[Physical AI W1D1] 4/5 — Colab에서 ROS 2 Humble + Gazebo headless 환경 만들기

[Physical AI W1D1 · 4/5]

GPU도 로봇도 없이, 브라우저 안의 Colab 터미널만으로 ROS 2 Humble을 설치하고 Gazebo 시뮬레이터를 headless로 돌려 /clock 토픽까지 흘려보낸다. 모든 리눅스 명령어를 "무엇을·왜·어떤 결과"로 하나씩 풀어 설명하는 Day1 4편(실습).

이 글에서 직접 해보는 것

• Colab 터미널 환경 확인 (Ubuntu 버전·파이썬 버전)
• ROS 2 Humble이 요구하는 Python 3.10으로 맞추기
• ROS 2 Humble 설치 → talker/listener로 통신 확인
• Gazebo를 화면 없이(headless) 실행하고 토픽 들여다보기
• 시뮬레이터의 시간(/clock)을 ROS 2 세계로 연결하는 브리지

(이 글은 2026년 6월, Physical AI 과정 Week1 Day1 기준입니다. 개념이 궁금하면 먼저 1~3편(개념편)을 보고 오시면 좋습니다.)

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들어가며 — 왜 "터미널 실습"부터인가

앞선 1~3편(개념편)에서 피지컬 AI를 "인식 → 판단 → 행동 → 피드백"의 멈추지 않는 순환 고리라고 정리했습니다. 그런데 이 순환 고리를 실제로 돌리려면, 로봇의 여러 모듈이 데이터를 주고받을 통신 기반(ROS 2) 과, 실제 로봇 없이도 검증할 시뮬레이터(Gazebo) 가 먼저 깔려 있어야 합니다.

문제는 "비싼 GPU도, 로봇도, 우분투 PC도 없는데 어떻게 연습하지?"입니다. 이번 실습의 핵심 아이디어가 여기에 있습니다.

💡 이번 실습의 무대 — Colab 터미널
구글 Colab은 사실 우분투 22.04 리눅스 한 대입니다. 노트북 셀이 아니라 터미널을 열면, 그 안에서 apt로 ROS 2를 설치하고 Gazebo를 돌릴 수 있습니다. 내 PC를 건드리지 않고, 무료로, 브라우저만으로요.

이번 4편에서 만들 최종 그림은 이렇습니다. (다음 5편에서 이 데이터를 브라우저까지 내보냅니다.)

[ Colab 터미널 = 우분투 리눅스 한 대 ]

  Gazebo (headless 시뮬레이터)
        │  시뮬레이션 시간 /clock 생성
        ▼
  ros_gz_bridge  ──►  ROS 2 /clock 토픽
        │
        ▼
  (5편) rclpy 노드가 /clock 구독 → WebSocket → 브라우저

자, 그럼 한 단계씩 직접 쳐보겠습니다. 명령어마다 "무엇을 하는지 / 왜 하는지 / 어떤 결과가 나와야 하는지" 를 같이 적었습니다.

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1. 실습 환경 확인 — 지금 내가 선 땅 파악하기

뭐든 설치하기 전에, 지금 이 리눅스가 무엇인지 부터 확인합니다. 엉뚱한 버전 위에서 삽질하지 않으려는 안전장치입니다.

lsb_release -a
python3 --version

• 무엇을: lsb_release -a는 리눅스 배포판·버전을, python3 --version은 기본 파이썬 버전을 출력합니다.
• 왜: ROS 2에는 버전마다 짝이 맞는 우분투/파이썬이 정해져 있습니다. 우리가 설치할 ROS 2 Humble은 우분투 22.04 + Python 3.10 조합을 공식 지원합니다. 이 짝이 맞는지부터 봐야 합니다.
• 기대 결과: Ubuntu 22.04.x (jammy) 가 보이면 OK. 파이썬은 환경에 따라 3.10이 아니라 3.11/3.12가 기본으로 잡혀 있을 수 있습니다 — 바로 이게 다음 단계에서 손볼 지점입니다.

