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  • 신진연구자 인터뷰

    신진연구자 인터뷰는 기계공학과 건설공학 분야의 젊은 연구자들의 연구성과를 알리고자 기획되었습니다.
    대상은 박사과정 이상 40세 미만의 연구자로 뚜렷한 연구성과가 있으면 언제든 참여 가능합니다.
    또한 주변에 추천할 만한 연구자가 있으면 추천을 부탁드립니다. (ariass@naver.com)

    • 김완수(Wansoo Kim)
      인간공학 및 생산성 향상을 위한 인간-로봇 협업 제어 기법
      김완수(Wansoo Kim)(Istituto Italiano di Tecnologia (IIT))
      이메일:Wan-Soo.Kim at iit.it
      492 2 0
    1. 본인의 연구에 대해서 자세한 소개를 부탁 드립니다.

    - 저의 주 연구 분야는 협동 로봇 또는 외골격 로봇을 활용하는 인간-로봇 상호작용에 관한 연구입니다. 인간-로봇 상호작용 (human-robot interaction)이라는 주제는 현재 광범위하게 사용되고 있지만, 특히 저는 로봇과 협업을 하는 작업자에게 물리적인 도움을 제공하기 위한 폐 루프(closed loop)로 구성된 인간-로봇 상호작용의 모델링 및 이를 이용하는 제어프레임워크 (control framework)에 관하여 연구하고 있습니다.

    4차 산업혁명이 처음 소개되고 일반적으로 많이 사용하게 되면서 로봇에 대한 인식의 변화가 있었습니다. 초창기 로봇이 개발될 때는 로봇이 사람의 직업, 작업을 대신하게 되리라 예측했지만, 4차 산업혁명이 소개되면서 대중들의 인식은 인간과 로봇이 동일한 공간에서 생활·작업할 수 있게 된다는 기대로 바뀌게 되었고, 현재의 인식은 인간과 로봇이 상호 보완적인 역할을 하여 지능적이고, 유연한 작업공정을 구성할 수 있을 것이라는 진보된 기술을 기대하고 있습니다. 이와 같은 인식의 변화는 인간과 로봇이 서로를 인지, 이해하고 보완할 수 있도록 하는 인간-로봇 협업, 상호작용을 미래의 로봇 발전에 핵심 요소로 부각했습니다.

    이러한 인간-로봇 상호작용 연구와 관련하여 제가 수행한 연구는 크게 두 개의 주제로 나누어 볼 수 있는데요. 첫 번째로는 2015년 박사학위를 취득하기 전까지 한양대학교에서 수행한 연구인, 작업자나 군인 등의 일반인을 대상으로 하는 외골격 로봇에 관한 연구이며, 두 번째는 2016년부터 현재까지 이탈리아 공학연구소인 Istituto Italiano di Tecnologia (IIT)에서 수행하고 있는 협동 로봇을 활용한 공장 작업자의 근력 및 인간공학적 보조를 위한 상호작용 모델링과 이를 기반으로 하는 제어에 관한 연구로 나누어 볼 수 있습니다.

    두 가지 연구 주제 모두 인간-로봇 상호작용 연구를 기반으로 하는 연구로서, 인간-로봇 상호작용은 제 연구 기간 전체를 아우르는 내용입니다. 인간-로봇 상호작용에 관한 연구에서 가장 중요한 기술은 인간 중심의 로봇 및 인터페이스 설계 기술, 상호작용력의 모델링 및 제어 전략 설계기술입니다. 각각의 기술 주제에 대해 제가 연구한 내용을 바탕으로 예를 들어 설명해 드리겠습니다. 첫째, 인간과 로봇이 안전하게 상호작용할 수 있는 로봇의 설계기술입니다. 외골격 로봇의 설계 중점요소는 관절 동작 범위, 관절 힘 등의 인체 동작 분석이며 이를 통해서 착용자가 안전하게 외골격 로봇과 상호작용할 수 있도록 개발할 수 있습니다. 동작 분석을 통해 설계에 필요한 인체 하지 관절의 동작 범위, 관절의 역할을 이해할 수 있고, 분석된 데이터는 하지 외골격 로봇의 관절 동작 범위 (Range of motion, RoM), 관절 동작 방법 (수동형 Active joint, 능동형 Passive joint) 설계에 기초가 되는 자료로 활용됩니다. 두 번째는 상호작용력의 모델링 및 제어 전략으로, 인간과 로봇이 함께 동일한 작업 동작을 수행하기 위해 필요한 인간의 동작 의도 파악 및 의도에 순응하는 로봇의 동작 제어 방법이 포함됩니다. 제가 주로 개발한 일반인 대상의 근력증강용 외골격 로봇의 경우, 인간의 의도를 통해 외골격 로봇이 동작이 완벽하게 일치하도록 제어되어야 하며, 특히 외부 중량물을 이송하는 경우에도 하중 물의 무게감이 착용자에게 전달되지 않으며 동작이 일치 돼야 합니다. 이를 위해서 착용자의 의도, 즉 인간-로봇 상호작용력(human-robot interaction forces)은 힘/토크 센서를 통해 측정되거나, 외란 관측 기법 (disturbance observer)를 통해서 예측하였으며, 이렇게 예측된 상호작용력은 힘 제어 (force control) 기법을 통해서 외골격의 관절 동작이 착용자의 동작 (의도)와 정확하게 일치되도록 제어됩니다. 이러한 연구는 한양대학교에서 박사과정을 수행하는 동안 Hanyang Exoskeleton Assistive Robot (HEXAR) 라는 하지 외골격로봇을 개발하였으며 (그림 1), 다양한 연구·개발 프로젝트 (현대자동차, 국방과학연구소, 대우조선해양 등)의 외골격 로봇 개발에도 참여할 수 있었습니다. 또한 위 연구 내용을 바탕으로 ICRA, IROS, WeRob과 같은 국제 학술대회에 참석하여 연구내용을 발표하였을 뿐만 아니라, 다수의 국내 특허 및 국제 특허를 가질 수 있었습니다.


