개방 루프 주행

여기 솔깃한 계획이 하나 있다. 한 변이 1미터인 정사각형을 그리려면 '5초 동안 앞으로 이동하고, 1.5초 동안 왼쪽으로 회전하기'를 네 번 실행하는 것이다. 공식을 계산해 두었으니 로봇은 완벽한 정사각형을 그려야 한다. 하지만 실제 로봇에서 실행하면 도형이 거의 절대 닫히지 않는다. 로봇은 시작한 곳에서 몇 센티미터 떨어진 곳에 멈추거나, 더 심한 경우에는 그보다 더 멀리 벗어난다.

이런 제어 방식을 개방 루프라고 한다. 명령을 미리 계산해 보내고, 실제로 무슨 일이 일어났는지는 아무것도 측정하지 않기 때문이다. 반대 방식은 첫 번째 수업에서 배운 루프인 피드백을 사용하는 폐쇄 루프다. 세상이 예측 가능할 때는 개방 루프도 괜찮다. 하지만 로봇이 예측 가능한 세상에서 움직이는 경우는 거의 없다.

'같은 명령'이 서로 다른 결과를 내는 이유.

• 바퀴 미끄러짐. 매끄러운 바닥, 먼지가 있는 바닥 또는 카펫에서는 바퀴가 로봇을 충분히 움직이지 않은 채 헛돌 수 있다.
• 모터는 쌍둥이가 아니다. 같은 명령을 받은 두 모터도 보통 속력이 조금씩 다르게 작동한다. 속력에 아주 작은 차이만 있어도 ω가 정확히 0이 아니므로 '직선' 경로가 휘어진다.
• 전지 전압이 떨어진다. 충전량이 줄어들수록 전지 전압이 낮아지므로, 같은 명령을 내려도 나중에는 속력이 더 낮아진다.
• 바퀴 크기와 트랙 너비는 프로그래머가 입력한 값과 정확히 같지 않다. 1퍼센트 더 큰 바퀴는 한 바퀴 돌 때 1퍼센트 더 먼 거리를 이동한다.
• 출발과 정지. 로봇은 속력을 즉시 바꿀 수 없다. 로봇은 계획에서 무시한 짧은 시간 동안 속력이 올라가고 내려간다.

이 모든 차이는 작다. 문제는 작은 오차가 쌓인다는 것이다(월드 2에서 그 수치를 확인할 수 있다).

사고 실험을 해 보자. 방향 오차 때문에 '왼쪽으로 90도 회전'할 때마다 실제로는 88도씩 회전한다고 해 보자. 네 모서리를 지난 뒤 로봇은 360도가 아니라 352도 회전하므로 경로가 닫히지 않는다. 처음 향하던 방향에서 8도 모자라고, 여기에 위치 오차까지 더해진다. 폐루프 로봇은 회전할 때마다 센서로 방향을 측정하고, 센서가 90도를 표시할 때까지 계속 회전한다.

해결 방법이 다음 월드들의 주제다. 먼저 로봇은 자신의 위치를 추정해야 한다(월드 2). 그런 다음 제어기가 '내가 가고 싶은 위치'와 '내가 있다고 생각하는 위치'의 차이를 이용해 스스로를 보정한다(월드 3). 외부 세계를 감지하는 센서는 월드 4에서 다룬다.