자율주행 굴착기가 건설한 6미터 높이의 건조석벽

 (ethz.ch)
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  • ETH Zurich 연구진은 자율 굴착기 HEAP로 수 톤짜리 바위와 철거 잔재를 쌓아 높이 6m, 길이 65m의 건조석벽을 건설함
  • 수작업 의존도가 높던 건조석벽 시공에 현장 센서와 기계 시각을 적용해, 자재 인식부터 집기·배치까지 굴착기가 직접 수행함
  • HEAP는 건설 현장의 3D 지도를 만들고 주변 돌과 블록의 위치, 대략적인 무게, 무게중심을 등록함
  • 배치 알고리듬이 각 돌의 위치를 정하면 굴착기가 그대로 놓으며, 한 번의 작업 단위에서 20~30개의 돌을 배치할 수 있음
  • 현장 자재와 내재 에너지가 낮은 콘크리트 슬래브를 활용하는 방식은 건설 과정의 자원 효율성을 높일 수 있음

자율 굴착기 HEAP의 건조석벽 시공

  • ETH Zurich 연구진은 자율 굴착기 HEAP를 투입해 높이 6m, 길이 65m의 건조석벽을 건설함
  • 이 벽은 디지털로 계획되고 자율적으로 굴착된 경관·공원 안에 배치됨
  • 재료로는 수 톤 무게의 바위와 철거 잔재가 사용됨
  • 기존 건조석벽 시공은 많은 수작업을 필요로 했음

연구팀과 프로젝트 맥락

  • 프로젝트에는 ETH Zurich의 여러 연구 그룹이 참여함
    • Gramazio Kohler Research
    • Robotics Systems Lab
    • Vision for Robotics Lab
    • Chair of Landscape Architecture
  • 이 설계 응용은 NCCR dfab의 일부로 개발됨

현장 인식과 자재 처리

  • HEAP는 센서를 사용해 건설 현장의 3D 지도를 자율적으로 작성함
  • 벽을 짓는 데 필요한 기존 블록과 돌을 현장에서 찾아 위치를 파악함
  • 전용 도구와 기계 시각 접근법을 통해 주변의 큰 돌을 스캔하고 집을 수 있음
  • 각 돌의 대략적인 무게와 무게중심도 함께 등록함

돌 배치 알고리듬과 작업량

  • 알고리듬은 각 돌에 가장 적합한 배치 위치를 결정함
  • 굴착기는 결정된 위치에 돌을 직접 놓아 벽을 쌓음
  • 자율 장비는 한 번의 작업 단위에서 20~30개의 돌을 배치할 수 있음
    • 이는 한 번의 배송으로 공급될 수 있는 양과 비슷함

자원 효율적인 건설 방식

  • 건조석벽은 현지에서 조달한 재료를 활용할 수 있어 자원 효율적임
  • 내재 에너지가 낮은 콘크리트 슬래브 같은 재료도 사용할 수 있음
  • 현장 자재를 활용하면 바위와 철거 잔재를 건조석벽 구성 요소로 전환할 수 있음

관련 논문과 자료

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Hacker News 의견들

  • 마른 돌담을 몇 번 쌓아본 입장에서, 이 성과가 대단하다는 데 동의함. 돌을 어디에 어떤 방향으로 놓을지 판단하는 건 거의 선(禪)에 가까운 기술임
    예전에 돌담에 야생화를 키우려 했는데, 해마다 씨를 뿌려도 떨어지거나 새가 먹어버렸음. 그러다 상사가 산탄총 탄피 몇 개에 씨앗을 채워 담에 쏘았고, 결과가 완벽했음. 다음 해에는 담이 꽃으로 뒤덮였음

    • 이건 기술적으로도 놀랍지만, 건설 물리 측면에서도 의미가 있을 수 있음
      지금은 바위를 부수는 데 에너지를 쓰고, 다시 콘크리트로 붙이는 데 또 에너지를 씀. 결국 원하는 모양과 강도의 구조로 돌을 재배치하기 위해, 무엇보다 싸게 하려고 그렇게 함
      갑자기 대안 하나가 훨씬 저렴해진 셈임. 아직 완성 단계는 아니고 철근콘크리트, 프리텐션, 캔틸레버 등을 바로 대체하긴 어렵지만, 대형 기반시설이나 토목공학에서는 근본적인 열역학적 개선을 가져올 가능성이 있어 보임
    • 다음에 담을 만든다면 Cornish hedge를 시도해볼 만함. 이름과 달리 흙 코어가 들어간 마른 돌담이고, 오래된 것은 보통 야생화로 덮여 있음
      만드는 방법은 여기 있음: http://www.cornishhedges.co.uk/PDF/building.pdf
    • 친구 집 마당에 언덕이 있어서, 지역 종자 배합을 잘 아는 사람을 고용해 수력 파종을 했고 잘 됐음
      https://en.wikipedia.org/wiki/Hydroseeding
      상사가 한 건 뭐라고 불러야 할지 모르겠음. 완전히 pyroseeding도 아니고
    • 씨앗이 벽에 박힐 만큼 화약이 들어간 산탄총 탄피의 열과 압력을 견뎠다는 게 놀라움

