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룬의 풍선, AI 기반 내비게이션 덕분에 상공에 떠 있다?
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룬의 풍선, AI 기반 내비게이션 덕분에 상공에 떠 있다?
강화형 기계 학습이 광대역 서비스를 제공하는 풍선이 외딴 지역 상공에 있도록 유지하기 위한 다음 단계가 될 수 있다. 금성이 풍선의 다음 목적지가 될 수 있을까?
By ERIC NIILER, WIRED US

고공비행 풍선이 외딴 국가와 자연재해 이후 셀 기지가 망가진 지역의 광대역 연결을 제공한다. 매우 높은 압력을 지닌 헬륨이 가득한 폴리에틸렌 백이 성층권에서 상업용 비행기, 허리케인 등 상공을 떠돌아다니는 모든 것보다 더 높은 높이인 6만 5,000피트(약 19.8km)의 상공에 떠 있다. 테니스장 크기의 인터넷 연결을 지원하는 풍선이 한 지점에 떠 있는 것은 유속이 빠른 강에서 보트가 한 장소에 떠 있도록 유지하는 것만큼 매우 까다로운 엔지니어링 문제를 지니고 있었다.

이제 구글의 독립 기업인 룬(Loon)의 연구원이 인공지능(AI) 형태로 풍선의 컨트롤러가 풍속과 다양한 높이의 방향을 예측하고, 이를 기반으로 풍선의 높이를 조정하는 방법을 발견했다. 새로운 AI 기반 내비게이션 시스템이 고정된 풍선을 이용해 동물의 대이동 과정과 기후 변화의 효과, 불법 야생 동물 및 인신매매를 비교적 저렴한 플랫폼으로 몇 달간 관측할 수 있도록 한다.

룬의 최고기술책임자 살 칸디도(Sal Candido)는 “(풍선) 네트워크를 인터넷 연결이 필요한 이들에게 전달하면서 먼 거리를 이동에 제어 능력을 잃지 않도록 하는 것은 매우 어려운 일이다”라고 말했다. 지난해, 페루에서 첨단 기술이 적용된 풍선을 실험하고, 인간의 제어 없이 간신히 목표 지점에 머무를 수 있도록 했다. 바람이 고도마다 여러 방향에서 불기 때문에 인공지능 기반 컨트롤러가 강화형 기계 학습(RL)을 활용해 과거 기록과 현재 날씨 보고 내용의 데이터베이스를 검색할 수 있도록 프로그램 설계가 되었다. 한 지점에 풍선이 고정될 수 있는 적당한 고도를 예측하기 위한 목적이다. 또한, 기기의 장비 작동을 위해 생성되는 풍선의 태양열 양도 확인한다.

칸디도는 룬이 광대역 사용자를 위해 풍선을 유지하는 방법에 대해, “RL이 풍선의 상황을 결정한다. 예를 들어, 풍선에 남아있는 전력과 풍선이 휴대폰 사용자에게 광대역 연결을 제공하기 위해 올바른 지점에 고정될 수 있도록 하기 위한 최적의 행동 등을 확인한다”라고 설명했다.
 
[사진=Loon 홈페이지]
[사진=Loon 홈페이지]

칸디도는 네이처에 게재된 컴퓨터 프로그래밍 실험 논문의 공동 저자이다. 칸디도 연구팀의 논문은 39일간 AI 기반 룬 풍선이 적도 부근을 따라 고정된 태평양에서의 실험 내용과 풍선에서 전송된 정보를 자세히 설명한다. 풍선은 대기에서 위, 아래로 8차례 이동하면서 목표 지점과 가까운 곳에 고정될 수 있었다. AI에는 외딴 지역의 풍향과 풍속의 완벽한 기록이 없었기 때문에 현재의 바람 데이터에 임의로 생성된 소음의 차이를 추가했다. 실제와 같이 발생하는 풍향과 풍속 범위를 구체적으로 설계하고, 풍선이 향후 마주하게 될 경로의 각종 변수 평가 능력을 향상하기 위한 목적이다. 알고리즘 덕분에 RL이 적용되지 않은 룬의 과거 풍선 내비게이션 시스템보다 비행 도중 결정 능력이 향상됐다.

