인간형 로봇의 연구
‘왜 인간형 로봇은 인간과 같은 자세와 모습을 필요로 하는가?’ 여기에 대한 답은 2가지가 있다. 일상 작업을 목적으로 하는 로봇이라면 ‘인간과 같은 환경에서 활동하기 때문’이지만, 사람과 상호작용을 목적으로 하는 로봇이라면 ‘인간이 상호작용하기 쉬운 자세와 모습이 인간형이기 때문’이 된다. 후자의 답이 최근 일부에서 연구가 활발히 진행되고 있는 인간형 로봇 연구의 기본 가설이 되었다.
인터페이스(BMI: Brain Machine Interface)의 연구와도 관련을 가져 나가고 있다. Geminoid는 원격 조작형
Android Repliee Q2
Android이지만, BMI 기술을 이용하면 인간의 뇌 반응과 Geminoid를 직접 연결하여 줄 수도 있다. 로봇이 Android처럼 복잡화가 되면 문제가 되는 것이 제어방법이다. 실제로도 다수의 공기 액추에이터를 갖춘 Android의 제어는 어렵다. 공기로 구동되기 때문에 DC 서보모터와 같이 정확하게 작동하지는 않는다. 다른 액추에이터가 작동하면 그 주변의 액추에이터 동작에도 영향을 준다.
인간은 보다 많은 근육 및 감각기관(로봇으로 말하면 Actuato일본 Honda가 인간형 로봇 ASIMO를 개발한 이래 일본에서는 인간형 로봇에 관한 연구개발이 급속한 성장을 하기 시작하였다. 인간형 로봇 연구개발 당초 목적은 어려운 2족 보행에 의한 이동수단을 실현하는 것이었다. 인간의 자세와 모습을 갖추고 인간이 일상적으로 하는 작업을 대신할 수 있도록 하는 것이었다.
그러나 일상적인 작업을 대신토록 하는 목적의 실현은 아직 먼 과제이다. 일상적인 작업을 대신하는 로봇은 각각의 작업에 특화된 형태를 갖춘 로봇으로 충분하기 때문에 인간형 로봇 연구개발의 목적이 작업 중심에서 인간과의 상호작용으로 연구의 초점이 이전되고 있다. ‘왜 인간형 로봇은 인간과 같은 자세와 모습을 필요로 하는가?’ 여기에 대한 답은 2가지가 있다. 일상 작업을 목적으로 하는 로봇이라면 ‘인간과 같은 환경에서 활동하기 때문’이지만, 사람과 상호작용을 목적으로 하는 로봇이라면 ‘인간이 상호작용하기 쉬운 자세와 모습이 인간형이기 때문’이 된다. 후자의 답이 최근 일부에서 연구가 활발히 진행되고 있는 인간형 로봇 연구의 기본 가설이 되었다.
2009년 일본의 산업기술총합연구소에서 개발한 인간형 로봇 HRP-4는 신장 158cm, 체중 43kg이며, 관절 위치 및 치수를 일본인 인체 치수 데이터베이스의 청년 여성의 평균치를 참고하여 인간에 가까운 외관을 실현하였다. 오락 (Entertainment)분야, 인간 시뮬레이터로서 인간용 기기의 평가, 인간의 동작을 보조하는 기계에 응용이 기대되고 있다. 단순한 일상작업이 아닌 인간관계를 의식한 설계로 변해가고 있다. 일본 (주)Kokoro와 Ishiguro가 공동으로 개발한 인조인간 Android Repliee Q2는 동작만이 아니고 외관도 중요하기 때문에 외관 문제를 연구하기 위하여 개발한 로봇이다.
로봇 외관 연구에서 문제가 됐던 것은 ‘섬뜩함의 계곡(Bukimi no tani)’이다. 로봇은 외관에 맞는 동작을 할 필요가 있지만, 균형을 맞추지 못하면 로봇은 섬뜩한 혐오감을 갖게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 꾸준한 연구 끝에 만들어 낸 것이 제미노이드(Geminoid) Hi-1로 실제인간과 매우 유사한 Android이다.Android Science에서는 과학과 공학이 공존한다. 보다 인간다운 Android를 실현하기 위해서 인지과학 및 뇌과학의 지식을 필요로 한다. 개발된 Android는 인지과학 및 뇌과학의 가설을 검증하는 시험대 역할을 하는 것이다.
