GCTC 퀴즈: SPA

* EBS가 사용한 어느 대중서의 일부를 잘라 윤색해 만든 다음 퀴즈를 저자 이상하의 허락 없이 변형하여 상업적 목적으로 사용하는 것을 금합니다. (GK 비판적 사고 031-381-2282)

 

 

지능형 서비스 로봇의 제어구조는 주변 세계와의 복잡한 상호작용을 전제로 한다. 전통적인 제어구조는 ‘감지－계획－실행’(SPA：Sense-Plan-Act)에 기반 한 방식이다. 이 방식에서는 로봇이 센서를 통해 인지한 값들을 기반으로, 환경을 모델링하고 모델링 결과를 바탕으로 어떤 일을 수행할 것인가 계획을 세우고 계획대로 작업을 실행하여 모터를 제어하고 구동장치를 움직이기까지 제어구조가 하나의 흐름으로 이루어진다. 그런데 이 방식은 감지에서 적절한 대응까지 중간의 모든 처리 단계를 거쳐야 하기 때문에, 반응이 즉각적일 수 없고 시간이 많이 걸리는 것이 단점이다.   이 문제를 극복한 것이‘포섭구조’라 불리는 행동 기반 제어구조이다. 행동 기반 제어구조에서 행동은 감지와 실행의 결합(coupling)으로 규정되며, 그러한 결합은 계획과 같은 과정을 매개로 하지 않는다. 포섭구조란 로봇에게 기본적인 동작만 제어해주고 높은 수준의 행동은 대상과 상호작용을 하며 이루어지도록 하는 방식을 말한다. 이 구조는 로봇의 복잡한 행동을 여러 계층으로 나눈 다음 가장 낮은 계층의 행동에서 출발해 환경과의 상호작용 속에서 더 높은 계층의 행동으로 옮겨 가는데, 그전 행동의 결과를 포섭하여 다음 계층의 행동을 유발하도록 설계되어 있다. 즉, 이동과 같은 낮은 계층의 행동만 제어해 주고, 환경에 따라 계획과 같은 높은 계층의 행동으로 나아가게 된다. 그런데 포섭구조의 각 계층 간에는 동시성이 보장되고 하위 계층이 상위 계층에 대해 의존적이지 않아도 되기 때문에 빠른 반응성을 보인다. 그러나 각 계층은 각자가 원하는 대로만 행동하려 하기 때문에 로봇의 전반적인 상태를 감지하고 앞으로의 행동을 계획하기는 어렵다.   이후 SPA처럼 전반적인 계획을 세우면서도 포섭구조와 같이 빨리 대응할 수 있는 ‘하이브리드형 구조’가 주류를 이루게 된다. 이 시스템은 대체적으로 세 부분으로 나누어지는데, 먼저 장애물에 부딪히지 않게 피하는 간단한 일은 센서의 입력을 받아서 즉각적으로 모터를 구동하는 ‘반응제어’ 부분에서 수행한다. ‘심의제어’ 부분은 경로 설정이나 미래에 할 일 계획 같은 복잡한 일을 처리하며 로봇의 전반적인 움직임을 관장한다. 그리고 이들 두 부분을 조정하는 ‘순차제어’ 부분에서는 심의제어의 전체 계획을 순차적으로 실행할 수 있는 수행단계로 나누어 반응 제어에 명령을 내린다.

  

 

[퀴즈 1] 다음 도식들 중 일부를 골라 ‘행위 제어 방식의 진화 과정’을 순서대로 나열해 본다면?

 

 

  

 

[퀴즈 2] 화성에 탐사 로봇을 보내는 경우, SPA 기반의 로봇은 부적절하다. 이에 대한 이유를 설명해 본다면?

 

 

 

 

 

 

* 이것만은 알아두자.

전통적인 인공지능(artificial intelligence) 연구에서 행위자는 컴퓨터에 비유된다. 컴퓨터는 입력을 부호화한 모델에 프로그램이 작용하여 출력을 나오게 하는 방식에 따라 기능한다. 따라서 출력은 프로그램과 같은 상위 알고리듬이 외부 입력을 부호화한 모델에 적용되는 방식에 의존적이다. 그러한 방식으로 지능과 행위의 관계를 다루는 것을 ‘하향식 접근법(top-down approach)’이라고 한다. 하향식 접근법에 따르면, 환경을 감지한 데이터를 부호화한 모델에 계획을 담당하는 알고리듬이 적용된 결과가 행위로 간주된다. 로더니 브룩스(R.A. Brooks)는 이러한 식으로 행위를 이해하는 것이 실제 동물의 행동 방식과는 거리가 멀다고 주장했다. 하향식 접근법에 따라 로봇을 만드는 경우, 로봇 시스템은 외부 환경을 감지하고 외부 환경에 대한 데이터를 부호화한 모델을 만드는 데 대부분의 시간을 소모한다. 만약 그러한 모델을 얻는 과정 중에 외부 환경이 갑자기 변한다면, 특정 프로그램에 따른 실행은 환경 적응의 측면에서 성공적일 수 없다. 또 개미나 벌 등 곤충의 복잡한 행동 방식도 설명할 수 없다. 왜냐하면 곤충의 뇌가 복잡한 행동에 대한 계획을 세울 정도로 정교하게 발달하지는 않았기 때문이다. 곤충의 복잡한 행동은 낮은 수준의 여러 행동과 관련된 체계들의 상호작용에 의해 나타나는 것으로 설명 가능하다. 이에 착안하여 브룩스는 행동 기반 제어구조에 바탕을 둔 인공지능 이론을 발전시켰다.

 

   

* 이 퀴즈와 관련된 EBS 변형 문제 및 새로 개발된 문제들은 오프라인에서 사용되기 때문에 올리지 않는다. 한가할 때, 브룩스의 다음 논문을 읽어 보자.

 

Brooks, R.A.(1991), “Intelligence without Reason”, Proceedings of 12th Int. Joint Conf. on AI, Sydney, Australia. (다운로드: http://people.csail.mit.edu/brooks/papers/AIM-1293.pdf)