광주과학기술원(GIST·지스트) 연구팀이 미국 항공우주국(NASA)과 공동으로 국제우주정거장(ISS)과 같은 무중력 환경에서도 로봇이 방향을 잃지 않도록 돕는 ‘디지털 트윈 기반 시각 나침반 기술’을 개발했다.

21일 GIST에 따르면 이번 연구는 김표진 교수 지도로 함중일 박사과정생이 수행했으며, 과학기술정보통신부·한국연구재단(NRF) 우수신진연구사업과 GIST 해외 공동연구 장학 프로그램(IREF)의 지원을 받아 NASA 에임스 연구센터와 공동으로 진행했다.

연구팀은 실제 우주 환경과 유사한 조건에서 실험을 진행해 기술의 정확성과 실효성을 입증했다.

ISS는 미세중력 환경으로 위아래 구분이 없어 로봇이 방향을 인식하기 어렵다. 특히 애스트로비 로봇은 무중력 상태에서 자유롭게 회전해 기존 시각 기반 항법으로는 방향 인식이 자주 실패했다.

이를 보완하기 위해 ‘맨해튼 월드(Manhattan World)’ 모델이 쓰이지만, ISS 내부는 복잡한 설비와 부유 물체로 인해 선이나 벽과 같은 구조적 특징이 가려져 정확한 인식이 쉽지 않았다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 ‘디지털 트윈’ 기술로 실내 3차원 공간의 방향 지도를 구축하고 이를 활용해 우주 로봇이 누적 오차 없이 절대적인 자세(Drift-Free & Absolute Orientation)를 측위할 수 있는 기법을 개발했다.

핵심 원리는 실제 촬영 영상에서 감지된 구조적 선을 디지털 트윈 모델과 비교·검증해 불필요한 선을 제거하고 신뢰할 수 있는 구조만 선별하는 방식이다.

로봇의 회전 정확도를 나타내는 ‘절대 회전 오차(Absolute Rotation Error·ARE)’는 평균 1.43도에 불과했으며 프레임당 약 0.02초의 연산 속도로 실시간 적용 가능성도 입증했다.

연구팀은 GIST NASA 공동연구로 세계 최초 구축·공개한 ISS 자율비행 로봇용 데이터세트를 활용한 실험에서 해당 기술의 우수성을 확인했다.

김표진 교수는 “이번 연구는 우주정거장과 같은 극한 환경에서도 로봇이 방향을 잃지 않고 스스로 움직일 수 있도록 만든 기술”이라며 “앞으로 공항, 병원, 창고 등 복잡한 실내 공간에서도 자율 로봇의 정확한 길찾기를 가능하게 할 것으로 기대된다”고 말했다./박현진 기자