💡 용어 한 줄 — jammy는 우분투 22.04의 코드네임입니다. ROS 2 Humble 문서에 jammy라고 나오면 "22.04용"이라는 뜻입니다.

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2. Python을 3.10으로 맞추기 — Humble의 짝 맞추기

환경에 따라 기본 python3가 3.10이 아닌 버전을 가리키고 있으면, ROS 2 Humble의 파이썬 모듈(rclpy 등)을 불러올 때 버전 불일치로 에러가 납니다. 그래서 python3가 3.10을 가리키도록 바꿔줍니다.

sudo ln -sf /usr/bin/python3.10 /usr/bin/python3
hash -r

• 무엇을: ln -sf로 /usr/bin/python3라는 이름표가 3.10 실행 파일을 가리키도록 심볼릭 링크를 다시 겁니다. hash -r은 셸이 기억하던 옛 경로 캐시를 비웁니다.
• 왜: ROS 2 Humble의 파이썬 패키지는 3.10용으로 빌드돼 있습니다. python3가 다른 버전을 가리키면 import rclpy가 깨집니다. 링크를 3.10에 맞추면 이후 모든 python3 호출이 3.10으로 실행됩니다.
• 기대 결과: 다시 python3 --version → Python 3.10.x. hash -r 없이 바로 확인하면 옛 버전이 보일 수 있으니 캐시를 꼭 비웁니다.

⚠️ 흔한 함정 ① — hash -r을 빼먹으면 링크를 바꿔놓고도 셸이 옛 파이썬을 계속 실행해서 "분명 바꿨는데 왜 안 바뀌지?"가 됩니다. 링크 변경 → hash -r → 버전 재확인을 한 세트로 외우세요.

(참고) Colab이 아니라 GCP VM 등 빈 우분투라면

Colab엔 3.10이 이미 깔려 있어 링크만 바꾸면 되지만, 맨바닥 우분투(GCP VM 등) 라면 3.10 자체를 먼저 설치해야 합니다.

sudo apt update
sudo apt install -y python3.10 python3.10-venv python3.10-dev python3-pip
sudo update-alternatives --install /usr/bin/python3 python3 /usr/bin/python3.10 1

• 무엇을: 3.10 본체와 가상환경(venv)·개발 헤더(dev)·pip를 설치하고, update-alternatives로 시스템 기본 python3를 3.10으로 등록합니다.
• 왜: update-alternatives는 여러 파이썬 버전이 있을 때 기본값을 체계적으로 관리하는 우분투의 표준 방식입니다. 단순 심볼릭 링크보다 나중에 버전 전환이 깔끔합니다.
• 기대 결과: python3 --version → Python 3.10.x, pip 사용 가능.

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3. ROS 2 Humble 설치 — 로봇 모듈들의 공용어 깔기

이제 본론입니다. ROS 2는 로봇의 인식·판단·제어 모듈이 토픽(topic) 으로 데이터를 주고받게 해주는 통신 프레임워크입니다. 1편(개념편)에서 "여러 기술을 연결하는 운영체제 같은 것"이라고 했던 그 ROS 2입니다.

설치는 공식 절차 그대로, 세 덩어리로 나뉩니다.

3-1. 패키지 저장소 등록

sudo apt update && sudo apt install -y curl gnupg lsb-release
sudo curl -sSL https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.key \
  -o /usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg
echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg] \
http://packages.ros.org/ros2/ubuntu $(. /etc/os-release && echo $UBUNTU_CODENAME) main" \
  | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/ros2.list > /dev/null

• 무엇을: ROS 2 패키지가 올라가 있는 공식 apt 저장소를 우분투에 알려줍니다. ros.key는 그 저장소가 진짜임을 검증할 GPG 서명 키, ros2.list는 저장소 주소입니다.
• 왜: 우분투 기본 저장소엔 ROS 2가 없습니다. 출처를 등록하고 서명 키로 위변조를 검증해야 apt가 ROS 2 패키지를 안전하게 받을 수 있습니다.
• 기대 결과: 에러 없이 /etc/apt/sources.list.d/ros2.list 파일이 생성됩니다.