    현재 이탈리아 연구소 IIT에서는 인간공학적 요소가 가미된 인간중심의 인간-로봇 협업을 연구하고 있으며, 협동 로봇 또는 모바일 머니퓰레이터를 활용한 제어프레임워크를 개발하고 있습니다. 인간공학이란 산업 환경, 즉 공장과 같은 곳에서 작업자의 인체 특성을 고려하여 시스템, 환경의 효율적인 구성을 통해 기존보다 작업자의 편의를 향상하기 위한 과학적 접근법으로, 일반적인 예로는 공장과 같은 험한 환경에서 작업자의 자세, 반복적 부하 등의 위험 요소를 분석하고 근골격계질환을 예방하기 위해서 사용됩니다. 저는 이러한 아이디어를 인간-로봇 상호작용 연구 분야와 처음 접목하여 새로운 연구 분야로 소개하였습니다.

    작업자가 로봇과 협업작업을 하는 동안 기존의 연구는 충돌 회피와 같은 로봇과의 직접적인 접촉을 회피하는 방식으로 작업자의 안정을 보장해왔습니다. 하지만 협업작업을 하는 동안 작업자에게 불편한 자세를 야기할 수 있고, 고하 중을 다루는 작업에서 작업자에게도 하중이 전달될 수 있으며, 이러한 작업이 반복되다 보면 인간-로봇 협업상황에서도 작업자에게 근골격계 질환이 발생할 수 있는 위험이 커지게 됩니다. 이러한 근골격계 질환으로 발생한 연간 경제적 손실은 유럽에서 약 3,000억 유로, 국내에서 근골격계 질환으로 인해 발생한 연간 경제적 손실은 약 4조 원, 근로손실일은 3,985만일 정도로 추정되고 있습니다.

    제안한 새로운 형태의 인간-로봇 협업 제어 연구에서는 작업자가 로봇과 협업 작업을 하는 동안에도 로봇은 작업자의 위험 요소를 예측, 분석하여, 협업작업을 통한 작업자의 편의를 제공하는 것뿐만 아니라, 위험요소도 예방할 수 있어 근골격계로 인해 발생할 수 있는 손실을 크게 줄일 수 있습니다. 제안된 방법에 사용되는 기술은, 협동 로봇이 센서를 통해서 인간의 현재 자세와 작업물 등을 실시간으로 파악하고, 직접 개발한 인체공학 모델을 통해 작업자에게 편안하고 부담이 적은 최적의 자세를 실시간으로 구해주며, 이를 통해서 협동 로봇은 작업자에게 피로나 부담을 적게 주는 인간공학적인 자세에서 협업 작업을 수행 할 수 있도록 최적화된 자세 및 경로로 로봇이 동작하게 됩니다 (그림 2,3).

    이와 관련된 연구내용은 아래 동영상 링크를 통해서 더 자세히 보실 수 있습니다.

    (https://youtu.be/F0yf8Kf6WpM).



    이와 같은 제어 프레임워크는 고정형 협동 로봇 뿐만 아니라, 그룹에서 개발한 모바일 머니퓰레이터인 MObile Collaborative robotic Assistant (MOCA) 를 통해 확장되어 하나의 로봇이 여러 작업자와 협력함과 동시에 각각 작업자들에 맞춰진 인간공학적 자세를 제공할 수 있도록 개발되었으며, 이는 IROS 2019에서 발표되었습니다.




