커뮤니케이션 로봇에 의한 학습 지원
이제 로봇은 더 이상 차가운 금속소재로만 이루어진 기계가 아니다. 인간과 함께 공존하는 것에 대해 최근 인간과 로봇의 상호작용 연구가 활발하게 이루어지면서 `인간과 대화하는 커뮤니케이션 로봇`에 대한 관심 또한 함께 높아지고 있는 추세이다. 본 페이지에서는 커뮤니케이션 로봇을 실현하는데 한 발짝 더 가까이 다가가기 위해 로봇의 주요한 부분을 모듈화하고 통합하는 기술의 필요성을 살펴보도록 한다.
1. 머리말
인간과 로봇의 상호작용(Human-Robot Interaction) 연구가 활발히 전개되고 있는 가운데 신체의 구성요소를 이용하여 인간과 대화하는 커뮤니케이션 로봇(communication robot)의 연구개발이 추진되었다. 특히 인간형의 커뮤니케이션 로봇은 인간의 모습을 하고 있어 마치 인간과 나누고 있는 듯한 자연적인 대화를 할 수 있게 된다는 것이 하나의 특징이다.
실제 로봇과 컴퓨터상의 에이전트(agent)를 비교한 연구에서 컴퓨터상의 에이전트보다도 실제 공간에 존재하는 로봇 쪽이 탁상에서의 나무목 쌓기처럼 실제 공간상의 물체에 관한 대화에 알맞다는 것을 찾아낼 수 있었다.
Ajizawa 등도 로봇이 에이전트보다도 인간과 대화할 때 실제 공간의 물체에 대한 영향을 크게 받는다는 것을 제시하였다.
2. 로봇의 ‘존재감’과 흥미 유도
가. 로봇의 ‘존재감’과 이를 이용한 흥미 유도
실제적으로 커뮤니케이션 로봇은 아직 대화다운 대화를 할 수 있는 수준이 되지는 못하고 있다. 센서로부터의 입력에 반응하여 행동하는 것은 어느 정도 가능하지만 틀리는 경우도 적지 않다. 특히 음성인식에 관해서는 실제 환경의 잡음으로 인해 인식률이 매우 나쁘고 사실상 이용자의 말을 인식한 후의 대화는 상당히 곤란하다고 할 수 있다. 그럼에도 불구하고 그 단순한 능력을 보완하고 사람을 유인하여 흥미를 가지게 하는 것이 있는데 이것이 존재감이라고 생각된다.
존재감을 계기로 인간들이 가지게 된 로봇에 대한 흥미가 로봇을 보는 데만 머무르지 않고 로봇과의 대화내용에 대한 흥미로 유도되고 있다.
이러한 존재감을 이용한 흥미 유도에는 몇 가지 가능성이 있다. 이들은 첫째 로봇이 말한 내용에 대한 흥미 유도, 둘째 주위의 사물에 대한 흥미유도, 셋째 배후지식에 대한 흥미 유도 등의 3가지 유형이다.
3. 로봇과의 대화에 의한 학습 지원
가. 커뮤니케이션 로봇 Robovie
이 로봇은 인간을 닮은 동작과 인식능력을 가진다는 특징이 있다. 4자유도(DOF: Degree of Freedom)의 팔, 3자유도의 두부, 각 2자유도의 안구부(카메라 내부의 가동부)에 의해 인간과의 의사소통에 이용할 수 있는 여러 가지 몸짓(gesture)이 가능하다. 또한, 마이크로폰(microphone), 접촉센서, 초음파센서, 스테레오카메라, 전방위 시각센서와 같은 다양한 센서에 의해 자율적으로 인간과 상호작용 하는 것이 가능하다.
더욱이 컴퓨터나 모터 제어보드와 같은 제어기기를 모두 내장하고 있다.
나. RFID에 의한 개인 식별 기능
실제로 일상생활에서 활동하는 대화형 로봇은 많은 사람들과 행동하고 대화하는 것이 바람직하다. 한편으로 수백 명의 사람이 소속되고 동시에 수십 명의 사람이 마주치는 일상적인 환경에서 많은 사람을 시각센서나 음성인식에 의해 동시에 식별하기란 곤란하다. 더욱이 개별 인식기능에는 충분한 로버스트(robust)성이 요구된다. 최근 들어 RFID(Radio Frequency IDentification)기술의 진보에 의한 수 cm 크기의 태그(tag)에 의해 다수의 물체를 동시에 식별하는 것이 가능하게 되었다.
