본문 바로 가기

로고

국내 최대 정보 기계·건설 공학연구정보센터
통합검색 화살표
  • 시편절단기 Mecatome T330
  • M-Terview

    (연구자인터뷰)

    연구자인터뷰는 기계.건설공학 분야의 종사자의 추천 및 자체 선정을 통해 선발된 우수 연구진을
    직접 방문하여 연구 정보를 취합하여 제작하고 있습니다. 주변에 알리고자 하시는 분이 계시면
    연구자료 인터뷰 신청을 통해 신청해 주세요.

    • 김정 교수
      로봇 피부역할 가능한 촉각센서 개발
      김정 교수(KAIST 기계항공시스템학부)
      이메일:jungkim at kaist.ac.kr
      장소:서면 인터뷰
      1185 1 4

    안녕하세요. 메이트릭 회원 여러분!

     그동안 로봇 개발 연구는 감각기능 중 주로 시각, 청각에 집중된 반면 촉각, 후각, 미각 기능을 갖는 센서개발 연구는 미비한 상태였습니다. 특히 촉각은 신축성 높고 충격흡수가 가능한 피부 센서 개발이 어려워 로봇은 인간의 피부능력을 따라가지 못했는데요. 이번 서면 인터뷰에서 만나 보실 분은 실리콘과 탄소 소재를 활용 로봇의 피부역할을 할 수 있는 촉각센서를 개발 하신 KAIST 기계공학과 김정 교수님이십니다.  사람처럼 감각의 강도와 위치를 섬세하게 느낄 수 있을지 자세한 이야기 나눠보도록 하겠습니다.

    1. 교수님의 연구에 대한 간단한 소개 부탁드립니다.

    우리 바이오 로보틱스 연구실(http://medev.kaist.ac.kr)은 의료용 로봇과 물리적 인간로봇 상호작용에 대한 연구를 해오고 있으며 응용대상은 의료용 로봇과 웨어러블 로봇를 개발하고 있습니다. KAIST 기계공학과 학부와 석사를 마치고 6년간의 연구소 근무후에 2004년 MIT에서 햅틱분야의 연구로 박사 공부를 했습니다. MIT에 공부하는 동안 Brain Machine Interface의 세계 최초 시연에 참여하기도 했고 힘 신호를 세계최초로 인터넷으로 보내서 협업을 하는 TransAtlantic Touch 연구에 참여했습니다.  모교인 KAIST에 부임해서는 주로 햅틱 등의 로봇 퍼셉션 연구와 근전도를 이용한 인간-로봇 상호 작용 시스템, 의료 시뮬레이션 시스템 연구등을 수행해 오고 있으며 2004년 이래로 박사 14명과 석사 20여명을 배출했습니다.


    2. 최근 이효상 박사과정, 권동욱, 조지승 연구원과의 공동연구로 로봇 피부역할이 가능한 촉각센서를 개발하셨는데, 이에 관한  자세한 원리에 대한 설명을 부탁드립니다.

    아시다시피 고무 소재는 전기가 잘 통하지 않는 소재입니다. 여기에 중량대비 1~5 % 정도의 탄소 나노 튜브를 혼합하면 고무 소재 내부에 정도의 탄소 나노튜브로 이루어진 전기가 통하는 통로가 생기게 되며 이는 공간상 3차원의 분포된 저항 넷트워크로 생각할수 있습니다. 이 저항 값들은 외부 변형에 대해서 변화하기 때문에 이를 잘 측정한다면 변형의 위치와 종류를 인식할 수가 있습니다. 본 연구는 EIT(Electro Impedance Tomography) 라는 의료영상 기법을 이용해서 외력에 의해 변화하는 3차원 고무안에 퍼져있는 저항값들을 측정함으로 변형의 위치와 크기 그리고 변형 종류등을 계산해 낼수 있는 기법입니다.  EIT는 구조체의 주변에 전극을 설치해서 내부의 저항분포를 측정하는 기법으로 전극을 직접 측정부에 배치할 핑요가 없는 장점이 있습니다. 즉 센서 자체는 고무가 가지는 모든 특징을 다 가지고 있으면서 별도의 내부 전기회로가 없기 떄문에 충격 흡수와 다양한 형태의 변형을 구분할수 있는 장점이 있습니다.
    (관련 논문: https://www.nature.com/articles/srep39837)

     



    3. 기존의 개발된 센서와 비교해서 원리와 성능 면에서 어떤 차이가 있는 건가요?