    인간 공학적 협업 제어는 로봇 연구 분야에서 매우 새로운 주제이지만 인간과 로봇의 지속 가능한 협업을 위한 방안으로 점차 중요한 요소로 인식되고 있으며, 유사한 연구들도 증가하고 있습니다. 2016년 본연구방법을 ICORR 2016에 소개한 이후 ICRA, IROS와 같은 주요 로봇 학술대회에서 논문을 꾸준히 발표해오고 있으며, 특히, 2018년부터 매년 ICRA 또는 IROS에서 Ergonomic human robot interaction이라는 주제로 워크숍을 기획하여 유사한 연구를 하는 각국의 연구자들과 함께 본 연구에 대한 소개와 논의를 하며 위 분야를 발전시키고 있습니다.(사진 4) 또한, 2018년도에는 세계적인 산업용 로봇 생산 업체인 KUKA에서 주최하는 국제대회인 KUKA innovation award에 출전하였고 1위로 수상을 하며 학계뿐만 아니라 산업계에서도 많은 관심을 받았습니다.


    최근에는 MOCA를 활용하여 작업장 내에서 필요한 작업을 유연하게 변경하며 작업자의 근력에 도움을 주는 협업 제어 방법도 연구하고 있습니다. IIT에서 제가 연구하고 있는 내용은 링크에서 더 확인하실 수 있습니다. (web:https://hri.iit.it/videos)


    2. 2018년 KUKA Innovation Award에 나가 수상 한걸로 알고 있습니다. 간단히 전략이나 에피소드에 대해서 이야기를 해 주시겠습니까? 또한 KUKA Innovation Award를 통해 본인에게도 큰 의미가 있었을 거 같습니다.

    - KUKA Innovation Award는 2016년부터 매해 자사의 로봇인 KUKA-LBR iiwa 플랫폼을 활용할 수 있는 로봇 운용 계획을 모집하고, 대회를 통해서 대중에게 시연을 보이며 그사이에 전 세계의 연구기관들과 경영할 수 있도록 운영되는 방식입니다. 매해 대회의 주제가 정해지면 연구기관들은 주제에 맞는 내용을 바탕으로 참가 신청을 할 수 있습니다. 각 연구기관에서 신청된 내용은 심사를 통해서 최종 5개의 팀 (Finalist)이 선정되며, 선정된 팀들은 약 8개월의 준비 기간을 갖고 최종 경연을 준비하게 됩니다. 최종 경연은 세계에서 손꼽히는 산업 또는 의료 박람회의 KUKA부스 내에서 이루어지며, 박람회 기간 동안 대중들에게 시연을 보이고 이와 동시에 산·학계에서 추천된 심사자들을 통해서 개발된 내용을 심사받게 됩니다.

    저는 2018년 "Real-World Interaction Challenge" 주제로 개최한 대회에 팀 CoAware (이탈리아)의 기술 리더로 참가하였으며, MIT & Harvard University (미국), University of Pennsylvania (미국), University of Stuttgart (독일), University of Alberta (캐나다) 등이 함께 Finalist로 선정되어 경쟁하였습니다. (web:https://web1.kuka.com/ko-kr/future-production/research-and-development/kuka-innovation-award/kuka-innovation-award-2018)

    IIT에서 제가 처음 시작한 연구인 인간공학 기반의 인간-로봇 협업 제어 방법, 즉 로봇이 작업자의 자세, 작업 강도 등을 인체모델링을 통하여 실시간으로 인지하여 작업자의 위험부담이 가장 적은 최적의 자세를 찾아 작업하도록 로봇이 작업물의 위치를 변경하도록 하는 기술을 기반으로 하며, 머신러닝 기법 및 적응형 로봇제어 알고리즘을 추가하며 최종경연을 준비하고 대회기 간 동안 시연하였습니다. 특히 Vision (Roboception) 센서를 이용하여 실시간으로 작업자의 동작을 인식하고, 인체 모델링을 실시간으로 업데이트하는데 사용하였으며, 머신러닝 기법을 적용하여 작업자가 손에 쥔 작업 공구의 종류를 인식하여, 최종적으로 로봇은 작업 공구에 맞는 작업물을 작업자의 관절에 부하가 가장 적은 최적의 자세로 이송하도록 시연하였습니다. 아래 영상은 위 기술의 시연 및 내용을 소개하고 있습니다.(https://youtu.be/XVGfBgOhaqw)



