ETH 취리히, 네발 로봇으로 대형 큐브 풀이…로봇 팔 없이 3회 완수

ETH 취리히 연구진이 네발 로봇의 발만으로 대형 루빅스 큐브를 맞추는 자율 시스템을 선보였다. 연구진이 10월 17일 arXiv에 등록한 사전 공개 논문과 공식 프로젝트 페이지에 따르면, 로봇은 큐브의 색과 위치를 파악한 뒤 풀이 동작을 연속 수행했다. 엔비디아 소속을 겸한 연구자도 참여했다.

실험에는 네발 로봇 ANYmal-D와 한 변이 40㎝, 무게가 4.6㎏인 큐브가 쓰였다. 별도의 로봇 팔이나 집게는 달지 않았다. 한쪽 앞발로 큐브의 아래층을 고정하고 다른 앞발로 위쪽 두 층을 돌리는 방식이다. 큐브 전체를 앞뒤로 뒤집는 동작과 큐브 주변을 걷는 동작을 조합해 필요한 면을 조작했다.

풀이에 앞서 로봇은 카메라로 여러 방향에서 큐브를 살피고, 한 차례 뒤집어 가려진 면까지 확인한다. 색상 영상과 깊이 정보를 결합하는 RGB-D 인식 파이프라인이 각 관측에서 보이는 색 조각과 위치를 추정하고, 이를 모아 큐브 전체 상태를 복원한다. 고정된 외부 촬영 장치 대신 로봇에 장착한 카메라를 이용했다.

큐브 해법 자체는 기존의 코시엠바 알고리즘으로 계산한다. 별도의 계획기가 그 해법을 로봇이 실행할 수 있는 뒤집기·회전·이동 순서로 바꾼다. 퍼즐의 정답을 새로 학습하는 연구라기보다, 계산된 해법을 균형을 유지하며 실제 물체에 적용하는 데 초점을 맞췄다.

물체를 다루는 동작은 시뮬레이션 강화학습으로 익혔다. 큐브 상태 등 상세 정보를 받는 교사 정책을 먼저 훈련한 뒤, 실제 로봇이 얻을 수 있는 깊이 영상과 관절 상태만으로 움직이는 학생 정책으로 지식을 옮겼다. 이 정책은 발의 목표 위치를 따로 지정하는 대신 로봇 관절의 목표 위치를 직접 출력한다. 큐브를 누르는 발과 미는 발을 함께 제어하기 위한 설계다.

연구진은 실물 로봇으로 시도한 세 차례 자율 풀이를 모두 사람 개입 없이 마쳤다고 보고했다. 풀이 한 번에는 물체 조작과 위치 이동을 합쳐 약 30단계, 8~9분이 소요됐다. 회전 뒤 생긴 작은 층 정렬 오차가 다음 뒤집기 과정에서 줄어드는 등 중간 동작의 오차를 견디며 작업을 이어간 사례도 제시했다.

다만 세 번의 완수만으로 일반 환경에서의 높은 성공률을 입증한 것은 아니다. 별도 큐브 스캔 평가에서는 실내 다섯 시퀀스가 모두 완성됐지만, 실외에서는 다섯 시퀀스 중 세 번만 완성됐다. 나머지는 마찰이 낮은 지면에서 큐브가 미끄러지거나 뒤집기에 실패해 필요한 면을 관측하지 못했다. 회전 동작도 실제 장비의 개별 시험에서 과도하게 돌아가는 실패가 있었다.

이번 결과는 정해진 큐브와 동작 체계를 대상으로 한 연구 시연이다. 연구진은 한 발로 물체를 지지하고 다른 발로 움직이는 협응을 공구함 뚜껑 닫기나 접이식 상자 다루기 등으로 확장할 가능성을 제시했다. 다른 물체 전반에 같은 능력을 적용하는 것은 향후 과제로 남아 있다.

출처: ETH 취리히 연구진 공식 프로젝트 페이지, “Solving a Giant Rubik's Cube with a Quadruped Robot”
https://leggedrobotics.github.io/rubik-skills/
arXiv 연구자 논문, “Solving a Giant Rubik's Cube with a Quadruped Robot”
https://arxiv.org/abs/2610.24610