노스웨스턴대학교 연구진이 자체적으로 신체 구조와 보행 정책을 생성한 뒤, 별도의 조정 없이 비정형 야외 지형에서 곧바로 작동하는 모듈형 다족 보행 로봇 시스템을 개발했다. PNAS에 게재된 이번 연구는 지상 로봇 분야가 시작된 이래 인간이 설계한 네 다리 구조에 묶여 있던 근본적인 제약을 깨뜨린다.
목차
- 노스웨스턴의 모듈형 다족 보행 로봇이란?
- 자동 신체 구조 설계가 구현형 AI의 돌파구인 이유
- 모듈형 시스템은 어떻게 작동하는가
- 현재 시장에 나온 모듈형·다족 보행 로봇과의 비교
- 로보틱스 산업에 미치는 의미
- 자주 묻는 질문
노스웨스턴의 모듈형 다족 보행 로봇이란?
지금까지 실제 환경에 투입된 모든 다족 보행 로봇은 제조에 들어가기 전 인간 엔지니어가 신체 구조를 확정했다. Boston Dynamics의 Spot부터 ANYbotics의 ANYmal까지 예외가 없다. 로보틱스·바이오시스템 센터에서 개발하고 PNAS에 발표한 노스웨스턴의 시스템은 이 수작업 과정을 자동화한다. 운동 성능을 고려해 설계된 모듈형 부품을 새로운 형태로 결합하면, 시스템이 그에 맞는 보행 제어기를 생성한다. 별도의 수동 튜닝 없이 로봇을 바로 작동시킬 수 있다.
그 결과는 인간 설계자가 만들어내기 어려운 로봇 형태, 즉 신체 형상과 사지 배치가 탄생한다. 로봇은 첫 투입부터 비정형 야외 지형을 달릴 수 있다.
자동 신체 구조 설계가 구현형 AI의 돌파구인 이유
소프트웨어 AI와 물리적 AI를 가르는 핵심은 언제나 몸이었다. 언어 모델은 하룻밤 사이에도 재훈련할 수 있지만, 다족 보행 로봇의 기계적 구조는 공장을 떠나는 순간부터 고정된다. 그 결과 상용 플랫폼은 기묘할 정도로 종류가 제한돼 있다. 대부분 사족 보행 로봇이며, 최근 3년 사이 이족 보행 로봇이 일부 등장했을 뿐이다.
노스웨스턴의 접근법은 이 제약을 정면으로 겨냥한다. 신체 형태를 고정된 매개변수가 아니라 설계 변수로 취급함으로써, 가능한 로봇의 공간을 훨씬 넓게 탐색한다. 이는 신체와 두뇌를 함께 설계하는 방식이다. 생물학적 진화를 강력한 창조 과정으로 만든 바로 그 원리를, 공학적 시간 규모로 물리적 하드웨어에 적용한 셈이다.
이 연구의 의미는 학문적 호기심을 훨씬 넘어선다. 고정된 형태의 로봇이 겪는 구체적인 한계를 세 가지로 살펴보자.
- 사족 보행 로봇은 뱀과 같은 구조라면 통과할 수 있는 틈을 몸통째로 통과하기 어렵다.
- 이족 보행 로봇은 울퉁불퉁한 지형에서 비대칭 하중을 운반할 때 기계적으로 최적의 선택이 아니다.
- 다리 수가 고정된 로봇은 한쪽 사지가 손상됐을 때 하중을 재분배할 수 없다.
신체 구조를 자동으로 생성하는 시스템이라면 값비싼 재설계 과정을 거친 뒤가 아니라, 투입 전에 특정 임무에 맞게 로봇을 재구성할 수 있다. 수십 년 동안 현장 로보틱스의 발목을 잡아온 설계와 운용 사이의 단절을 해소하는 것이다.
모듈형 시스템은 어떻게 작동하는가
노스웨스턴 플랫폼은 연구진이 “운동 능력이 뛰어난 모듈형 구성 요소”라고 설명하는 부품들로 구성된다. 각 부품은 구동 기능을 갖춘 사지 세그먼트이며, 기계·전기 인터페이스가 표준화돼 있다. 설계 과정은 세 단계로 진행된다.
1단계 — 형태 탐색
자동화된 프로세스가 사용 가능한 모듈의 조합을 탐색하고, 보행 목표에 따라 후보 구성을 평가한다. 계산량이 많은 작업이지만 하드웨어를 조립하기 전에 오프라인으로 수행된다.
2단계 — 신속한 물리적 조립
구성이 정해지면 사람이, 향후에는 다른 로봇이 모듈을 조립한다. 표준화된 인터페이스 덕분에 맞춤형 기계 설계에 수개월이 걸리는 것과 달리 조립은 수분이면 끝난다.