    대회 기간 중 시연은 20분씩 하루 5번 정도 선보였는데, 시연 중에 직접 청중들에게 동일한 공구, 동일한 작업을 건네 주며 로봇의 도움 없이 작업 동작을 하도록 요청하였고, 이를 통해 로봇의 도움이 얼마큼 효과가 있는지 직접 체험할 수 있도록 하였습니다. 결과적으로 저희의 시연이 좀 더 효과적으로 선보일 수 있었습니다. 시연은 대회 기간 안정적으로 작동하였고, 청중들에게도 심사위원들에게도 인상적으로 소개되어, 최종적으로 저희 CoAware팀이 우승하게 되었습니다. (사진 5)



    우승 후부터 현재까지 많은 협동 로봇 제조회사, 그리고 산업체에서 저희 기술에 관심을 가지며 저희 연구를 좀 더 자세히 소개할 기회가 있었고, 실제 몇몇은 협동 프로젝트로 진행 중에 있습니다. 또한 위 대회를 통해 개발, 실험 검증된 내용은 "A Reconfigurable and Adaptive Human-Robot Collaboration Framework for Improving Worker Ergonomics and Productivity". In: IEEE Robotics and Automation Magazine,을 통해서도 자세히 소개하였습니다. 사실 이탈리아에서 처음 시작한 연구를 바탕으로 큰 대회에서 경연해야 한다는 점과 팀에 속한 학생들을 이끌며 경연을 성공적으로 마무리 해야 하는 부담도 있었지만, 최종 우승을 통해서 해냈다는 성취감과 함께 대회 기간 동안 실제 산업 현장에 있는 분들의 공감을 받은 뒤에는 매우 뿌듯했습니다. 저희 팀 전원, 그리고 개인적으로도 인간공학 기반의 협업 제어 연구 주제에 자신감을 가질 수 있었고, 현재까지도 이 연구와 관련하여 계속 발전 시켜 나가며 매우 좋은 성과를 내고 있습니다.


    3. 지금까지 오랫동안 HEXAR (Hanyang Exoskeleton Assistive Robot) 등 여러가지 Exoskeleton 로봇을 개발하고 연구하신걸로 알고 있습니다. Exoskeleton 매력은 무엇이며, 현재 외골격 로봇의 연구는 어느 수준까지 와 있는지, 또한 어떻게 활용되고 있는지 궁금합니다.

    - 2006년 처음 한양대학교 첨단로봇연구실에서 한창수 교수님의 지도하에 외골격 로봇의 연구를 시작할 당시, 국내에서는 거의 처음 연구가 이루어진 것이며, 학부 3학년의 인턴연구원으로 시작해서 2016년 박사학위를 수여 받을 때까지 약 10년 정도를 외골격 로봇을 연구하였습니다. 처음 연구를 시작할 때도 느꼈고, 아직도 외골격 로봇의 매력은 아직도 높다고 생각됩니다. 제가 생각하는 가장 큰 매력은, 사람과 가장 가깝게 지낼 수 있고, 또 지내야만 하는 로봇이기 때문에 다양한 인간의 요소를 고려한다는 점입니다. 예를 들면, 로봇을 개발하기 위해서 사람의 근골격계를 분석해야 하고, 미세한 동작 의도를 인식하고 느끼기 위해서 다양한 생체 신호 이론도 이해해야 했는데, 이러한 과정들이 매우 흥미롭고 신기했고, 또한 다양한 접근 방법이 존재할 수 있다고 생각했습니다. 다른 이유는, 외골격 로봇은 (당시에는) 상용으로 개발된 제품이 없었고, 또한 있었다 하더라도 개발 목적에 부합하는 형태가 어려우므로 설계, 센싱, 그리고 제어 모든 부분을 아우르며 경험하고 개발할 기회가 항상 주어졌는데, 이러한 부분이 제게는 큰 매력이었고, 좋은 경험이었습니다.

