국립로봇공학센터

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카네기 멜론 국립로보틱스 엔지니어링 센터

확립된	1994년 5월 1일 (1994-05-01)
예산	3000만 달러(2013년)
연구분야	로보틱스
감독	닥터 허먼 허먼
스태프	182
주소	동일로40번길
위치	미국 펜실베이니아 주 피츠버그
우편번호	15201
운영기관	카네기 멜론 대학교
웹사이트	www.nrec.ri.cmu.edu

NREC(National Robotics Engineering Center, NREC)는 카네기멜론 대학의 로봇학 연구소(Robotics Institute, RI) 내의 운영 단위다. NREC는 정부 및 산업 고객과 긴밀히 협력하여 무인 차량과 플랫폼 설계, 자율성, 감지 및 이미지 처리, 기계 학습, 조작, 인간과 로봇 상호 작용 등 실제 프로세스와 제품에 로봇 기술을 적용하고 있다.

NREC는 또한 K-12와 대학 수준의 학생들을 위해 로봇 교육과정과 소프트웨어를 제공하는 로보틱스 아카데미를 통해 STEM(과학, 기술, 공학, 수학) 교육 홍보에 힘쓰고 있다.

NREC 연구 목표 및 접근 방식

NREC는 로봇 기술을 적용하여 기능성 프로토타입 시스템을 구축한다. 스폰서와 파트너로는 산업체, 기술 스타트업, DARPA, 교통부, NASA, 공군 연구소와 같은 연방 기관이 있다.

NREC의 연구 모델은 다음을 기반으로 한다.

• 모든 수준과 모든 분야에 걸쳐 창의적인 설계 및 엔지니어링
• 사내 제작 기능을 사용한 신속한 시제품 제작
• 기술 상용화를 위한 스폰서와의 협업

NREC 기록

1994년 FRC(Field Robotics Center^{[clarification needed]}) 과학자들은 이동형 로봇공학이 농업, 건설, 광산, 유틸리티 및 기타 시장에서 상업적 응용을 위한 충분히 성숙된 분야라는 것을 깨달았다. 결과적으로, NREC는 산업 및 연방 기관으로 로봇 기술을 개발하고 이전하기 위해 그 해에 국립 로봇 공학 컨소시엄으로 설립되었다. 이 센터를 위한 원래 자금에는 NASA로부터 3백만 달러의 보조금이 포함되어 있었다.

1996년 이 기구는 피츠버그의 로렌스빌 부근에 있는 현재의 시설로 이전하여 국립로보틱스 엔지니어링 센터로 개칭되었다. NREC는 개축된 산업용 브라운필드 부지에 있는 100년 된 개조된 주조 공장 건물에 들어 있다.

NREC 타임라인

연도	키 마일스톤
1994	NASA는 NREC의 창조를 후원한다.
1996	NREC가 예술 시설의 현재 상태로 이동
1997	체르노빌 재난 대응을 위해 개발된 파이오니어 시스템
1997	Demeter 프로젝트는 자동화된 자주식 항아리의 개발로 이어진다.
2000	학생과 교사를 위한 STEM과[clarification needed] 로봇 교육을 육성하기 위해 로보틱스 아카데미가 출범했다.
2000	NREC가 DARPA의 UGCV와 Percept에서 우승함크루셔 무인 [clarification needed]지상 전투 차량 개발로 이어지는 OR 프로그램[1]
2001	M-2000 로보틱 수력-블라스팅 시스템(Robotic Hydrobat-Blasting System)으로 선박 선체 박토에 환경적으로 안전하고 비용 효율적인 솔루션을 제공한다. 이 시스템은 현재 ENVIROB로서 상업적으로 생산되고 있다.OT®.[2]
2005	미 해병대를 위해 개발된 글래디에이터 전술 무인 지상 차량.[3]
2006	크루셔 무인 지상차량이 오프로드 자율항행을 위한 2년간의 현장실험을 시작한다.
2007	CMU의 타탄 레이싱 팀이 DARPA 어반 챌린지 무인차 대회에서[4][5] 우승하다
2008	탄광의 컨베이어벨트 모니터링을 위한 고속기계비전 시스템 개발, 생산성 향상 및 근로자 안전 개선
2009	수확, 살포, 벌채용 자율농업기기 시행
2010	가스 및 석유 시설에 대한 검사 기능을 제공하는 센사봇 로봇
2011	오바마 대통령은 NREC를 방문하여 국가 로봇 이니셔티브를[6] 출범시킨다.
2012	DARPA는 NREC의 Tartan Rescue Team을 선정하여 DARPA 로보틱스[7] 챌린지에 참가한다.
2013	Tartan Rescue의 CHIMP 로봇(CMU Highly Intelligent Mobile Platform)이 DARPA 로보틱스 챌린지 테스트에서[8] 3위를 차지, 본선에[9] 진출한다.

