Istituto Italiano di Tecnologia 이진오 박사
이탈리아 최대의 공학연구소 ‘Istituto Italiano di Tecnologia(IIT)’ 내 ‘Advanced Robotics Department의 Humanoid & Human-Centered Mechatronics Laboratory’에서 연구를 진행하고 있는 이진오 박사는 로봇과 인간의 공존을 위한 요소기술 개발에 매진해오고 있다. 본지에서는 기계·건설공학연구정보센터의 도움을 받아 그의 연구 성과 등을 소개한다.
Q. 현재 진행 중인 연구에 대한 소개.
A. 현재 연구하고 있는 분야는 여유자유도를 가진 휴머노이드 시스템의 동역학 제어 방법으로, 기존 연구와의 차이는 다루고 있는 시스템이 여유자유도를 가진 것과 동시에, 유연한 관절을 지녔다는 점이다.
최근 로봇 분야의 발전은 로봇이 안전 철망 내에서 사람과 분리되어 작업하던 산업 현장을 떠나서, 사람과 함께 공존하고 협력하는 방향으로 나아가고 있다. 유연 관절 로봇은 사람과 로봇이 보다 안전하고 친밀할 수 있기 위한 하나의 솔루션으로써, 관절의 유연성(컴플라이언스)을 이용해 로봇이 사람 혹은 환경과 접촉했을 때, 기존의 고강성 로봇이 야기할 수 있는 충격을 줄여 사람, 환경, 로봇 모두에 안전성을 부여할 수 있다.
이러한 유연관절 로봇에 관한 필요성의 인식과 그에 대한 연구는 로보틱스 연구가 활발해 지기 시작한 1990년대 이후로 꾸준히 있어왔지만, 하드웨어적으로 다자유도를 구현하기 힘들었고 또한 자유도가 많아질수록 제어난이도가 비약적으로 높아지기 때문에 이를 휴머노이드에 적용한 연구는 거의 없었다.
우리 연구실에서는 직접 개발한, 작으면서도 큰 힘을 낼 수 있는 소형 직렬유연구동기(Series-elastic Actuator)를 적용해, 세계 최초로 유연관절을 가진 23자유도 Full-body Compliant Humanoid인 ‘COMAN’을 개발했다.
우리가 연구하는 분야는 이러한 유연관절을 지닌 여유자유도 휴머노이드 시스템의 전신 제어 성능을 향상시키고 다양하고 진보된 매니퓰레이션 기술을 개발하는 것이다. 유연관절 로봇은 로봇-인간 상호간의 안전성 외에도, 에너지를 저장했다가 폭발적인 힘을 내거나(로봇의 점프 혹은 해머링 등의 작업), 시스템의 공진을 이용해 에너지 효율을 높인 Periodic Motion을 만드는 등 다양한 가능성을 가지고 있기 때문에 미래의 어플리케이션을 위한 관심과 연구의 필요성이 점차 높아지고 있다.
일례로 이러한 기술은 최근 2015년 DARPA에서 주관한 로보틱스챌린지 결승에 참가한 로봇 WALK-MAN에도 적용이 됐다. WALK-MAN은 키 185㎝, 무게 110㎏, 31자유도의 휴머노이드로, 필자는 DARPA WALK-MAN 매니퓰레이션 팀의 리더로서 유연관절 하드웨어 및 제어기술, 로봇 상반신과 양 손을 이용한 다양한 매니퓰레이션 기술 등을 개발한 바 있다. DARPA 로보틱스 챌린지에서는 WALK-MAN 로봇의 개발이 완성되지 못한 상태에서 출전을 했기 때문에 그 성능을 제대로 보이지 못했지만, WALK-MAN은 향후 큰 가능성을 지닌 휴머노이드로서, 앞으로도 핵심 기술 개발에 동참할 계획이다.
Q. 귀하의 현재 소속에 대해 소개하자면.
A. 현재 Istituto Italiano di Tecnologia(IIT, 이탈리아 공학연구소), Advanced Robotics Department의 Humanoid & Human-Centered Mechatronics Laboratory에 소속되어 있다. 연구실 디렉터는 Dr. Nikolaos Tsagarakis이고 부서 디렉터는 Prof. Dr. Darwin Caldwell이다.
IIT는 2005년에 설립된 이탈리아 정부 산하의 연구기관으로서, 필자가 소속된 Advanced Robotics 부서를 포함해 이탈리아 전국에 10개 그리고 미국 MIT와 Harvard에 2개의 연구소를 보유하고 있다. 우리 부서는 제노바(Genova)의 중앙 연구 본부에 위치하고 있다.