    이러한 외골격 로봇은 현재도 활발하게 연구되고 있으며, 다양한 분야에서 개발되고 있습니다. 초기 근력증강형 외골격 로봇은 인간의 한계를 뛰어넘기 위해 큰 골격과 큰 힘을 내기 위해서 개발이 되었다면, 현재의 외골격 로봇은 기존 외골격로봇의 한계점을 인지하고, 실현 가능한 수준의 기술을 목표로 하여, 학계뿐만 아니라 대기업•중소기업을 중심으로도 착용자(작업자)의 작업 지속성을 높이기 위한 목적에 초점을 맞추어 외골격 로봇이 개발되고 있습니다. 또한 외골격 로봇의 형태도 다양하게 변화하여, 강체 형태 (rigid exoskeleton)뿐만이 아니라 소프트한 형태 (soft exoskeleton) 를 갖는 외골격 로봇도 다양하게 개발되고 있습니다. 하지만, 두 외골격 로봇은 서로 대비되는 장단점을 가지고 있습니다. 강체형 외골격 로봇의 경우 강한 힘을 생성할 수 있고, 강체형 외골격을 바탕으로 하중을 착용자에게 전달하지 않는 장점이 있습니다, 하지만, 신체의 외부에 강체가 위치하게 되기 때문에 형체의 제약이 많으며 착용감 (무게, 인터페이스 등)에 대한 부담이 있다는 단점이 있습니다. 반면, 소프트 형태의 외골격 로봇은 소재의 특징을 이용하여 착용의 부담을 줄일 수 있으며, 관절이나 링크의 배치 또한 강체형 외골격 로봇보다 유연하다고 할 수 있습니다, 하지만, 로봇이 생성하는 힘을 착용자에게 전달, 또는 반대로 중량물의 무게를 로봇이 짊어지고 가기 어렵습니다. 이러한 이유로 강체형 외골격 로봇은 주로 순간적인 힘이 필요한 작업에서 착용자에게 전가되는 하중을 감소시키기 위한 근력 증강용으로 개발이 되고 있으며, 반면, 소프트형 외골격 로봇의 경우 착용자의 근력을 보충, 즉 근지구력을 향상해 반복 작업 등에서 지속적인 작업을 돕기 위한 목적으로 개발되고 있습니다.


    4. 최근 진행중인 Horizon-2020 project SOPHIA 에 대해서 소개를 부탁드립니다. (최근에 연구에 대한 소개)

    - Socio-physical Interaction Skills for Cooperative Human-Robot Systems in Agile Production (SOPHIA) 프로젝트는 유럽기구 내 Horizon-2020 프로젝트에서 2020년 1월부터 총 4년간 총 64,000유로 규모로 지원되는 프로젝트입니다. IIT가 프로젝트의 기획 총괄을 맡고 있고, 주요기술개발에 IIT (이탈리아), Université de Montpellier (프랑스), Universita' di Pisa (이탈리아), University of Twente (네덜란드), Vrije Universiteit Brussel (벨기에), Bundesanstalt f r Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (독일), Istituto Nazionale per l'Assicurazione contro gli Infortuni sul Lavoro (이탈리아) 가 참여하고 있으며, 연구 개발물의 운영에는 imk automotive GmbH (독일), Deutsches Institut f r Normung (독일), 그리고 최종 연구 개발물의 사례적용을 위한 참여 기업 Volkswagen (독일), HIDRIA (슬로베니아), HANKAMP Gears (네덜란드) 가 참여하고 있습니다.

    연구 개요를 간단히 설명해 드리면, 공장 환경에서 유연한 작업 공정과 작업자들의 근로 환경을 증진하기 위한 인간-로봇 협동 기술의 개발을 목적으로 하는 프로젝트입니다. 4차 산업혁명을 통해 인간과 로봇은 점점 더 긴밀하고 밀접하게 협동해야 할 뿐만 아니라, 작업자의 지속적인 업무 환경도 새로운 환경에 맞게 개선되어야 합니다. SOPHIA 프로젝트는 이러한 요구에 부합하기 위해 물리적인 협업뿐만 아니라 감성적인 인간-로봇 협업도 포함된, 새로운 형태의 인간-로봇 협업 시스템을 개발하려고 목표를 갖고 있습니다. 이를 위해서, 인체 정적·동적 모델링을 통한 작업자의 상태 예측과 이를 기반으로 하는 협업하는 로봇의 행동 제어가 주요 기술 개발 목표입니다. 이에 포함되는 주요 기술은 인체 모델링 기법, 실시간 기반 작업자의 인간공학적 상태 인지 및 예측기술, 인간공학적 분석 기반의 제어 전략, 협동작업에서 인간-로봇 역할 할당 기술, 최적의 협업 로봇 제어 및 플랫폼 (모바일 메니퓰레이터, 외골격 로봇 등) 개발 등이 있으며, 개발된 기술은 컨소시엄에 포함된 유럽의 대기업 및 중소기업인 VW, HANKAMP, HIDRIA 의 공장에서 활용될 예정입니다. 프로젝트에 관한 자세한 내용을 모두 여기에 담기는 어려우니 자세한 내용은 링크를 참고해주시기 바랍니다(https://project-sophia.eu) (사진 6).