칸디도는 연구팀과 함께 2012년, 연구소 연구 단계에서 최초로 상공에 띄운 구글X(Google X)의 일환으로 지난 몇 년간 풍선의 결정 능력 문제를 연구해왔다. 룬은 현재 구글의 모기업 알파벳의 자회사에 소속됐다.

네이처지 논문의 제1 저자이자 구글 캐나다 지사 소속 과학자인 마크 벨레매어(Marc Bellemare) 그 후, 비디오 게임에서나 사용되던 RL을 실생활의 문제에 적용한 것이 큰 성과였다고 말한다. 그는 “머신러닝은 데이터를 수집해 결과를 예측한다. 연구팀은 RL을 활용해, 문제 결정에 중점을 두었다. 데이터를 통해 고도를 어떻게 조정할 수 있을까? (AI 컨트롤러로) 결정을 하는 데 그치지 않고, 시간이 지나면서 계속 결정을 내린다”라고 설명했다.

일부 전문가는 AI가 적용된 풍선을 북극 영구동토가 녹는 문제, 열대우림 파괴의 대가로 발생한 온실가스, 대서양과 태평양 일대에서 강력한 허리케인을 발생시키는 공기 압력과 기류와 같이 지구 환경의 중요한 징조를 확인하는 데 사용할 수 있다고 믿는다. 룬이 선보인 새로운 AI 기반 내비게이션 시스템이 지닌 장점은 풍선을 룬이 풍선 발사를 하는 푸에르토리코나 네바다주 등 발사대와 먼 곳으로 배치할 수 있다는 점이다. 그리고, 바람을 활발하게 찾고는 목표 지점에 도착한다. 보트가 해양을 건너기 위해 바람에 저항할 수 있도록 고정하는 과정과 매우 유사하다.

룬의 연구에 참여하지 않은 옥스퍼드대학교 기후 과학자인 스콧 오스프레이(Scott Osprey) 박사는 “편리하고, 저렴하게 풍선을 발사할 수 있다. 또, 풍선이 자체적으로 움직일 수 있다”라고 말했다. 오스프레이 박사는 활화산의 진동 기록, 흐린 대기를 탐험하기 위한 행성 간 탐사 등에 고정 풍선이 중요한 역할을 하리라 예측한다. 그는 “금성에 탐사 풍선을 발사하고, 금성 대기 위의 구름을 살펴볼 수 있다. 혹은 금성에 몇 개월간 고정하고, 위성과 교신할 수 있다”라고 설명했다.

금성 탐사는 향후 몇 년 뒤에 가능할 수도 있다. 그러나 현재 새로운 AI 기반 자동 풍선은 케냐 상공에 고정돼, 케냐 이동통신사 고객에게 인터넷 서비스를 제공한다. 룬은 최근, 풍선 하나를 한 곳에 312일간 고정했다는 신기록을 달성했으며, 향후 몇 달 후 인터넷 서비스 공급 지역을 모잠비크 인근으로 확대할 것이다.

구글의 벨레매어는 장기적으로 풍선이 길을 찾기 위한 RL 사용이 과학적 원격 감지 및 상업적 프로젝트에 개방될 것이라고 말한다. 그에게는 진정한 지능형 기계를 사용해, 인간의 조작 없이 어려운 업무를 수행하는 과정이다. 그는 “실제로 RL을 사용하는 것이 흥미롭다. 자전거 타는 법을 배우려고 하는 것과 같다. 방정식을 쓰는 것은 더 어렵지만, 이를 시도하는 것은 비교적 쉽다”라고 말했다. 

** 위 기사는 와이어드US(WIRED.com)에 게재된 것을 와이어드코리아(WIRED.kr)가 번역한 것입니다. (번역 : 고다솔 에디터)

<기사원문>
New AI-Based Navigation Helps Loon’s Balloons Hover in Place
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