로보틱스(Robotics), 뉴로사이언스(Neuroscience), 약학 개발 및 진단(Drug Discovery Development and Diagnostics), 포터블 에너지(Portable Energy), 환경 보건 및 안전(Environment Health and Safety, Smart Materials), 컴퓨테이션(Computation)의 7가지의 연구분야에 1,400명 이상의 연구 스태프(50 Principal Investigator, 150 researchers, 400 post-doctoral, 500 PhD students)가 활발히 활동하고 있으며, 1억1,000만 유로(약1,430억, 2015년 말 기준) 규모의 자본을 운영하고 있다.
소속된 Advanced Robotics 부서는 Darwin Caldwell 교수의 지휘 하에 ▲Humanoids & Human-centred Mechatronics ▲Actuation and Power Systems ▲Haptic and Interaction Technologies ▲Learning and Interaction ▲Dynamic Legged Systems ▲Biomedical Robotics ▲Virtual Reality ▲Continuum Robotics 등을 주제로 8개의 연구실이 운영 중이며 30여개 이상의 프로젝트를 수행하고 있다.
필자는 Nikos Tsagarakis 박사가 담당하는 Humanoids & Human-centred Mechatronics 연구실에 소속되어 있으며, 본 연구실은 최초의 다자유도 유연관절 로봇인 COMAN과 다양한 인지, 학습 능력을 지닌 ‘iCub’, 최근 DARPA 로보틱스 챌린지(DRC)에 참가한 WALK-MAN 등의 휴머노이드들을 직접 개발했다.
이들 휴머노이드 로봇은 IEEE Spectrum에 수차례 소개된 바 있으며, 또한 최초로 유연관절과 능동 댐퍼를 결합한 구동기를 개발 적용한 ‘CompAct Arm’, 유압식 4족 보행 로봇 ‘HyQ’, 이외에도 다양한 종류의 직렬 연성 구동기(Serial Elastic Actuator)와 강성 변화 구동기(Variable Stiffness Actuator)를 보유하고 있다.
Q. 연구를 진행함에 있어 어떠한 자부심 혹은 보람을 느끼고 있나.
A. IIT는 이탈리아에서 가장 큰 국가 연구소이고, 그중에서 필자가 속한 로보틱스 부서의 연구실은 다수의 로봇을 직접 개발해 보유하고 있어 유럽 내에서는 손꼽힌다. 우선 이런 연구기관에 속해 연구를 하고 있다는 것에 자부심을 느끼고, 특히 최근 DARPA 로보틱스 챌린지 이후에 휴머노이드에 대한 관심이 더욱 높아지고 있어 휴머노이드 연구자로서 보람을 느끼고 있다.
Q. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있다면.
A. 현재 연구를 진행하고 있는 휴머노이드 분야를 좀 더 확장시켜, 로봇이 불확실한 환경에서 보다 다이나믹하면서도 안전하게 동작할 수 있는 전신 제어 방법에 대한 연구를 해나갈 예정이다. 로봇과 함께 작업 공간을 공유하는 사람 뿐 아니라, 로봇 자체에도 안전성을 부여할 수 있는 하드웨어 및 제어 기술들에 대한 것이 그 핵심이 될 것이다.
기계·건설공학연구정보센터 www.materic.or.kr
최근 이진오 박사가 참여한 논문의 서지 정보
- Jinoh Lee, Pyung Hun Chang, Rodrigo S. Jamisola Jr, 「Relative Impedance Control for Dual-Arm Robots Performing Asymmetric Bimanual Tasks」, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.61, No. 7, pp.3786~3796, July 2014
(http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=6523093)
- Jinoh Lee, Pyung-Hun Chang, 「Redundancy Resolution for Dual-Arm Robots Inspired by Human Asymmetric Bimanual Action: Formulation and Experiments」, 2015 IEEE International Conference on Robotics and Automation(ICRA 2015), pp.6058~6065, Seattle, USA, May 26-30, 2015
(http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=7140049)
- Jinoh Lee, Arash Ajoudani, Enrico Mingo, Alessio Rocchi, Alessandro Settimi, Mirko Ferrati, AntonioBicchi, Nikolaos Tsagarakis, Darwin G. Caldwell, 「Upper-body Impedance Control with Variable Stiffness for a Door Opening Task」, 2014 IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots (Humanoids 2014), pp.713~719, Madrid, Spain, November 18-20, 2014
(http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=7041441)
- Jinoh Lee, Houman Dallali, Maolin Jin, Darwin G. Caldwell, Nikos Tsagarakis, 「Robust and Adaptive Whole-body Controller for Humanoids with Multiple Tasks under Uncertain Disturbances」, 2016 IEEE International Conference on Robotics and Automation(ICRA 2016), Stockholm, Sweden, May 15~21, 2016(To be Presented)