    저는 이 프로젝트에서 기존의 인간공학 기반의 작업자 상태 모델링 및 이를 이용한 협동 로봇 제어기 개발 연구에 참여하고 있으며, 또한 새로운 형태의 작업자용 외골격 로봇도 개발할 예정입니다. 현재는 연구의 초기 단계이며, COVID-19사태로 인해서 연구 시작 후 몇 개월간은 새로운 연구를 수행하지는 못하였지만, 이 기간 동안 기존의 연구를 확대하는 작업에 집중하였습니다. 주로 인간공학적 모델링 기법을 확장 및 검증하기 위한 연구를 수행하였으며, 인간-로봇 협업 작업의 유연한 제어프레임워크에 관한 연구도 진행하였습니다. 이러한 연구내용은 함께 작업하는 박사과정 학생들을 통해서 이번 IROS 2020과 RO-MAN 2020에서 그 연구내용이 발표될 예정입니다. 외부 연구 기관과의 협력은 COVID-19사태로 인해서 계획한 대로 이루어지진 않았지만, 화상회의를 통해서 소규모 연구미팅과 향후 계획에 대해서 논의를 진행하고 있었습니다. 가장 최근에는 전체 프로젝트 참여 기관이 1월 kickoff meeting 이후 6개월 만에 1차 정규 워크숍을 화상으로 진행하며, 연구기관이 개별적으로 진행하였던 내용을 공유하고, 그동안 진행하지 못하였던 협동 연구를 위해서 새로운 계획을 세우고 구체적인 방안도 정해졌으니, 가까운 시일 내에 좀 더 업데이트된 상황을 공유해드릴 수 있을 것 같습니다.


    5. 2015년에 로열모에서 하지 외골격 로봇을 발표하신 이후 오랜만에 소개를 드리는 거 같습니다. 그동안 개인적으로 생활이나 연구에서 어떤 변화가 있었는지?

    - 로열모에서 하지 외골격 로봇을 발표할 때가 제가 박사학위를 수여 받고 난 직후였는데, 당시 연구를 계속할 수 있는 회사나 포닥의 자리를 알아보고 있었습니다. 회사에서도 외골격 로봇을 계속 연구할 수 있는 기회가 있었지만, 현재 근무하고 있는 이탈리아의 IIT에서 Principal investigator (PI) 인 Arash Ajoudani가 만든 새로운 랩인 Human-robot interfaces and physical interaction (HRI2) 의 포닥 공고를 보게 되었고, 고민 끝에 연구에 좀 더 집중 할 수 있고, 해외에서 근무해 볼 수 있는 기회도 좋은 경험이 될 것 같아서 지원 끝에 이탈리아로 자리를 옮기게 되었습니다. 사실 지원을 하고 인터뷰를 하는 기간에 오랜 기간 옆에 있어 준 여자친구, 현재의 부인과 결혼을 하여 쉽지는 않은 결정이었지만, 제가 하고 싶어 하는 일을 선택하는데 많은 응원과 이해를 해주어서 결정할 수 있었습니다. 2016년 처음 제가 일을 시작할 당시 HRI2 랩은 6개월밖에 되지 않은 신생 연구 그룹이었고, 저를 제외한 포닥 1명이 전부였습니다. 하지만 PI, 그리고 저를 포함한 두 명의 포닥 모두 외골격 로봇 연구 경험이 있어 기존의 외골격 로봇이 갖는 한계 그리고 새로운 연구 방향을 찾는 데 많은 공감대가 있었습니다. 그리고 현재, 초반에 저희 모두가 함께 설정한 그룹의 연구 방향인 “Our idea is to make robots physically and intelligently assist humans, not to avoid or replace them!”을 바탕으로 꾸준히 발전 시켜 왔습니다 (사진 7).


    현재는 개인적인 연구뿐만 아니라, 그룹에 속하는 박사과정 학생들의 연구를 지도하며 이루어낸 연구성과들을 통해서 다양한 연구 프로젝트를 수행하고 있고, IROS, ICRA, ICORR, RO-MAN등의 학회뿐만 아니라 연구 저널에도 논문을 꾸준히 투고 발표하는 등 연구적으로, 개인적으로 더욱 성장 하는 중입니다.


    6. IIT에 포스닥으로 계신 것으로 알고 있습니다. 현재 소속된 IIT Central Research Labs Genova 에 대해 소개를 부탁드립니다. (주요 연구분야, 이탈리아의 연구활동과 연구 분위기 등.)

    - IIT는 이전에 이진오 박사를 통해서 메릭에 소개된 적이 있었습니다.
    (http://www.materic.or.kr/community/rising_mterview/content.asp?f_id=5)
    IIT는 2005년에 설립된 이탈리아 정부 산하의 연구기관으로서, 제가 속한 HRI2 부서는 제노바(Genova)의 중앙 연구 본부에 위치하고 있는데, IIT는 이를 포함해 이탈리아 전국에 11개 그리고 미국 MIT와 Harvard에 2개의 연구소를 보유하고 있습니다. 로보틱스 (Robotics), 나노물질 (Nanomaterials), 생활기술 (Lifetech), 컴퓨터 과학 (Computational Sciences)의 4가지 주요 연구 도메인을 가지고 있으며, 각각의 연구 도메인에는 하부의 주요 연구팀이 구성되어 있으며, 특히 로보틱스 도메인 하에는 18개의 연구팀이 활동하고 있습니다. IIT 인원 구성은 현재 60개국, 총 1,758명 이상의 연구 스태프 (7% Principal investigators, 11% staff researcher and technologist, 40% post docs, 42% Ph.D students) 가 활동하고 있습니다.