    기존에 개발되었던 센서들은 반도체 공정이나 나노 공정을 통해 개발되서 주로 작은 스케일에서의 성능 검증에 집중되었습니다. 따라서, 사람의 운동 정도의 큰 스케일로 제작하기가 매우 어려우며 이에 따라 충격흡수 능력도 제한적입니다. 본 연구는 주위에 보이는 안전 고무같은 구조에 전극을 배치한 구조로 사람이나 로봇의 운동 같은 큰 스케일의 동작과 충격을 대상으로 동작을 합니다. 의도하지는 않았지만 센서를 칼로 절개하고 그 틈을 메운 후에도 다시 센서가 동작함을 확인했습니다.


    4. 로봇 피부역할을 하는 이번 연구는 활용도가 매우 높을거 같은데요.  주로 어떻게 활용이 가능할까요?

    사람을 로봇으로부터 보호해야 한다는 생각들은 많이 하지만 로봇을 보호해야 한다는 연구는 많이 진행되고 있지 않습니다. 현재 로봇을 충격으로부터 보호하는 센서는 끝단부나 관절부에 위치하기 때문에 피부로 덮혀있는 인간과 같은 수준의 보호는 못받고 있습니다. 이를 whole-body sensing 이라고 하는데 점점 작아지고 있는 센서를 큰 영역에 배치해야 하는 어려움이 있습니다. 따라서, 개발이 잘 진행될 경우 로봇 전체를 보호하거나 웨어러블 기기와 사람의 연결부를  보호할수 있는 센서로 사용될것으로 보입니다.


    5. 본 연구를 진행하면서 극복해야 할 문제나 시행착오가 있었는지?

    다음 단계는 실용화를 향해 나아가는 여러 가지 다양한 일들이 있어야 할 것 같습니다. 예를 들어 신축형 센서의 실용화를 위해서는 센서뿐만 아니라 전극, 각종 케이블 등도 신축성을 가지고 있어야 합니다. 이런 연구들은 논문에 나오지는 않는 것들이지만 실질적인 제품을 위해서는 해결되야 하는 기술입니다. 또한 센서들을 쉽게 응용하기 위한 전장부의 개발과 계산 소프트웨어 알고리즘의 고도화등도 필요한 연구입니다. 사실은 우리 실험실의 전문영역이 재료 분야가 아니기 때문에 재료를 준비하고 공정 등을 만드는데 많은 착오가 있었습니다. 가장 큰 착오는 우리가 기술을 개발해 놓고 중요성을 실감하지 못했다는 것입니다. 나노 센서가 전문 분야이신 우리과의 박인규 교수님연구팀과 협업을 하면서 우리가 개발한 기술의 중요성과 의미를 알게되고 방향성을 잡은 것이 기억에 많이 납니다.


    6. 장애인이나 노약자들의 보조기기로 목적으로 쉽게 벗고 입을 수 있는 착용형 로봇을 개발하셨는데요.  현재 어느정도의 연구가 진행되었나요?

    현재 랩에서 성능을 검증하는 단계입니다. 미디어에 소개되는 여러 착용형 로봇이 있지만 아직 실용화로 가기 위해서는 많은 기술들이 필요하고 성숙되어야 합니다. 한가지 예로 배터리문제는 아직 해결이 요원한 상태이고 사용자의 보행의도를 파악하는 기술 등이 아직 많이 부족하기에 연구 중입니다.


    7. 2019년 인간-로봇상호작용 국제컨퍼런스(HRI 2019) 공동의장으로서, 컨퍼런스를 대구에서 유치할 수 있도록 큰 역할을 하신 걸로 알고 있습니다. 어떠한 과정이 있었나요?