다. 로봇의 대화 행동
로봇은 기본적으로 어린 아이가 일상적으로 하는 것과 같은 대화를 한다. 이를 위해 100개의 상황의존모듈(module)이 내장되어 있다. 그 내용을 보면 악수, 포옹, 가위 바위 보, 체조, 노래 부르기 등 대화적인 상황의존모듈이 70개, 머리를 긁거나 팔짱을 낌으로써 멈추는 일 없이 대기상태를 나타내는 대기행동을 위한 상황의존모듈이 20개, 그리고 환경 속을 이동하는 이동행동을 위한 상황의존모듈이 10개이다.
4. 로봇의 설명에 의한 학습 지원
여기서 개발된 로봇시스템은 과학관을 둘러보기 위해 온 내관객의 행동을 유비쿼터스 센서(Ubiquitous sensor)로 기록하고 그 정보를 이용해서 로봇이 내관객과 상호작용 하는 것과, 내관객의 전시안내를 돕는 것(과학기술에 대한 흥미향상, 전시물의 이해 등)을 목적으로 한다. Osaka 시립과학관은 4층에 유비쿼터스 센서 네트워크를 구축하여 내관객의 정보를 유비쿼터스 센서 네트워크가 취득한다.
로봇은 환경 내에서 일정한 영역 내를 자유로이 이동하고 아이들 놀이와 같은 상호작용 행동과 전시물의 설명 및 안내 행동을 하였으며 로봇의 하드웨어(hardware)는 Robovie를 이용했다. 대화 행동으로서는 아이들처럼 노는 행동으로서의 상호작용 행동과 전시물 안내와 설명 중 전시안내로서 이동 로봇은 B지점 부근의 4가지 전시물을 안내했다.
본 연구에서는 과학관내 유비쿼터스 센서 네트워크를 구축하고 각 센서에서 얻어지는 정보를 이용하여 인간의 개인정보 및 행동이력을 취득하고 이에 따른 전시물 안내, 설명이나 이름을 부르거나 악수를 하는 등의 상호작용을 하는 커뮤니케이션 로봇을 실현하였다. 2개월간의 실험결과 9만 명 이상이 과학관을 방문했으며 그 중에서 1만 명 이상의 내관객이 무선 태그를 부착하고 과학관 내를 견학하였다.
앙케트 조사 결과에 의하면 로봇이 인간과 상호작용을 하는 것과 그 존재에 대해 많은 사람이 호의적인 인상을 품고 있음을 알았다. 더욱이 로봇의 전시설명 대화행동을 계기로 아이들이 전시물을 이용하는 등 흥미가 로봇 주위의 사물로 유도되는 장면도 엿보였다.
5. 로봇을 소재로 한 학습 지원
최종의 사례로서 배후지식에 대한 흥미유도의 예인 로봇을 소재로 한 학습 지원을 간단히 소개하기로 한다. 최근 들어 학생들의 이과계열 이반이 문제시되고 있다. 그러므로 이과수업의 일환으로 최첨단기술에 접할 기회를 늘리는 것이 이과계에 대한 흥미향상에 연계되지 않을까 생각된다. 지금까지도 로봇은 여러 가지 형태로 이러한 종류의 학습에 이용되어 왔다.
가령 로봇을 조립하거나 프로그래밍하는 학습을 위해 로봇키트(kit)가 판매되고 있다. 이러한 학습에 부가해서 대화가 가능한 로봇도 학습의 소재가 된다는 예를 여기서는 간단히 소개한다. 실제로 아이들은 대화할 수 있는 로봇에 많은 흥미를 가지고 있다. 초등학교에 한정되지 않고 지금까지 수행한 여러 가지 전시회나 필드(field)실험에 있어서 아이들이 로봇의 주위에 모여 로봇과 대화하려고 했다.
6. 장래의 전망
로봇은 언제까지나 신기한 것만은 아니다. 일본의 Honda가 2족으로 보행하는 로봇을 발표한지 약 10년이 된다. 대화할 수 있는 로봇도 세간에 알려지기 시작한지 상당한 시간이 경과했다. 이를 감안할 때 단지 신기한 것이 아니라 직접 자기가 접촉하고 싶어 하고, 대화하고 싶어 하는 등 체험하고 싶어하는 신기함이 있는 것 같다. 가령 휴대전화나 음악 플레이어 등도 초기에는 이런 종류의 획기적인 신기함에 빠진 사용자에 의해 지지되어 왔다.