  • 스페인, 더 구체적으로는 카탈루냐 농촌 지역에는 Pedra Seca라는 건축 기법이 있음. 문자 그대로는 “Dry Stone”이고, 기본적으로 돌만으로 구조물을 만드는 방식임. 지금도 주로 농경지에서 쓰임
    예시는 다음과 같음
    https://dd9de8c7b7.cbaul-cdnwnd.com/b5fbcf0e77b7b72ef95acd62...
    https://static1.ara.cat/clip/98e3619e-8dd2-4c0b-828c-254a62e...
    Google 검색: https://www.google.com/search?client=safari&sca_esv=58408328...

    • 영국에서도 마른 돌담 쌓기는 매우 흔함. 복잡하고 지금은 비싼 기술이지만, 제대로 지은 담은 온도 변화 때 돌이 조금씩 움직이고 물이 잘 빠지기 때문에 구조가 갈라지지 않아 100년 넘게 버팀
      또한 주변에서 자연스럽게 얻는 돌의 모양에 따라 담의 배치와 질감이 달라져서 지역색이 뚜렷함
      https://en.wikipedia.org/wiki/Dry_stone#/media/File%3ADry_st...
    • 최근 Quilmes 고고학 도시에서 잉카 이전 시대로 거슬러 올라가는 비슷한 구조를 봤음: https://drive.google.com/drive/folders/1-6DnSeACUPUUskeJJIuB...
      이탈리아에도 있고, “muretti a secco”로 검색하면 됨
    • Mallorca에서도 이 기법이 살아 있음. 테라스는 marjades, 벽 자체는 marges라고 부름
      https://ca.wikipedia.org/wiki/Marge
    • 멕시코 중부 시골, Zacatecas 근처의 아주 외진 흙길을 지나가다가 이런 담이 가득한 넓은 지역을 본 적 있음. 예전에 포도밭 같은 곳이었던 듯했고, 이런 식의 담은 처음 봐서 정말 아름다웠음
      원래 유럽에서 온 방식인 줄은 몰랐음

  • 이건 판도를 바꿀 만한 기술처럼 보임. 주변에도 이런 담이 많고, 일부는 오래전 Dalmatian 이민자가 만들었으며 일부는 독일 전쟁포로가 만들었다고도 함. 만드는 데 노동력이 많이 들고 숙련도도 높아야 함
    우리 땅에도 산사태 뒤 언덕을 지탱하려고 만든 담이 있는데, 굴착기로 한 노련한 노인이 정말 믿기지 않을 만큼 능숙하게 쌓았음
    궁금한 건 안전성임. 저 크기의 돌 하나가 넘어지면 아이가 즉사할 수 있어서 이런 구조물이 정말 무서움. 충분히 숙련된 사람이 쌓은 담은 안전하지만, 로봇이 만든 것도 같은 수준인지가 핵심임

  • 이 팀에는 Gravis Robotics라는 스핀오프가 있고 꽤 흥미로운 일을 하고 있음. 홍보 영상에도 기술적 세부사항이 들어 있음
    https://www.youtube.com/watch?v=yiTIXAAulzI
    https://gravisrobotics.com/

  • 좋음. 자유도가 많은 중장비는 사람이 제어하기 어렵고, 아주 잘하는 조작자도 있지만 모두가 그런 건 아님
    수십 년 전에도 힘 되먹임이 있는 가상현실 입력 팔에 백호를 연결한 장치가 만들어졌음. 조작자가 장애물을 느끼고, 감각만으로 파이프 주변 흙을 파낼 수 있었지만 제품화되지는 않았음. 너무 이른 시도였던 듯함