3-2. 본체 설치

sudo apt update
sudo apt install -y \
  ros-humble-ros-base \
  ros-humble-demo-nodes-cpp \
  ros-humble-demo-nodes-py \
  python3-colcon-common-extensions

• 무엇을: ros-humble-ros-base(ROS 2 핵심), 통신 확인용 예제 노드(demo-nodes-cpp/demo-nodes-py), 빌드 도구(colcon)를 설치합니다.
• 왜: ros-base는 GUI 없이 통신·실행에 필요한 최소 핵심만 담은 묶음이라 Colab처럼 화면 없는 환경에 딱 맞습니다(데스크톱 GUI까지 든 ros-humble-desktop은 더 무겁습니다). 예제 노드는 다음 단계에서 "설치가 정상인지" 확인하는 데 씁니다.
• 기대 결과: 수백 MB 다운로드 후 설치 완료. 시간이 조금 걸립니다.

3-3. 환경 변수 등록

echo "source /opt/ros/humble/setup.bash" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

• 무엇을: 새 터미널을 열 때마다 ROS 2 환경을 자동으로 불러오도록 ~/.bashrc에 한 줄을 추가하고, 지금 셸에도 즉시 적용합니다.
• 왜: setup.bash를 source 해야 ros2 명령과 ROS 2 환경 변수(어떤 패키지가 어디 있는지 등)가 셸에 잡힙니다. 이걸 안 하면 ros2: command not found 가 납니다.
• 기대 결과: ros2 --help가 동작. 확인용으로 ros2 topic list를 치면 /parameter_events, /rosout이 보입니다 — ROS 2가 살아 있다는 신호입니다.

⚠️ 흔한 함정 ② — 새 터미널 탭마다 환경을 다시 잡아야 합니다. .bashrc에 넣어두면 자동이지만, 스크립트를 nohup/&로 백그라운드 실행할 땐 그 안에서 source /opt/ros/humble/setup.bash를 명시적으로 다시 해주는 게 안전합니다(5편에서 실제로 그렇게 합니다).

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4. talker / listener — "통신이 진짜 되나?" 확인

설치가 끝났으면, ROS 2의 가장 기본 동작인 토픽 통신부터 검증합니다. 한쪽이 말하고(talker) 다른 쪽이 듣는(listener) 가장 단순한 예제입니다.

터미널 두 개(또는 탭 두 개)를 씁니다.

# 터미널 1 — 발행자(말하는 쪽)
ros2 run demo_nodes_cpp talker

# 터미널 2 — 구독자(듣는 쪽)
ros2 run demo_nodes_py listener

• 무엇을: talker는 chatter 토픽으로 "Hello World" 메시지를 1초마다 발행하고, listener는 그 토픽을 구독해 받은 메시지를 출력합니다.
• 왜: 피지컬 AI의 모든 모듈은 결국 이 발행–구독(pub/sub) 으로 데이터를 주고받습니다. 가장 단순한 형태가 동작한다는 건 "ROS 2 통신 토대가 정상"이라는 가장 확실한 증거입니다. (C++ 노드 ↔ Python 노드가 서로 통신한다는 점도 함께 확인됩니다.)
• 기대 결과: 터미널 1엔 Publishing: 'Hello World: 1, 2, 3...', 터미널 2엔 I heard: [Hello World: 1, 2, 3...] 가 1초 간격으로 올라옵니다. 이게 보이면 ROS 2 통신 성공입니다. Ctrl+C로 종료합니다.