    로봇분야 연구가 대중화 된다면  아마 HW기술 보다는  로봇 SW기술의 혁신에 의해서 이루어 질것으로 생각합니다. 이런 측면에서 HRI 학회는 세계의 유명한 연구자들이 모여서 어떻게 로봇과의 여러 수준에서의 상호작용을  할 수 있느냐에 대한 연구를 발표하는 학회이고 아직 우리나라가 유치하지 않은 로봇분야의 의미있는 학회입니다. 다만  HRI 가 새로운 분야이고 참여하는 우리나라 연구자들은 주로 젊은 분들이어서 제가 그분들을 돕기로 했습니다. 참석해보니 우리나라 출신의 젊은 연구자 특히 여성 연구자들이 탁월한 연구 성과를 보여서 흥미로왔습니다. 처음 참석하는 학회를 유치하러 가는 진기한 경험도 했지만 이미 많은 사람들이 한국의 로봇분야 기술에 대해서 잘 알고 있기에 유치하는 것은 큰 어려움이 없었습니다. 특히  청주교대 한정혜 교수님, 이화여대 곽소나 교수님께서 이미 HRI 학회에 쌓아 놓으신 명성이 큰 도움이 되었습니다. 또한 동행한 대구컨벤션뷰로의 적극적인 유치지원도 큰 힘이 됬습니다.



    8. 앞으로의 계획 중인 연구나 목표가 있으시다면?

    안전한 인간 로봇 상호작용 시스템에 대한 연구를 계속할 예정입니다. 같은 공간에서 로봇과 인간의 같은 공간에서의 물리적 협업, 로봇과 인간이 충돌하지 않도록 하는 연구, 충돌하더라고 서로를 보호할 수 있는 방법에 등 여러 수준에서의 연구가 있을 것 같습니다. 이를 위한 촉각 센서 개발, 생체신호에 이용한 동작 의도 추정, 인간-로봇 상호작용 제어 알고리즘 등의 기술을 계획하고 있습니다. 또한 이러한 기술을 이용한 재활 보조 로봇, 공장 협업 로봇 등의 적용분야 연구도 할 계획입니다. 하지만 카이스트에서 저의 궁극적인 목표는 제가 만들어놓은 공간에서 제 학생들이 즐겁고 당당하게 연구를 하는 것입니다.


    9. 후학이나 앞으로 이 분야를 연구할 학생들에게 조언을 해준다면?

    “10년 전에 앞으로 유망할 것이라고 확신했던 기술들이 과연 지금 우리 곁에 도착했느냐?“ 하고 묻는다면 그렇다고 말할 수 있는 기술들이 많지가 않습니다. 큰 발전 없이 포장지만 바꾸어서 주위를 떠돌아다니는 것 같습니다. 이런데 현혹되기 보다는 제어, 역학, 심리 물리, 신경 과학 등의 기본에 대한 공부를 한다면 본인이 연구를 이끌어 나갈 때에 큰 자양분이 될 것입니다. 한가지를 더 추가한다면  내가 주특기로 하는 기술이 아웃 소싱 될 수 있는가를 생각해보고 연구를 해야 할 것 같습니다.

     

    • 페이스북아이콘
    • 트위터 아이콘

    전체댓글 4

    사용자 프로필 이미지
    |2017.05.31
    영화에서 보던 인간처럼 반응하는 로봇의 발전 가능성이 엿보입니다. 의료부분이 언급되었는데 민감도 향상에 따라서는 인간의 촉진 이상의 진단이 가능하지 않을까 하는 상상을 더해봅니다.
    댓글 입력란
    프로필 이미지
    0/500자
    사용자 프로필 이미지
    |2017.05.30
    나노기술을 적용시켜 로봇이나 센서를 제작하는 연구를 많이 보아왔지만 고무소재를 이용한 연구는 또 새로운것 같아요~ 좀더 현실에 다가오는 기분이네요 ㅎㅎ 잘보았습니다!
    댓글 입력란
    프로필 이미지
    0/500자
    사용자 프로필 이미지
    |2017.05.26
    개발된 촉각센서는 로봇을 사람처럼 만들기 위한 것이 아니라.. 금속으로 구성된 몸체의 로봇에 센스등 민감한 장치들을 보호하기 위한 피부역할을 하는 고무센스군요.. 로봇을 보호하기 위한 연구라고 하니.. 이것도 특이할 발상인거 같습니다. 혹시 로봇을 인간처럼 만들기 위한 촉각센스는 개발 계획이 없으신지?
    사용자 프로필 이미지
    |2017.05.31
    댓글을 남기고 보니 유사한 내용으로 글을 남기셨네요. 반응을 위한 센서 역할이라면 저 역시 인간의 반응처럼 이끌어내는 전방향센서가 가능하지 않을까 생각했습니다.
    댓글 입력란
    프로필 이미지
    0/500자
    댓글 입력란
    프로필 이미지
    0/500자

    서브 사이드

    서브 우측상단1
    서브배너4