3단계 — 조립 후 즉시 가동
원하는 움직임을 개별 관절 명령으로 변환하는 제어 소프트웨어, 즉 보행 정책이 조립된 형태에 맞춰 자동으로 생성된다. 수동 튜닝 단계가 필요하지 않다. 로봇은 처음 전원을 켜는 순간부터 비정형 야외 환경에서 작동한다.
여기서 구현형 AI라는 주장이 가장 설득력을 얻는다. 새로운 형태의 로봇에 맞는 보행 정책을 생성하려면 과거에는 상당한 수준의 전문가 개입이 필요했다. 이 과정을 자동화하면 설계 반복 주기를 수개월에서 수시간으로 단축할 수 있다.
| 단계 | 기존 방식 | 노스웨스턴 시스템 |
|---|---|---|
| 신체 구조 설계 | 인간 엔지니어, 수개월 | 자동 탐색, 수시간 |
| 물리적 제작 | 맞춤형 제조 | 모듈형 조립, 수분 |
| 제어기 튜닝 | 수작업, 수주 | 조립과 동시에 자동 생성 |
| 첫 야외 운용 | 전체 검증 과정 이후 | 즉시 |
현재 시장에 나온 모듈형·다족 보행 로봇과의 비교
노스웨스턴 시스템은 상용 제품이 아니라 연구 플랫폼이다. 하지만 형태의 유연성이 실제 투입 가능성을 높인다는 핵심 통찰은 여러 상용 플랫폼이 서로 다른 방식으로 접근하고 있는 주제이기도 하다.
센서·탑재체 스택이 모듈형인 다족 보행 플랫폼 — Spot(Boston Dynamics)과 ANYmal(ANYbotics)은 모두 모듈형 탑재 시스템을 지원한다. 다만 다리 수와 배치는 고정돼 있다. 핵심 구조가 아니라 주변부에만 형태적 유연성을 적용한 사례다.
재구성 가능한 검사 로봇 — IEEE Spectrum의 Video Friday 정리에서 별도로 소개된 원자력 시설 시연은 실용적인 활용 사례를 보여준다. 어두운 원자로 시설에서 감마선원을 찾던 재구성형 로봇이 임무 도중 열화상 카메라를 일반 광학 카메라로 교체했다. 이런 현장 교체 기능은 노스웨스턴이 제시한 더 근본적인 형태 유연성이 향후 어떤 방향으로 발전할지 짐작하게 한다.
뱀형·다중 사지 연구 플랫폼 — CMU와 ETH Zurich 등의 학술 연구팀은 비표준 형태를 탐구해 왔다. 그러나 자동 신체 구조 생성과 즉각적인 야외 보행을 결합한 시스템은 아직 없다.
현재 다족 보행 플랫폼을 검토하는 구매자라면 상용 선택지는 여전히 형태가 고정된 사족 보행 로봇이다. 이 연구가 실제 투입 가능한 하드웨어로 발전하는 동안 Robot Overflow에서 다족 보행 및 산업용 로봇을 살펴보며 현세대 플랫폼을 비교할 수 있다.
로보틱스 산업에 미치는 의미
노스웨스턴의 자동 신체 구조 설계 연구는 아직 초기 단계다. 제품 로드맵이 아니라 PNAS 논문이다. 그럼에도 구매자와 엔지니어가 향후 3~5년의 흐름을 지켜봐야 할 방향 전환을 보여준다.
현장 로봇 구매자에게: 향후 수년간은 현재 세대의 고정형 플랫폼이 실용적인 선택으로 남을 것이다. Spot과 ANYmal, 그리고 그 후속 제품들은 검증된 성능과 지원 체계를 갖췄으며 소프트웨어 업데이트를 통해 빠르게 발전하고 있다. 모듈형 자동 설계 플랫폼은 아직 상용화되지 않았다.
하드웨어 개발자에게: 모듈형 구성 요소 방식은 흥미로운 부품 시장을 만들어낼 가능성이 있다. 노스웨스턴의 인터페이스 또는 이를 바탕으로 한 표준이 확산된다면, ROS가 표준화된 인터페이스를 중심으로 소프트웨어 생태계를 만든 것처럼 구동 모듈, 센서 패키지, 구조 부품 생태계가 형성될 수 있다.
AI·ML 엔지니어에게: 보행 정책 자동 생성 문제는 시뮬레이션-현실 전이(sim-to-real transfer) 및 형태 조건부 강화학습과 밀접하게 연결돼 있다. 이 분야의 발전은 인간의 반복적인 재훈련 없이 로봇을 적응시키려는 더 큰 과제에 직접 기여한다.