    연구소이다 보니 대학과는 다르게 자체로 보유한 학위 과정이나 수업이 없지만, 모든 학생은 이탈리아에 국내에 있는 대학에서 박사학위를 수여 받게 됩니다. 저희 그룹에 속한 박사과정 학생들은 Universita' di Pisa 나 Politecnico di Milano 학생들이며, 인원 채용 시 IIT과 연계된 대학에 동시에 지원하여 선별되게 됩니다.

    위에 명시되었듯이, 대부분의 인원 구성이 포닥으로 구성되어 있어, 박사학위를 받은 후 이곳에서 연구 경험을 쌓고 자신의 최종 진로를 선택하는데 좋은 환경을 가지고 있습니다. 특히 로보틱스 분야의 경우 다국적으로 이루어져 있으며, 대부분 포닥을 마친 후 대학의 교수 또는 연구원으로 옮겨가는 경우가 많습니다. 이러한 이유로 IIT 출신의 연구자들을 학회에서도 쉽게 찾아볼 수 있다는 점이 장점일 수 있고, 이러한 네트워크를 기반으로 협력 교류도 많아 연구적인 네트워크를 확장하는 데도 많은 도움이 됩니다.

    연구 환경이나 분위기는 매우 자유로운 편으로, 모든 팀 구성원이 자유롭게 주제를 선정하며 포닥과 PI는 연구의 방향이 잘 흘러갈 수 있도록 지원해주고 있습니다. 유럽 내의 다른 연구기관과의 협업과 인턴쉽 지원도 매우 활발하여 다양한 연구기관과의 연계 및 연구의 확장에도 매우 도움이 됩니다. 또한, 작은 연구 아이디어가 있더라도 먼저 실행해보고 결과를 도출해서 연구 성과를 만들어 낼 수 있는 시스템이 잘 구성되어 있어, 결과적으로는 더 높은 가치를 갖는 연구성과를 도출하는 데 도움이 되는 것 같습니다.


    7. 영향을 받은 연구자가 있다면? 또한 어떤 영향을 받으셨는지 궁금합니다.

    - 외골격 로봇 연구, 그리고 인간-로봇 상호작용력 기반 제어를 연구하는 분들께서는 Homayoon Kazerooni 교수님 (University of California, Berkeley)의 논문을 한 번이라도 안 읽어 본 적은 없을 것이라고 생각됩니다. 특히 외골격 로봇에 관한 논문 중 “Biomechanical design of the Berkeley lower extremity exoskeleton (BLEEX)” 와 “On the control of the berkeley lower extremity exoskeleton (BLEEX)” 는 설계와 제어의 내용을 자세하게 포함하고 있어, 초기 외골격 로봇의 연구를 할 때 정석처럼 읽어보았습니다. 또한 학회에서 직접 이야기해 볼 기회가 있었는데, 외골격 로봇에 대한 열정이 매우 높으셨고, 제가 가지고 있던 외골격 로봇 개발의 어려움을 고민해 주셨고, 특히 그때 상호작용력을 이용한 제어 방법에 관해서 전기 모터를 이용한 외골격 제어에 대한 경험담과 조언을 해 주셨었습니다.


    8. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

    - 인간-로봇 상호작용을 연구하게 되면 필수적으로 인간에 대해서 이해해야 하고, 또한 인간을 통한 실험 검증이 필수 요소이기 때문에 항상 모든 결과물은 사용자를 통해서 피드백을 받게 됩니다. 외골격 로봇을 개발할 때도 착용자들에게 의견을 묻고, 피드백을 받았으며, 협동 로봇을 연구할 때도 사용자를 중심으로 검증하는 과정을 거치며 제가 연구 개발한 로봇들을 발전시켜왔습니다. 이런 과정들은 연구를 진행하고 그 효과를 검증하는 데 매우 까다롭지만, 실생활에서 활용하기 위한 관점에서 어느 연구 분야보다 그 목적에 근접한 연구 분야임을 느끼게 해줍니다. 로봇 기술은 매우 실용적인 학문을 지향하고 있다고 생각하며, 개발된 기술이 실제로 활용될 때 엔지니어로서 가장 큰 보람을 느낀다고 생각합니다. 현재 그리고 미래의 제 연구들 모두 실사용자들이 실제로 사용할 수 있도록 개발하여 더 큰 보람을 느낄 수 있도록 노력할 것입니다.


