PAWS 사족보행 로봇, 점프·질주·회피까지 ‘진짜 동물 같네’

네 발로 걷는 동물들은 앞다리와 뒷다리가 효율적이고 유기적으로 움직임을 완성한다. 서로 주기적으로 협응하여 중심을 잡고 추진력을 만든다. 이러한 생물학적 특성은 수십 년간 사족보행 로봇 개발의 핵심 모델이 되어왔다. 실제로 사족보행 로봇은 거친 지형에서의 기동성이나 다양한 환경에서의 임무 수행 능력을 입증해왔지만, 그 이면에는 고성능 액추에이터와 복잡한 제어 시스템에 대한 높은 의존도가 존재한다. 이는 에너지 소비 증가와 설계 복잡성이라는 기술적 부담으로 이어져 왔다.

이러한 한계를 극복하기 위해 스위스에서 최근 새로운 사족보행 로봇 PAWS(Passive Automata With Synergies)를 개발해 눈길을 끈다. 이 로봇은 동물의 움직임 원리인 ‘운동 시너지’ 개념을 응용해, 최소한의 구동 장치만으로도 자연스럽고 다양한 보행 동작을 구현할 수 있도록 설계됐다.

PAWS, 적은 부품으로 동물의 움직임을 구현하다

스위스 로잔공대(EPFL)와 네덜란드 델프트공대(TU Delft)의 공동 연구팀은 이 문제를 정면으로 돌파했다. 이들은 PAWS(Passive Automata With Synergies)라는 새로운 네 발 로봇을 개발해 기존보다 훨씬 적은 액추에이터만으로도 동물 같은 움직임을 구현했다. 핵심은 생물학에서 발견되는 ‘운동 시너지’ 개념이다. 동물은 근육을 하나하나 따로 움직이지 않는다. 여러 근육을 묶어 동시에 조절하는 패턴을 사용해 빠르고 효율적으로 움직인다. 연구진은 이 원리를 로봇에 적용해 실제 개의 움직임 데이터를 분석하고, 이를 토대로 보다 단순한 구조의 힘줄 기반 로봇을 설계했다.

모터 없이도 걷고 피하고 달린다

PAWS는 관절 사이를 유연하게 연결하는 구조를 가지고 있어, 꼭 모터를 사용하지 않아도 움직일 수 있다. 실제 실험에서 연구진은 로봇의 힘줄에 모터를 연결하지 않은 상태로 러닝머신 위에 올려놓았다. 그럼에도 불구하고 로봇은 앞으로 나아가며 장애물도 피해갔다. 추가로 단 4개의 독립된 액추에이터만 연결해도 PAWS는 다양한 동작을 구현할 수 있었다. 앉기, 서기, 걷기, 달리기, 심지어 점프까지 가능한 것이다. 적은 장치로도 동물처럼 복잡한 움직임을 표현할 수 있다는 사실은 로봇 설계의 새로운 가능성을 보여준다.

PAWS 다양한 가능성-재난, 탐사, 보조기기 등

이번 연구는 복잡한 제어 없이도 자연스러운 움직임을 만들어낼 수 있다는 점에서 주목받는다. 연구진은 향후 간단한 센서와 피드백 시스템을 추가해 안정성과 반응성을 높일 계획이다. 로봇의 수동적인 역학 특성을 살리면서도, 동작의 다양성과 정밀성을 높이는 방향으로 발전시킬 수 있다는 것이다. PAWS는 로봇 설계에 있어 꼭 많은 장치와 에너지를 써야만 정교한 움직임이 나오는 것이 아니라는 사실을 입증했다. 앞으로 이 기술이 재난 대응, 탐사, 보행 보조기기 등 다양한 분야에 어떻게 활용될 수 있을지 기대를 모은다.

한편 PAWS 외에도 유사한 방식으로 사족보행을 구현하는 기술은 여러 가지가 있다. 대표적으로 CPG(Central Pattern Generator)는 생물의 보행 리듬을 모사해 다리 움직임을 조절하고, SLIP 모델은 스프링 구조를 기반으로 점프나 충격 흡수를 가능하게 한다. **MPC(Model Predictive Control)**는 지형을 예측하고 로봇의 다음 동작을 계산하는 데 사용되며, 강화학습 기반 제어 시스템은 시뮬레이션을 통해 자율적으로 보행 전략을 학습한다.

이러한 기술들은 실제 로봇에 적용되고 있다. Boston Dynamics의 Spot, Unitree Robotics의 Go1, ANYmal, MIT의 Mini Cheetah 등은 보행 제어 기술을 기반으로 다양한 환경에서 움직이며, 산업·연구 목적으로 활용되거나 상용화 단계에 있다.

이러한 기술들은 실제 로봇에 적용되고 있다. Boston Dynamics의 Spot, Unitree Robotics의 Go1, ANYmal, MIT의 Mini Cheetah 등은 보행 제어 기술을 기반으로 다양한 환경에서 움직이며, 산업·연구 목적으로 활용되거나 상용화 단계에 있다.

더 많은 정보: Francesco Stella et al, Synergy-based robotic quadruped leveraging passivity for natural intelligence and behavioural diversity, Nature Machine Intelligence (2025). DOI: 10.1038/s42256-025-00988-x

자료: Nature Machine Intelligence