로봇을 싫증나지 않게 하기 위한 연구도 진전되고 있다. 가령 Kanda 등은 장기적인 대화를 가능케 하는 행동 디자인을 생각했다. 로봇이 이름을 부르거나 서서히 대화 행동의 종류를 늘리는 설계가 장기적인 대화에 이어진다고 생각하여 실험을 했더니 초등학교에서 일부의 아동들과 2개월간 대화를 계속하는 데 성공했다. 또한, Movellan 등은 댄스로봇(dance robot)의 행동거지를 조금씩 변화시킴으로써 대화가 오래 계속된다는 것을 찾아냈다.
7. 맺음말
여기서는 3가지 형태의 사례 소개를 통해 대화형 로봇이 학습 지원에 공헌하는 전망에 대해 언급하였다. 커뮤니케이션 로봇은 인공지능이나 정보과학 관련분야의 지식을 집결함으로써 연구개발이 진전된다. 이들의 집대성으로서 로봇이 여러 가지 학습의 계기가 될 가능성은 크다고 생각된다.
한편으로 커뮤니케이션 로봇이 가지는 ‘존재감’은 로봇을 사용하는 인간의 흥미를 일으킴으로써 인터페이스가 이룩될 것이며 로봇을 학습하는 인간의 흥미를 이끌 수 있는 가능성을 모색하고 있다.
8. 전문가 제언
커뮤니케이션 로봇을 실현하기 위해서는 먼저 사람의 동작을 실시간으로 취득할 수 있어야 한다. 화상인식모듈을 통해 손과 머리의 움직임을 3차원 좌표로 작성해서 몸짓을 인식한다. 커뮤니케이션 로봇의 실제공간에서의 존재감은 상호작용의 체험을 보다 현실적인 것으로 하여 흥미유발 등의 학습 지원으로 이어질 수 있게 한다.
실제 세계의 로봇은 어떤 물체에 주의를 기울이고 있는가 하는 정보를 가상 커뮤니케이션 로봇을 통해 얻는다. 실제 세계의 로봇은 가상 물체와 실제 물체를 서로 대응시켜 지능형팔(intelligent arm)을 이용해서 사람과 똑같이 가리킴으로써 사람의 몸짓을 이해하고 있음을 표현한다. 또한 실제 세계에 있는 사람의 얼굴 방향, 손동작 등을 관찰하고 몸짓을 인식함으로써 물리적인 대화를 할 수 있게 한다.
최근 들어 커뮤니케이션 로봇에 의한 몸짓 인식기술은 지적인터페이스에 대한 관심이 높아지고 유비쿼터스컴퓨팅(Ubiquitous computing), 착용가능 컴퓨터(wearable computer), 스마트환경(smart environment) 등과 같은 제 4세대 정보기술의 중요성이 강조되면서 많은 주목을 받고 있다.
최근 들어 로봇에 관련된 연구개발은 여러 방면에 걸쳐서 적극적으로 진행되고 있다. 로봇이라고 하면 운동에 관한 것이 많이 논의되고 있지만 일본의 Business Design 연구소에서는 로봇에게 필수적인 눈, 귀, 입 등 커뮤니케이션에 관한 연구개발을 활발히 시행해 오고 있다.
세계 제1의 로봇기술을 축적하고 있는 일본은 몸짓 커뮤니케이션로봇 기술을 활용해서 제조현장 이외에의 여러 분야에서 활용되고 있는 차세대 로봇을 효율적으로 개발하여 실용화할 계획을 가지고 있다. 차세대 커뮤니케이션 로봇 개발을 효율화하고 보급을 촉진시키기 위해서는 눈이나 귀 등 로봇의 주요한 부분을 모듈화하고 이를 통합하여 공통화, 표준화하는 기술을 개발하여 로봇의 공통기반을 다져주는 것이 필수적일 것이다.
* 자료 : 한국과학기술정보연구원 전문연구위원 이순요(9826@reseat.re.kr)
* 출처 : 神田崇行, “コミュニケ一ションロボットによる學習支援”, 「人工知能學會誌(日本)」念, 23(2), 2008, pp. 229~236
