캘리포니아 공과대학교(Caltech)의 연구진이 공중과 지상을 자유롭게 오가는 실사판 트랜스포머 로봇을 개발했다. '공중 변형 모포봇(ATMO, Aerially Transforming Morphobot)'은 단일 모터로 변신을 제어하며, 비행 드론에서 주행 차량으로 끊김 없이 전환할 수 있다.
기존의 하이브리드 로봇이 변신을 위해 반드시 착륙해야 했던 것과 달리, ATMO는 공중에서 실시간으로 형태를 바꿀 수 있는 지능을 갖췄다. 이를 통해 착지 후 즉시 주행을 시작할 수 있어, 상업용 배송 시스템이나 로봇 탐사 분야에서 민첩성과 견고함을 동시에 제공한다. ATMO는 4개의 추진기로 비행하지만, 이 추진기를 보호하는 덮개가 지상 주행 시에는 바퀴 역할을 한다. 전체 변신 과정은 중앙 관절을 움직이는 단일 모터에 의해 이루어지며, 이 관절이 추진기를 위로 들어 올려 드론 모드로 전환하거나 아래로 내리며 주행 모드로 바꾼다.
연구진은 최근 학술지 '커뮤니케이션스 엔지니어링(Communications Engineering)'에 논문을 발표하며, ATMO와 그 정교한 제어 시스템을 소개했다. 논문의 주저자인 칼텍 항공우주학 대학원생 이오아니스 만드랄리스(Ioannis Mandralis)는 "우리는 동물이 다양한 형태로 몸을 사용해 여러 방식의 이동을 구현하는 자연에서 영감을 받아 새로운 로봇 시스템을 설계하고 제작했다"고 설명했다. 예를 들어, 새는 비행 중 몸의 형태를 바꿔 속도를 줄이거나 장애물을 피한다.
공학적 난제도 컸다. 칼텍 자율 시스템 및 기술 센터(CAST) 소장이자 항공 및 의공학 교수인 모리 가립(Mory Gharib)은 "새가 착지 후 달리는 모습을 보면 간단해 보이지만, 실제로 항공우주 업계는 50년 넘게 이 문제에 골머리를 앓아왔다"고 말했다. 모든 비행체는 지상 근처에서 복잡한 힘을 받는다. 예를 들어 헬리콥터가 착륙할 때 추진기가 아래로 많은 공기를 밀어내는 현상을 생각해보면 된다.
이러한 복잡한 공기역학적 문제를 해결하기 위해 연구팀은 칼텍 드론 연구실에서 하중 측정 실험, 연기 시각화 등 다양한 실험을 진행해 변신 과정에서의 공기 흐름 변화를 분석했다. 이를 바탕으로 모델 예측 제어(MPC)에 기반한 스마트 제어 시스템을 설계해, 로봇이 움직임 변화를 예측하고 실시간으로 자세를 조정해 안정성을 유지할 수 있도록 했다. 연구팀은 ATMO의 민첩성, 내구성, 지능이 결합된 독특한 기술이 배송, 수색 및 구조, 행성 탐사 등 예측 불가능한 환경에 적응이 중요한 차세대 자율 로봇의 길을 열어줄 것으로 기대하고 있다.