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5. Gazebo 연동 패키지 설치 — 시뮬레이터 붙이기

통신이 되는 걸 확인했으니, 이제 로봇이 살 가상 세계 = Gazebo를 붙입니다. 실제 로봇이 없어도 물리(중력·충돌·시간)가 도는 시뮬레이터 안에서 연습할 수 있게 해주는 핵심 도구입니다.

sudo apt install -y \
  ros-humble-ros-gz \
  ros-humble-ros-gz-bridge \
  ros-humble-ros-gz-sim

• 무엇을: Gazebo와 ROS 2를 잇는 패키지 묶음을 설치합니다. ros-gz-sim은 시뮬레이터 실행, ros-gz-bridge는 Gazebo ↔ ROS 2 사이의 데이터 다리, ros-gz는 이들을 묶은 메타 패키지입니다.
• 왜: Gazebo와 ROS 2는 원래 서로 다른 메시지 체계를 씁니다. 둘을 연결하려면 번역 다리인 ros_gz_bridge가 반드시 필요합니다(8단계에서 실제로 사용).
• 기대 결과: 설치 완료 후 ign gazebo(또는 gz sim) 명령을 쓸 수 있게 됩니다.

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6. Gazebo를 headless로 실행 — 화면 없이 시뮬레이션 돌리기

Colab엔 모니터가 없습니다. 그래서 Gazebo를 headless(화면 없이 계산만) 로 돌립니다.

ign gazebo -v 4 -s -r shapes.sdf

• 무엇을: shapes.sdf라는 예제 월드(상자·구 같은 도형들이 놓인 가상 공간)를 시뮬레이션합니다.
• 왜 이 옵션들인가:
  • -s = server-only. 그래픽 창(GUI) 없이 물리 계산만 합니다. → 모니터 없는 Colab의 핵심.
  • -r = run. 켜자마자 시뮬레이션을 바로 돌립니다(일시정지 상태로 시작하지 않음).
  • -v 4 = verbose 4. 로그를 자세히 찍어 문제 추적을 쉽게 합니다.
• 기대 결과: Gazebo 서버가 뜨고 시뮬레이션 시간이 흐르기 시작합니다. 다른 터미널에서 토픽 목록을 봅니다.

ign topic -l

• 무엇을: 지금 Gazebo가 내보내는 토픽 목록을 출력합니다.
• 기대 결과: /clock(시뮬레이션 시간)과 /world/shapes/... 류의 토픽들이 보입니다. 특히 /clock이 보이는 게 다음 단계의 출발점입니다.

💡 /clock이 왜 중요한가 — 시뮬레이션 안의 시간은 현실 시간과 다르게 흐를 수 있습니다(빨리/느리게/멈춤). 그래서 시뮬레이터는 자기 시간을 /clock으로 알려주고, ROS 2의 모든 모듈이 이 시계를 기준으로 움직이게 됩니다. 즉 /clock은 시뮬레이션 세계의 표준 시계입니다.

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7. /clock 브리지 — 시뮬레이터의 시간을 ROS 2로 끌어오기

마지막 단계입니다. 방금 본 /clock은 아직 Gazebo 쪽 토픽일 뿐, ROS 2는 그걸 그대로 못 읽습니다(메시지 체계가 다르니까요). 그래서 5단계에서 깐 브리지로 번역해 ROS 2 세계로 끌어옵니다.

ros2 run ros_gz_bridge parameter_bridge \
  "/clock@rosgraph_msgs/msg/Clock[gz.msgs.Clock"

• 무엇을: Gazebo의 /clock을 ROS 2의 /clock(메시지 타입 rosgraph_msgs/msg/Clock)으로 변환해 흘려보냅니다.
• 이 괴상한 문법 해석:
  • /clock@A[B 형태에서 @ 앞은 토픽 이름, A는 ROS 2 메시지 타입, B는 Gazebo 메시지 타입입니다.
  • 가운데 기호 [는 방향입니다. [는 Gazebo → ROS 2(단방향 입력)를 뜻합니다. (]면 반대, @면 양방향.)
  • 정리하면: "Gazebo의 Clock을 ROS 2의 Clock으로 한 방향으로 넘겨라."
• 기대 결과: 다른 터미널에서 확인합니다.

ros2 topic list          # 목록에 /clock 이 보여야 함
ros2 topic echo /clock   # sec, nanosec 값이 계속 갱신되며 출력

/clock이 ROS 2 토픽 목록에 나타나고 echo 했을 때 sec/nanosec 숫자가 계속 증가하면, Gazebo의 시간이 ROS 2 세계로 성공적으로 넘어온 것입니다.