    • 힘 되먹임은 혹독한 환경에서 계속 작동시켜야 할 까다로운 층이 하나 더 늘어나는 셈임
      오래된 장비를 강하게 선호하는 백호 조작자들을 본 적 있음. 너무 새 장비는 핀이 너무 빡빡해서 활용할 “유격”이 없기 때문임. 잘 보면 그 유격이 감각 입력으로 쓰이고, 주의와 경험이 있으면 실시간 되먹임이 됨
      기계 전체가 힘 되먹임 장치임. 편한 의자에 앉아 레버만 당기는 게 아니라, 다양한 하중에 반응해 각자 소리를 내는 시스템들의 집합 위에 앉아 있는 것임
    • 지금 조작자들이 팔의 모든 움직임을 직접 제어해야 하나? 이런 중장비는 조작자를 돕기 위해 역기구학을 쓸 거라고 막연히 생각했음

  • ETH Zurich는 공학 학교로 꽤 유명함. 어쩐지 머릿속에서는 컴퓨터 과학자 Edsger Dijkstra와 연결되어 있었는데, 위키에 따르면 그가 그곳에 있던 적은 없었음
    [1] https://en.wikipedia.org/wiki/ETH_Zurich
    [2] https://ethz.ch/en.html
    [3] https://en.wikipedia.org/wiki/Edsger_W._Dijkstra

  • https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abp9758
    https://youtu.be/P7wmotyKgXc

  • 좋은 성과임. 앞으로 나올 멀티모달 기반 모델 덕분에 능력이 점점 커지는 로봇이 훨씬 많아질 것임. 앞으로 5년만 지나도 로봇공학 세계는 매우 달라져 있을 듯함
    몇 가지 발표가 있음
    중국 계획: “…China aims to be ready to mass-produce humanoids by 2025.”
    https://www.therobotreport.com/china-plans-to-mass-produce-h...
    Tesla Robot: “…it would be low cost and available to the public sometime between 2025 and 2027. ” https://builtin.com/robotics/tesla-robot

    • 그 두 발표는 모두 크게 걸러 들어야 함. 공유한 기사 자체도 Tesla 로봇의 실제 진척에 매우 회의적이고, 중국 보도자료는 정보 전달보다 내부 신호용인 경우가 많아서 너무 깊게 읽으면 안 됨
      어쨌든 그보다 훨씬 앞서 있는 회사들도 있음. Boston Dynamics는 매우 인상적인 로봇들을 여럿 갖고 있지만, 아직 소비자 기술과는 거리가 멂. 그런 움직임을 구현하는 데 필요한 물리적 힘은 오작동이나 결함이 있을 때 주변에 매우 위험하고, 사실상 무거운 기계임
      움직임 제어 능력이 훨씬 뛰어난 동물이나 사람도 가끔 발을 밟거나, 뒤돌다 옆 사람을 치는 식으로 실수로 다치게 함. 수백 kg짜리 기계가 당신의 움직임을 잘못 예측해 온몸 무게로 발을 밟는 상황을 상상해보면 됨

  • 누군가 이걸 웹캠에 연결해서 사람들이 현실에서 Minecraft를 하게 만들기까지 몇십 년이나 걸릴지 궁금함

    • 보험 업계에서 일하는 입장에서는 기다리지 말라고 조언하겠음

  • 모든 돌을 스캔한다면 돌들을 더 잘 맞출 수 있을 것 같은데. 잉카식 석벽까지 기대하진 않지만, 그렇게 신경 쓰도록 프로그래밍하면 더 촘촘한 담을 만들 수 있을 듯함

    • 잉카식 벽은 훨씬 “쉬운” 편임
      돌을 직각에 가깝게 다듬고 면을 맞추는 데는 많은 노력이 필요하고, 드릴링, 쐐기, 정밀한 끌 마감도 들어감. 하지만 일단 쌓는 단계가 되면 벽돌쌓기 작업으로 줄어드는데, 이건 이미 로봇으로 해결되어 HN에도 올라온 적 있음
      전통적인 마른 돌담은 밭을 정리하면서 돌을 치우고, 노출된 돌 많은 밭의 바람을 줄이기 위해 돌을 쌓는 방식에서 발전했음
      주어진 모양 그대로, 또는 아주 제한적인 사전 탐색과 재정렬 대기열만으로 쌓고 균형을 잡는 쪽이 훨씬 어려운 문제라서 이 작업은 인상적임
    • 처음부터 모든 돌을 확보해 스캔하고 담 전체를 계획할 수 있다면 가능할지도 모름. 하지만 지금 방식은 돌을 하나씩 가져오고, 어딘가의 맨 윗줄에만 놓을 수 있음
      기하 형태가 무작위라서, 이런 샘플링과 배치 방식으로는 촘촘한 맞춤을 안정적으로 기대하기 어려워 보임
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