프로젝트 사례 연구

DARPA 로보틱스 챌린지

CHIMP는 서 있을 때 키가 5피트 2인치, 몸무게가 약 400파운드인 사람 크기의 로봇이다. 타탄 구조대 엔지니어들은 CHIMP가 로봇이 아닌 사람들을 위해 만들어진 위험하고 퇴화된 환경에서 일하도록 설계했다. CHIMP는 반자율적으로 작동하며 운영자가 제공하는 고급 지침을 계획하고 수행할 수 있다. 인간에 가까운 형태, 힘, 정밀함, 손재주가 있어 복잡한 인간 수준의 작업을 수행할 수 있다. CHIMP는 역동적으로 균형 잡힌 보행로봇이 아니다. 대신, 그것은 네 개의 팔다리에 통합된 안정적이고, 탱크와 같은 발걸음으로 움직이도록 설계되었다. CHIMP는 전동 공구, 회전 밸브, 또는 다른 방법으로 팔을 사용해야 할 때 다리 디딤판 위에서 서서 구를 수 있다. 로봇의 긴 앞팔(거의 5피트)은 유인원처럼 보인다.

CHIMP는 2013년 12월 DARPA 로보틱스 챌린지 시험에서 3위를 차지했다.^[8] 이틀간의 시험에서 32점 만점에 18점을 획득한 이 팀은 이물질 제거, 문 열기, 벽 구멍 자르기, 일련의 밸브 닫기 등의 작업을 수행할 수 있는 시스템의 능력을 보여주었다. 이 시스템은 2015년 DARPA 로보틱스 챌린지 파이널을 준비하기 위해 DARPA 자금 지원 대상 9개 중 하나로 선정되었다.^[9]

어번 챌린지

카네기멜론대 타탄레이싱팀과^[5][who?] 제너럴모터스(GM)는 2007년 DARPA 어반챌린지에서 1위를 차지한 자율형 SUV를 만들었다.^[4] 어반 챌린지 경주는 2007년 11월 3일 캘리포니아의 빅터빌 훈련 시설에서 열렸다. 11개 팀이 60마일짜리 도시 코스를 6시간도 안 되는 시간에 끝내기 위해 서로 경쟁했다. 그들의 차량은 모의 도시 지역에서 모의 임무를 수행하면서 교통 법규를 준수하고, 안전하게 교통 속으로 합류하며, 교통 계통을 항해하고, 분주한 교차로 협상을 하고, 다른 차량을 피해야 했다. 이 모든 것은 사람의 개입 없이 말이다.

농업용 자동화 및 머신러닝

• 차량 보호 장치

장애물과 지형 위험을 감지할 수 있게 되면 유인 농업용 차량과 무인 농업용 차량의 안전성이 크게 향상된다. 이 프로젝트는 머신러닝 기법을 활용해 다양한 환경과 작동 조건에 쉽게 적응할 수 있는 강력한 장애물 탐지 시스템을 구축한다. NREC는 추가 인식 패키지를 존 디어가 개발한 컴퓨터 제어 트랙터 3개 팀으로 통합했다. 이 자율 트랙터는 이탄 굴에서 수확하는 작업에 사용되었다. 이 로봇의 송곳니 수확팀은 100개가 넘는 송곳니 채취 임무를 완수하며 본격적인 시즌을 위한 테스트를 받았다. 그들의 행동은 안전한 운영 환경을 유지하면서 수동적인 이탄 채취 작업을 모방했다.

