칼텍 자율 시스템 및 기술 센터(Center for Autonomous Systems and Technologies)의 연구진이 공상과학을 현실로 끌어온 트랜스포머 로봇을 개발했다. ‘공중 변형 모포봇(ATMO)’은 공중과 지상 이동을 멈춤 없이 자연스럽게 전환할 수 있는 하이브리드 모빌리티 로봇 분야의 중요한 진전을 보여준다.
이 로봇은 비행을 위한 4개의 추력기를 탑재했으며, 이 추력기를 감싸는 보호 덮개는 지상 주행 시 바퀴 역할도 겸한다. 이중 목적의 구조는 하나의 모터와 중앙 관절로 제어되며, 추력기를 들어 올리면 드론 모드, 내리면 주행 모드로 전환되어 시스템의 효율성이 매우 높다.
주저자인 칼텍 항공우주학 대학원생 이오아니스 만드랄리스(Ioannis Mandralis)는 ATMO의 영감이 자연, 특히 새들이 비행에서 지상 이동으로 전환할 때 신체 형태를 바꾸는 방식에서 비롯됐다고 설명했다. 하지만 ATMO는 새들이 겪지 않는 고유의 공학적 난제, 즉 변신 과정에서 자체 추력기가 만들어내는 복잡한 공기역학적 힘과 난류를 다뤄야 했다.
ATMO의 가장 큰 혁신은 제어 알고리즘에 있다. 모델 예측 제어(Model Predictive Control)를 활용해 로봇의 미래 동작을 초 단위로 예측하고, 실시간으로 조정한다. 이 정교한 시스템은 칼텍 드론 연구실에서 다수의 실험과 연기 시각화 실험을 통해 변신 중 공기 흐름을 분석한 끝에 개발됐다.
ATMO의 실용적 활용 가능성은 매우 크다. 기존보다 향상된 기동성과 견고함 덕분에, 상업용 배송 시스템에서 험지 주행을 중단 없이 수행할 수 있다. 또한, 예측 불가능한 환경에 적응이 필수적인 수색·구조 및 행성 탐사 임무에도 적용 가능성이 높다.
이번 연구는 설계 엔지니어 레자 네모비(Reza Nemovi), 리처드 M. 머레이(Richard M. Murray) 교수 등이 참여했으며, 저널 ‘커뮤니케이션스 엔지니어링(Communications Engineering)’에 게재됐다. ATMO와 같은 로봇이 계속 진화함에 따라, 자율 기계가 복잡해지는 세상을 어떻게 탐색할지에 대한 새로운 기준을 제시할 것으로 기대된다.