재난 현장은 인간의 능력만으로 극복하기 어려운 고온이나 농연, 유해가스 등 수많은 위험이 도사리고 있다. 이러한 재난 상황을 보다 안전하고 효율적으로 극복하기 위해 인간이 접근하기 힘든 공간에서 정보탐색, 방수 등을 할 수 있는 로봇의 필요성은 점점 높아지고 있다.

 

잘 알려진 바와 같이 지난 2019년 프랑스 파리의 노트르담 대성당 화재 때 소방로봇 콜로서스가 활용됐다. 붕괴 위험이 커 사람이 들어가기 어려운 성당 내부에 진입해 내부 열기를 낮추면서 더 큰 피해를 막는 데 이바지했다. 이처럼 위험한 공간에 로봇 활용이 점점 빈번해지는 추세다.

 

하지만 로봇을 도입해도 현장에서 바로 활용할 수 있는 건 아니다. 면허 없이 중장비를 모는 게 매우 위험한 것처럼 현장에서 로봇을 활용하기 위해선 사전에 충분한 훈련을 해야 한다.

 

오랫동안 로봇을 현장에서 활용해 온 미군의 경우 로봇 전담팀을 갖춰 체계적으로 훈련한다. 이처럼 로봇을 재난 현장에서 활용하기 위해선 로봇 교육훈련 체계 마련이 필요하다.

 

▲ [그림 1] 미군의 로봇 훈련 사례 예시(출처 www.armytimes.com/news/your-army/2018/10/08/robots-in-the-ranks-how-the-armys-maneuver-training-is-incorporating-robots, www.marinecorpstimes.com/news/your-marine-corps/2016/05/17/the-marines-are-on-the-hunt-for-robots-that-can-follow-their-orders)

 

기존 국외에서 재난로봇을 훈련하는 방법은 크게 세 가지로 나눌 수 있다.

 

ㆍ실 재난 구현 : 직접 재난 상황을 구현하고 훈련하는 방법으로 많은 비용과 시간이 소요되며 위험성을 담보해야 함.

 

ㆍ재난 모사 환경 : 재난 현장을 모사해 안전한 훈련이 가능하지만 다양한 환경 구성에는 시간과 비용이 소요되는 한계가 있음.

 

ㆍ가상환경 : 다양한 재난 상황을 손쉽게 구성할 수 있는 장점은 있으나 로봇의 현실감 있는 움직임을 구현하는 게 매우 어려워 실 로봇 조작과 차이가 날 수 있음.

 

이처럼 기존의 재난로봇 훈련 방법들은 각기 장단점을 지닌다. 이 방법 중 장점만을 모으면 더 효과성 높은 로봇 훈련 방법이 될 거로 생각해 혼합현실 기반의 훈련 시스템을 개발하게 됐다.

 

▲ [그림 2] 혼합현실 기반 훈련의 필요성

 

혼합현실이란 실재 환경을 찍은 영상에 가상환경을 더해 실재 환경에 가상의 물체/상황이 연출되는 방법이다. 이를 활용하면 같은 공간이어도 다양한 재난을 가상으로 구현할 수 있어 훈련의 효과성이 높을 것으로 기대된다.

 

▲ [그림 3] 혼합현실 구현 사례 예시

 

로봇 운용 교육훈련 시스템을 통해 화재와 가스누출, 붕괴사고 등 세 가지 재난 상황에 대한 혼합환경을 구성했다. 이 시스템은 같은 재난이라도 가스누출이나 화재 발생 등의 지점, 구조대상자, 장애물, 가상 벽 등 물체의 위치를 손쉽게 바꿀 수 있다.

 

따라서 반복적으로 같은 상황에서 훈련하는 게 아니라 다양한 상황에서 훈련할 수 있기 때문에 다양한 환경ㆍ상황의 변화에 익숙해지면서 로봇 운용이 가능하다. 

 

▲ [그림 4] 혼합현실을 활용한 가스누출 사고 구현 예시

 

▲ [그림 5] 혼합현실을 활용한 화재 사고 구현 예시

 

또 임무 시나리오 중심의 훈련을 통해 해당 시나리오에서 해야 할 일을 완료하는지를 점수로 판단하면서 훈련의 효과성을 검증하고 있다.

 

예를 들어 1번 방에서 화재가 발생하고 2번과 6번 방에는 구조대상자가 있다고 가정해 각 사물을 배치한 후 접근 불가 지역 등을 설정하면 훈련자는 10분 안에 접근 불가 지역을 피해 화재 발생 지역과 구조대상자 위치를 확인해야 최고 점수를 받을 수 있다.

 

만약 20분 안에 주어진 미션을 성공하지 못하면 경과 시간과 임무 성공 배점에 따라 감점되는 방식으로 훈련이 수행된다.

 

▲ [그림 6] 가상환경과 임무 편집기

 

▲ [그림 7] 화점 탐색 임무 배점 예시

 

우린 이 시스템을 인근 소방서의 현장대원을 대상으로 4회 훈련한 후 로봇 훈련에 도움이 되는지 설문을 통해 확인했다.

 

▲ [그림 8] 현장대원 대상 로봇 훈련

 

현장대원 시연을 통해 어느 정도 훈련의 효과성을 확인할 수 있었다. 하지만 여러 업무로 바쁜 현장대원들에게 장시간의 훈련을 요청하는 데에는 한계가 있어 함께 연구한 대학생을 대상으로 훈련의 효과성을 검증했다. 

 

▲ [표 1] 교육훈련 효과 검증 시험 결과

 

15명의 대학생을 대상으로 방 안을 탐색하는 임무를 부여해 4회 훈련한 결과 최초 훈련과 최종 훈련을 비교했을 때 평균 방 탐색 완료 시간이 88.2초(개인별 최대 123.9초) 단축됐다. 이를 통해 훈련을 통한 로봇 운용 능력이 진보됐음을 확인했다.

 

현대의 재난은 더 복잡해지고 규모도 커지고 있다. 이런 현실에서 더는 소방대원의 희생만을 강요해 재난에 대응하는 건 한계가 있다.

 

로봇을 통해 보다 안전하고 효율적으로 재난에 대응하려면 효과적인 로봇 운용 훈련시스템이 뒷받침돼야 한다. 이 연구가 미래 대한민국 소방 발전에 이바지하길 희망한다.

 

한국로봇융합연구원_ 오승섭 : oss98@kiro.re.kr

 

<본 내용은 소방 조직의 소통과 발전을 위해 베테랑 소방관 등 분야 전문가들이 함께 2019년 5월 창간한 신개념 소방전문 월간 매거진 ‘119플러스’ 2023년 7월 호에서도 만나볼 수 있습니다.>

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