최근 Android 및 Geminoid의 연구는 더욱 발전해서 뇌-기계r 및 Sensor)을 가지고 있어도 그 복잡한 신체를 교묘하게 제어하고 있다. 사람은 태어난 직후에는 자신의 몸을 충분히 제어하지 못하지만 몇 년 지나면서 자신의 몸을 제어하는 방법을 학습하여 나간다.Asada 등이 개발한 지능발달 로봇 CB2는 발달하는 소프트웨어를 개발하기 위한 시험용으로 만든 로봇이다. 전신에 56개의 공기 액추에이터, 약 200개의 피부 센서, 2개의 카메라, 2개의 마이크로폰, 소리를 내는 인공성대를 갖춘 매우 복잡한 로봇이다. 몇 가지 연구 성과보고에 의하면, 로봇의 복잡한 기구 때문에 자기 스스로의 힘만으로 운동을 하는 것은 어렵다. 로봇이 도우미의 도움을 받으면서 발전하는 운동을 학습하기 위해서 어떠한 제어가 필요한가를 연구하고 있다.
종래의 로봇 연구는 시각이나 청각 등 개개의 감각적 경험의 특별한 형태인 모달리티(Modality)에 주목해서 각각 독립적으로 그 기능을 실현해 왔다. 그러나 인간은 복수의 모달리티를 동시에 학습하고 있다. 실제로 복수의 모달리티를 동시에 학습하는 기능을 로봇에 실장하면 개개의 모달리티를 학습하는 것보다도 훨씬 빠르게 학습가능하다는 것이 확인되고 있다.
로봇 CB2는 갓난아기가 성장하는 과정에서 힌트를 얻어 개발한 것이다. 그러나 인간과는 근본적으로 차이가 있다. 가장 큰 차이는 노이즈(Noise)의 이용이다. 생체 시스템은 분자에서 세포, 개체, 더구나 사회 수준에 이르기까지 노이즈를 교묘하게 이용해 나가면서 그 복잡한 시스템을 극히 적은 소비전력으로 제어하는 것이다.
예를 들면, 사람의 뇌는 1W의 전력만 있으면 되지만 이보다 뛰어나지 못한 슈퍼컴퓨터는 50,000W의 전력을 필요로 한다. 지금까지 인간이 만든 인공물은 아주 많은 에너지를 소비하면서 노이즈를 제어 해왔다. 그러나 생체 시스템은 노이즈를 제어하는 것이 아니라 오히려 적극적으로 이용하고 있다. 이와 같이 노이즈를 이용하는 메커니즘을 ‘유라기(Yuragi)’라고 부른다.
유라기에 의해서 종래의 제어방법으로는 불가능했던 복잡한 로봇의 제어가 가능하게 되었다. 로봇 팔의 경우 인간
뼈의 구조와 근육의 배치를 모방해서 26개의 액추에이터로 구성하였다. 복잡성 때문에 종래의 방법으로는 제어가 불가능하였으나 유라기 제어방법에 의해서 팔을 빙빙 돌릴 수 있도록 제거가 가능하게 되었다.지금까지 인간형 로봇에서 인간 흡사형 로봇, 인지발달 로봇, 생체 모방형 로봇에 대한 연구를 소개하였다. 인간형 로봇의 연구는 그 자체가 인간 이해의 연구가 되기도 한다. 앞으로 관련분야와의 연계를 더욱 밀접히 해나가면서 새로운 인간 이해의 연구로서 발전해 나갈 것으로 기대한다.
자료 : 한국과학기술정보연구원 전문연구위원 심영일(apsim@reseat.re.kr)
출처 : 石黑 浩, “人間型ロボットの硏究”, 「精密工學會誌(日本)」, 76(1), 2010, p.20~23