⚠️ 흔한 함정 ③ — Gazebo 서버(6단계)가 떠 있어야 /clock이 흐릅니다. 브리지만 켜고 Gazebo를 안 켰거나 멈췄으면 echo에 아무것도 안 나옵니다. "값이 안 올라온다"면 Gazebo가 살아 있는지부터 확인하세요.

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4편 정리 — 여기까지의 성공 기준

이번 4편에서 우리는 빈 리눅스(Colab)에서 시작해, 시뮬레이터의 시간이 ROS 2로 흐르는 지점까지 만들었습니다. 단계별 "성공했다"의 기준을 표로 정리합니다.

단계	확인 명령	성공 기준
환경 확인	lsb_release -a	Ubuntu 22.04 (jammy)
파이썬 맞춤	python3 --version	Python 3.10.x
ROS 2 설치	ros2 topic list	/rosout, /parameter_events 출력
통신 확인	talker + listener	I heard: [Hello World] 출력
Gazebo 실행	ign gazebo -v 4 -s -r shapes.sdf	서버 실행 + 시간 흐름
Gazebo 토픽	ign topic -l	/clock, /world/shapes/... 출력
/clock 브리지	ros2 topic echo /clock	sec, nanosec 값 증가

핵심만 다시 짚으면:

• Colab 터미널 = 무료 우분투 리눅스 한 대 → 내 PC·GPU 없이 ROS 2 연습 가능
• ROS 2 Humble은 Python 3.10과 짝 → 버전부터 맞춰야 rclpy가 산다
• talker/listener = ROS 2 통신(pub/sub) 이 살아 있다는 증거
• Gazebo는 headless(-s) 로 화면 없이 실행
• ros_gz_bridge 가 Gazebo의 /clock을 ROS 2 세계로 번역해 넘긴다

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다음 편 예고 — 이 데이터를 브라우저까지

지금 /clock은 ROS 2 안에서만 돌고 있습니다. 다음 5편에서는 이 토픽을 rclpy 파이썬 노드로 구독하고, WebSocket 서버 스크립트로 바깥에 흘려보낸 뒤, Cloudflare Tunnel로 외부에서 접속 가능한 주소까지 뽑아냅니다. 즉, 시뮬레이터의 시간이 실시간으로 브라우저 화면에 찍히는 데이터 파이프라인을 완성합니다.

• pip install websockets==10.4 — 왜 하필 이 버전인가(버전 함정)
• ros_clock_ws_server.py — rclpy 구독 + WebSocket 송출을 한 스크립트에서 (전체 코드 + 한 줄씩 해설)
• cloudflared tunnel — 내 Colab 포트를 외부로 안전하게 노출하기

📚 Week1 Day1 전체 목차 (총 5편)

• 1/5 화면 밖으로 나온 AI — 피지컬 AI란 무엇인가 (개념)
• 2/5 휴머노이드 로봇 전쟁 — 테슬라·보스턴 다이내믹스·중국 비교 (개념)
• 3/5 무엇을 배워야 하나 — ROS 2부터 Sim-to-Real까지 로드맵 (개념)
• 4/5 Colab에서 ROS 2 Humble + Gazebo headless 환경 만들기 — 이번 글 (실습)
• 5/5 ROS 2 /clock을 밖으로 — WebSocket 서버 + Cloudflare Tunnel (실습)