• 오차드 스프레이

NREC는 트랙터가 운전자 없이 작동할 수 있는 개장 키트를 개발했다. 이 소프트웨어는 차량 위치를 정확히 추정해 미리 정해진 경로를 자율적으로 따라갈 수 있도록 했다. 자율주행 트랙터는 사람의 개입 없이 오렌지 과수원을 통해 7km의 길을 따라가다 물을 뿌렸다. 경로 티칭/재생 기능을 달성하기 위해 NREC는 주행 거리 측정, GPS 정보 및 IMU 측정을 통합하기 위해 확장된 Kalman 필터를 사용하는 위치 확인 시스템을 개발했다. 다음의 경로는 순수추구 알고리즘에 기초한다.^{[clarification needed]}

수송 안전을 위한 방어 로봇

NREC와 오시코시 디펜스는 미 해병대가 사용하는 물류 전술 바퀴 달린 차량을 위한 무인 자율주행차 기술을 개발하고 있다. 카고 무인 지상 차량(CARGO UGV 또는 CUGV)은 유인 차량과 무인 차량을 결합한 호송차에서 자율적으로 사용할 수 있도록 설계됐다. 다른 차량에 탑승한 운전자가 밤낮으로 호송대형에서 자율주행을 하는 무인차량 1대 이상을 모든 날씨에서, 먼지와 연기가 시야를 제한하는 경우 감독한다.

이 프로젝트에 따라 개발된 기술은 오쉬코시 디펜스의 테라맥스™ UGV 키트의 일부로서 무인 호송 작전을 지원한다.^[10]

센사봇

센사봇은 위험 환경, 고립된 시설 등 인력의 접근이 어렵거나 위험한 곳에서 안전하게 현장 점검을 수행할 수 있도록 설계된 투박한 로봇이다. 이익에는 위험 감소와 운영 효율성 향상이 포함된다.

이 시스템은 검사 센서가 부착된 센서 붐이 있는 이동식 로봇 기지를 특징으로 한다. 극한의 기온과 폭발성 및 독성 대기에서 작동할 수 있다. 인간 조작자는 로봇을 원격으로 작동시키고, 로봇의 센서를 사용하여 파이프, 부속품 및 밸브를 검사한다. 센사봇은 폭발성 환경에 대한 IECEx 구역 1 표준과 유도 산업용 차량에 대한 ANSI 안전 표준을 충족하도록 설계되었다.^[11]

ARCRS(Advanced Robotic Laser Coating Removal System)

공군연구실(AFRL), Concurrent Technologies Corporation(CTC), NREC는 AFMC(Amergent Material Command)의 자금지원을 통해 미국 공군 항공기의 코팅을 제거하는 친환경 시스템을 개발하고 있다.

첨단로봇레이저코팅 제거시스템(ARLCRS)은 강력한 레이저 박리 도구와 최첨단 모바일 로봇을 이용해 항공기 내 페인트와 코팅 작업을 자동으로 제거한다. 전체 시스템은 전투기부터 화물 및 유조선 항공기까지 사용할 수 있도록 확장 가능하다. ARCRS는 위험 폐기물, 대기 배출, 유지보수 비용 및 처리 시간을 줄일 것이다. CTC는 레이저 코팅 제거 및 입자 캡처 시스템을 개발하고 있다. NREC는 모바일 로봇, 센서, 자율 시스템을 개발하고 있다.

지하 석탄 채굴을 위한 운영자 지원

NREC는 탄광 산업 파트너들과 협력하여 롱월 채굴을 위한 운영자 지원 기술을 개발했다. 여기에는 연속 채굴 기계를 위한 완벽한 항법 시스템, 로봇 국산화용 레이저 레인지파인더 기반 인식, 어수선한 공간 계획, 통합 및 시뮬레이션 도구 등이 포함된다. 이 시스템은 웨스트 버지니아에 있는 광산에서 성공적으로 증명되었다. 관련 연구와 목표는 자동화된 광산 조사, 운반 및 다중 기계 상호작용을 포함한다.

교육에 대한 헌신

로보틱스 아카데미(Robotics Academy)는 카네기 멜론 대학의 교육 기관으로, 이 대학의 로보틱스 연구소의 일부다. 2000년에 로보틱스 아카데미는 NREC의 시설에 수용되었다. 로보틱스 아카데미는 과학, 기술, 공학, 수학(STEM)에 대해 학생들을 흥분시키기 위해 로봇의 동기부여 효과를 이용하는데 전념하고 있다.

참고 항목

• 로보틱스

참조

• Fenton, Edwin (2000). Carnegie Mellon 1900-2000: A Centennial History. Pittsburgh: Carnegie Mellon University Press. ISBN 0-88748-323-2.

외부 링크

위키미디어 커먼즈에는 국립로보틱스 엔지니어링 센터와 관련된 미디어가 있다.

• 공식 NREC 웹사이트