NASA’s new rovers will be a fleet of mobile robots that work together

NASA의 새 탐사로버는 단체로 활동하는 ‘이동 로봇 부대’가 될 것

화성 탐사 임무에서 얻은 경험을 토대로 NASA는 단체 임무 수행이 가능한 소형 탐사로버들을 개발하고 있다. 이전 로버들보다 자율성이 강화된 소형 로버들을 이용하면 기존에 도달할 수 없던 곳까지도 탐사할 수 있을 것이다.

미 항공우주국(NASA)이 함께 문제를 해결하고 결정을 내릴 수 있는 새로운 ‘소형 탐사로버 부대’ 개발을 연구하고 있다. 이 탐사로버들은 단체로 움직이기 때문에, 하나가 임무에 실패하거나 어딘가에 발이 묶인다고 해도 다른 로봇들이 계속 작업을 수행할 수 있다.

‘협동하는 자율분산 로봇 탐험(Cooperative Autonomous Distributed Robotic Exploration, CADRE)’ 프로젝트의 일환으로, NASA 엔지니어들은 달이나 다른 행성들을 자율적으로 탐험할 수 있는 신발 상자 크기의 소형 이동 로봇을 설계하고 있다(크기 비교를 위해 말하자면, 화성 탐사로버 ‘퍼서비어런스(Perseverance)’는 소형 SUV 정도의 크기이다). 이러한 로버들은 크레이터나 동굴처럼 접근하기 어려운 지역들을 탐험하며 데이터를 수집하는 단체 작전을 수행할 예정이다.

앞으로 몇 년 내에 있을 것으로 예상되는 시범 임무에서 ‘CADRE 프로젝트’의 소형 탐험로버들은 달의 거대 용암 동굴들을 탐험할 예정이다. 달의 용암 동굴은 최상층 토양은 굳어져 있지만 그 아래에는 여전히 용암이 흐르는 지형을 말한다.

NASA 글렌 연구 센터(Glenn Research Center)의 로봇공학 및 컴퓨터 모델링 엔지니어 알렉스 셰펠만(Alex Schepelmann)은 “우리는 탐험로버를 두 대나 세 대 정도 보내면 그중 하나를 용암 동굴 아래로 내려보낼 수 있겠다고 생각했다. 물론 그 로버가 거기서 다시 나오기는 매우 어려울 것임을 우리는 기본적으로 잘 알고 있다”고 설명했다.

그 로버가 달 표면으로 다시 돌아올 거라고 예상할 수는 없지만, 셰펠만은 그 로버가 같은 팀에 속한 다른 로버들에게 정보를 전달할 수는 있을 것이라고 말했다. 탐험로버들이 그렇게 서로 통신할 수 있는 한 임무는 계속될 수 있을 것이다.

내부에 각 로버들은 소형 컴퓨터와 무선 라디오, 3D 이미지를 포착하기 위한 스테레오 카메라를 가지고 있을 것이다. 소형 로버 혼자서는 큰 로버만큼 많은 데이터를 수집할 수 없지만, 한꺼번에 여러 대의 로버를 투입하게 되면, 임무 실패로 끔찍한 결과가 찾아올 위험성을 줄일 수 있을 것이다.

CADRE는 캘리포니아에 있는 NASA의 제트 추진 연구소(Jet Propulsion Laboratory)에서 개발되었고, 클리블랜드에 있는 NASA 글렌 연구 센터의 모의 월면 활동(Simulated Lunar Operations, SLOPE) 실험실 연구진이 테스트했다. SLOPE는 2023년 11월부터 달에서 얼어붙은 물을 찾아다니며 탐험할 이동 로봇 ‘바이퍼(VIPER, Volatiles Investigating Polar Exploration Rover)’를 테스트했던 연구실이기도 하다.

프로젝트의 한 가지 목표는 2009년에 NASA의 화성 탐사로버 스피릿(Spirit)에 벌어졌던 일이 다시는 일어나지 않도록 방지하는 것이다. 이 일은 우주 탐험 지지자들에게 끔찍한 악몽이 되었다.

2004년에 두 개의 쌍둥이 탐험로버를 각각 화성의 반대편으로 보냈다. 그중 하나인 ‘스피릿’은 인간이 그때까지 관찰했던 화성의 모습 중에 가장 자세한 이미지들을 전송했다. 그러나 임무 시작 이후 5년이 지나서 스피릿의 바퀴가 화성의 부드러운 모래 지면에 빠지고 말았다. NASA의 엔지니어들은 스피릿을 다시 움직이게 하기 위해서 여덟 달 동안 작업을 했지만 몇 번이고 반복된 실패 끝에 결국 스피릿의 임무 종료를 선언하게 되었다.

새 탐험로버들이 스피릿처럼 어딘가에 발이 묶이는 일이 없게 하려고 SLOPE는 달의 가루 같은 토양부터 화성의 거친 바위 같은 표면까지 로버들이 탐험해야 하는 독특한 지형들을 시뮬레이션한다. 연구자들은 한 쌍의 스테레오 카메라를 이용해 각 로버의 속도와 타이어 움직임을 측정하기 위해 수천 개의 3D 사진을 찍을 수 있는 ‘모션 캡처 기술’을 사용한다. 이러한 방식을 이용해 연구자들은 토양이 반응하는 방식을 예측할 수 있다.

셰펠만은 “이 시스템을 통해 우리는 각각의 지형에서 로버가 보이는 특징을 제대로 파악할 수 있다. 기본적으로 우리는 로봇의 각 부분들이 어떻게 움직이는지 측정할 수 있다”고 말했다.

애리조나대학교의 전기공학 및 컴퓨터공학과 부교수이자 자율 탐험 시스템을 연구하고 있는 볼프강 핑크(Wolfgang Fink)는 큐리오시티(Curiosity)와 퍼서비어런스 같은 탐사로버들의 자율성이 제한되어 있었다고 설명하며, CADRE 같은 프로젝트를 통해 탐사로버를 완전 자율화하면 우리가 다른 방식으로는 도달할 수 없었던 지역들까지 탐험할 수 있게 될 것이라고 밝혔다.

평균적으로 지구와 달 사이의 통신에는 고작 몇 초밖에 소요되지 않지만, 그 메시지가 화성에서 올 경우에는 시간이 몇 분으로 늘어난다. 또한 토성의 가장 큰 달인 타이탄(Titan)처럼 멀리 떨어진 곳에서 우주비행 관제센터와 착륙선 또는 로버가 통신한다면 몇 시간쯤 걸릴 것이다. 이렇게 바로 통신할 수 없고 지연이 있는 상황에서는 예상하지 못한 문제가 생기면 전체 임무가 위험에 빠질 수도 있다. 따라서 우리가 탐험하고자 하는, 지구에서 멀리 떨어진 곳일수록, 안전한 탐험을 위해 탐사로버의 더 완전한 자율화가 중요해질 것이다.

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