검사 및 위험 환경 운영자에게: 단기적으로 가장 강력한 적용 가능성을 보여주는 분야다. 원자력 시설의 재구성형 로봇 시연과 노스웨스턴의 신체 구조 유연성을 결합하면, 위험 구역에 진입하기 전 특정 배관 직경, 출입구 크기, 지형에 맞는 형태를 현장에서 조립하는 로봇을 상상할 수 있다.
더 큰 흐름은 분명하다. 로봇 설계와 로봇 운용의 경계가 무너지고 있다. 시스템이 수시간 안에 자신의 몸체를 정하고 그 몸체로 움직이는 법까지 익힐 수 있다면, “로봇을 설계한다”와 “로봇을 투입한다”의 차이는 사실상 의미론적인 구분에 가까워진다.
자주 묻는 질문
노스웨스턴의 모듈형 로봇은 기존 모듈형 로봇 시스템과 무엇이 다른가? 기존 모듈형 로봇은 인간 설계자가 구성과 제어기를 모두 수동으로 정해야 했다. 노스웨스턴의 시스템은 두 단계를 모두 자동화한다. 신체 구조는 알고리즘으로 선택되고, 그에 맞는 보행 정책은 자동으로 생성된다. 이후 로봇은 수동 튜닝 없이 비정형 야외 지형에서 곧바로 작동할 수 있다. 자동 형태 탐색과 즉각적인 야외 운용을 이 정도의 민첩성으로 결합한 사례는 지금까지 없었다.
노스웨스턴의 로봇은 현장에서 스스로 형태를 바꿀 수 있는가? PNAS 논문에 따르면 조립은 신속하게 이뤄지지만 여전히 물리적인 개입이 필요하다. 모듈이 현장에서 자율적으로 스스로 조립되는 것은 아니다. 이번 연구의 돌파구는 실시간 자기 재구성이 아니라 설계와 제어 생성 과정을 자동화한 데 있다. 현장 재구성은 여전히 해결해야 할 연구 과제지만, 모듈형 인터페이스 설계는 이를 위한 전제 조건이다.
자동 신체 구조 설계 기술은 언제 상용 다족 보행 로봇에 적용될까? 공식적인 상용화 일정은 발표되지 않았다. 노스웨스턴의 연구는 2025년에 발표된 학술 연구다. 상용화로 가려면 표준화된 모듈 생태계, 운동 성능이 뛰어난 구동 장치의 안정적인 제조, 광범위한 현장 검증이 필요하다. 위험 환경 검사 같은 전문 분야는 현실적으로 약 5~10년이 걸릴 수 있으며, 범용 로봇에 적용되기까지는 더 오랜 시간이 필요할 가능성이 크다.
현재 구매할 수 있는 다족 보행 로봇은 무엇인가? 현재 상용 다족 보행 로봇 시장은 Boston Dynamics Spot, ANYbotics ANYmal C와 ANYmal D, Unitree의 B2 및 Go2 시리즈 같은 고정형 사족 보행 로봇이 주도하고 있다. Figure, Agility Robotics, Unitree H1의 이족 보행 휴머노이드도 2024~2025년에 상용 공급을 시작하고 있다. Robot Overflow에서 현재 판매 중인 다족 보행 로봇 목록을 확인하면 신품과 중고 플랫폼의 가격 및 구매 가능 여부를 비교할 수 있다.
실제 로봇 운용에서 신체 구조의 다양성이 중요한 이유는 무엇인가? 현재 배치된 다족 보행 로봇 대부분이 사족 보행 구조를 채택한 이유는 평탄한 지형부터 중간 난도의 지형까지 안정성, 탑재 용량, 이동 효율 사이에서 균형이 좋기 때문이다. 하지만 사족 보행 구조는 좁은 공간, 협소한 통로, 비대칭 하중을 다루는 상황, 인간이나 다른 동물의 신체 비율에 맞춰진 환경에는 적합하지 않다. 자동 신체 구조 설계가 실현되면 같은 모듈 라이브러리로 특정 임무에 맞는 형태를 만들 수 있다. 예를 들어 배관 검사용 좁은 몸체나 무거운 화물 운반용 넓은 지지 구조를 구성하는 식이다.
노스웨스턴의 모듈형 다족 보행 로봇은 2025년 구현형 AI 연구에서 가장 뚜렷한 진전 중 하나다. 더 빠른 사족 보행 로봇을 만들었기 때문이 아니다. 로봇의 설계된 신체와 실제 운용 능력 사이에 놓인 고정된 경계를 허물기 시작했기 때문이다.