도를 적용해 다른 손가락과 함께 정교한 집기 동작을 수행할 수 있도록 했으며, 나머지 3개 손가락에는 각각 3개의 자유도를 적용했다. 이를 통해 손가락을 벌리거나 끝부분의 움직임을 세밀하게 제어하고, 사람처럼 손 안에서 물체의 위치와 방향을 바꿀 수 있다.

사람의 손과 유사한 크기를 유지한 것도 특징이다. 사람이 사용하는 작업 공간과 기존 공구를 그대로 활용할 수 있도록 하면서 산업 현장에서 요구되는 내구성도 확보했다.

구조를 단순화하고 주요 부품을 모듈화해 정비 편의성을 높였으며, 향후 대량 생산 가능성까지 고려해 설계했다.

5개가 아닌 4개의 손가락을 채택한 것은 설계 복잡도와 전력 소모, 비용, 내구성, 수리 편의성 등을 종합적으로 고려한 결과다.

아틀라스의 행동 조작 기술 개발을 총괄하는 알베르토 로드리게즈(Alberto Rodriguez)는 엄지손가락과 새끼손가락의 필요성 등을 포함해 다양한 형태를 검토했다고 설명했다. 실험과 시뮬레이션, 3D 프린팅 목업 등을 활용해 설계를 비교한 결과 현재의 4손가락 구조를 선택했다는 것이다.

정교한 조작을 가능하게 하는 또 다른 핵심은 촉각 센싱 기술이다. 차세대 핸드의 손끝과 손바닥에는 압력 기반 촉각 센서를 촘촘하게 배치해 물체와 접촉할 때 발생하는 미세한 힘의 변화를 감지할 수 있도록 했다. 물체의 형태나 표면 특성, 접촉 상태에 따라 손가락의 움직임과 힘을 실시간으로 조절할 수 있도록 하기 위한 것이다.

보스턴 다이내믹스는 핸드 개발 초기부터 가상환경에서 로봇을 학습시킨 뒤 실제 로봇에 적용하는 '심투리얼(Sim-to-Real)' 방식도 적용했다.

실제 하드웨어의 구동 특성과 마찰 등을 시뮬레이션에 반영하고, 가상환경에서 학습한 조작 정책과 실제 환경 사이의 차이를 줄이는 데 초점을 맞췄다. 시뮬레이션 과정에서 모터 토크와 마찰, 물체의 형태, 작업 중 발생하는 외란 등을 다양하게 변화시키며 강화학습을 진행해 실제 환경의 다양한 조건에 대응할 수 있는 조작 능력을 높이고 있다.

이 같은 기술은 궁극적으로 아틀라스가 미리 정해진 동작만 반복하는 로봇을 넘어 작업 환경과 물체의 상태에 따라 스스로 움직임을 조정하는 범용 로봇으로 발전하는 데 활용될 전망이다.

보스턴 다이내믹스는 최근 개소한 로보틱스 메타플랜트 응용 센터(RMAC)를 활용해 데이터 수집부터 학습, 현장 적용, 작업 결과에 대한 피드백과 재학습으로 이어지는 데이터 플라이휠을 구축한다는 계획이다.