감지하고, 생각하고, 행동하기

로봇 청소기는 벽을 따라 부드럽게 부딪히며 움직이고, 창고 카트는 칠해진 직선을 따라가며, 로버는 화성을 가로질러 기어갑니다. 서로 아주 달라 보이지만, 내부에서는 모두 같은 루프를 실행합니다. 이 루프를 한 번 배우면 이 실험실의 모든 수업을 쉽게 이해할 수 있습니다.

로봇은 주변 환경을 감지하고, 프로그램을 실행해 무엇을 할지 정한 다음, 그 선택에 따라 무언가를 움직이는 기계입니다. 이 과정을 계속 반복합니다. 이 과정을 가능하게 하는 세 가지 요소가 있습니다.

• 센서는 세상과 로봇 자체를 측정합니다. 예를 들면 벽까지의 거리, 바퀴의 회전, 기울기, 빛 등을 측정합니다.
• 컨트롤러는 센서의 숫자를 명령으로 바꾸는 소프트웨어입니다(작은 컴퓨터에서 실행됩니다). 사람이 작성한 규칙과 계산의 모음입니다.
• 액추에이터는 움직임을 만들어 내는 부품입니다. 대부분 바퀴를 회전시키는 전기 모터입니다.

루프. 세 요소는 1초에 여러 번 반복되는 주기로 연결됩니다.

1. 감지: 센서를 읽습니다.
2. 생각: 프로그램이 측정한 값과 원하는 값을 비교해 명령을 계산합니다.
3. 행동: 모터에 명령을 보냅니다.

그러면 로봇의 움직임이 센서가 보는 것을 바꾸고, 주기가 다시 시작됩니다. 행동의 결과를 측정해 다음 결정에 피드백하기 때문에 이것을 피드백 루프라고 합니다. 피드백은 로봇 공학에서 가장 중요한 개념입니다. 피드백이 없는 로봇은 녹화된 동작을 반복하는 장난감에 불과합니다. 이 월드의 마지막 수업에서 그 모습을 확인하게 될 거예요.

자율 주행일까, 원격 조종일까? 원격 조종 로봇에서는 사람이 제어 루프를 닫아. 사람은 지켜보고, 판단하고, 조종 스틱을 누르지. 자율 주행 로봇에서는 프로그램이 스스로 제어 루프를 닫아. 실제 로봇 대부분은 그 중간쯤에 있어. 로봇 청소기는 청소할 때는 자율 주행이지만, 시작은 사람이 해. 화성 탐사 로버는 매일 사람들이 계획을 입력하면, 그다음에는 스스로 계획을 실행해(World 7에서 그 이유를 설명해).

이동 로봇과 로봇 팔의 차이. Robot Arm 실험에서는 탁자에 단단히 고정된 로봇 팔을 다뤄. 팔의 밑변은 움직이지 않으므로, 가장 중요한 질문은 관절 각도를 알 때 손이 어디에 있는지야. 이동 로봇은 세상을 통과하며 움직여. 그래서 이 실험에서 다루는 새로운 질문들이 생겨. 바퀴는 어떻게 로봇의 방향을 바꿀까? 로봇은 지금 어디에 있을까? 무엇이 보일까? 다른 모든 것은 어디에 있을까? 여기서 저기까지 어떻게 이동할까?