    9. 이 분야로 진학(사업)하려는 후배들에게 조언해 주신다면?

    - 로봇을 연구하시는 분들은 앞으로 점점 늘어날 것이고, 무궁무진한 가능성이 있는 분야입니다. 이러한 가능성은 기존의 학문과 다르게 기계공학, 재료공학, 전자공학 등 기초 공학 분야를 기반으로 할 뿐만 아니라, 의공학, 인문학 등 다양한 학문이 융합될 수 있는 가능성을 가진 분야이기 때문이라고 생각됩니다. 로봇공학이라는 학문을 하고 싶어 하고, 시작하려는 분들께서는 다른 학문을 받아들이는데 두려워하지 않길 바랍니다, 또한 여러 분야의 전문가들과 협업을 많이 시도해 보시길 바랍니다. 융합을 통해서 기존에 생각하지 못했던 새로운 아이디어를 얻을 수도 있고 연구의 내용을 더욱 확대할 수 있을 것입니다.

    많은 연구자가 다양한 방법으로 연구의 내용을 찾아보고 있습니다. 특히 소셜미디어, 유튜브 등을 통해서도 연구 내용이 많이 공유되고 있는 시대이다 보니, 연구 개발된 내용이 있다면 여러 경로로, 적극적으로 연구성과를 공유하는 것이 좋다고 생각합니다.


    10. 앞으로 진행할 연구 방향이나 목표가 있으시다면?

    - 제가 처음 외골격 로봇을 연구할 때부터 현재 인간공학 기반의 인간-로봇 협업 연구까지 대부분 산업을 기반으로 하는 작업자들에 도움이 될 수 있는 연구를 하고 있습니다. 앞으로도 이런 적용 분야를 목표로 연구를 진행해 나갈 것입니다. 특히 로봇이 지금도 미래에도 인간의 일자리를 위협하는 존재가 아닌 협업을 위한 파트너로 인식될 수 있도록, 더욱 친숙하고 편하게 사용할 수 있는 협업 로봇을 개발하고 싶습니다. 오랫동안 같이 일한 파트너들끼리는 말로 하지 않고 서로 표정과 눈빛만 봐도 무엇을 원하는지를 안다고 하는 말이 있습니다, 제 목표는 이러한 로봇 파트너를 개발하여 로봇을 활용한 산업 분야가 유연하게 변화하며 발전할 수 있도록 기여를 하는 것입니다. 이를 위해서는 로봇이 인간을 의도를 이해할 수 있는 지능적 요소나 로봇의 물리적-감성적인 유연함이 이 기술의 핵심이 되리라 생각되며, 이러한 기술을 개발하기 위해 더욱 열심히 연구하겠습니다.


    11. 다른 하시고 싶은 이야기들.

    - 이탈리에서 저뿐만 아니라 한국에서 많은 분도 코로나로 인해서 힘든 시간을 보내셨으리라 생각됩니다. 이로 인해서 많은 국제학회가 Virtual로 전환되었고, 로보틱스 분야의 연구자분들을 직접 만나 뵐 기회가 줄어들어 아주 아쉽습니다. 하루빨리 학회나 다른 기회를 통해서 많은 분을 만나 뵐 수 있게 되었으면 좋겠습니다.


    * 김완수 박사의 최근(대표) 논문

    • Wansoo Kim, Marta Lorenzini, Pietro Balatti, Phuong D.H. Nguyen, Ugo Pattacini, Vadim Tikhanoff, Luka Peternel, Claudio Fantacci, Lorenzo Natale, Giorgio Metta, and Arash Ajoudani. "A Reconfigurable and Adaptive Human-Robot Collaboration Framework for Improving Worker Ergonomics and Productivity". In: IEEE Robotics and Automation Magazine, vol. 26, no. 3, pp. 14-26, Sept. 2019.

    • Wansoo Kim, Jinoh Lee, Luka Peternel, Nikos Tsagarakis, and Arash Ajoudani. "Anticipatory Robot Assistance for the Prevention of Human Static Joint Overloading in Human-Robot Collaboration". In: IEEE Robotics and Automation Letters 3.1 (2018). presented in IROS 2017, pp. 68-75.

    
 • Wansoo Kim, Pietro Balatti, Edoardo Lamon, and Arash Ajoudani, “MOCA-MAN: A MObile and reconfigurable Collaborative Robot Assistant for conjoined huMAN-robot actions”, In: 2020 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). IEEE. 2020.

    • Yuqiang Wu, Pietro Balatti, Marta Lorenzini # , Fei Zhao, Wansoo Kim, and Arash Ajoudani, “A Teleoperation Interface for Loco-manipulation Control of MObile Collaborative robotic Assistant (MOCA)”. In: IEEE Robotics and Automation
     

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