시각 기반 제어 기술을 탑재한 ‘마루-Z’
인지로봇센터의 휴머노이드 로봇
“너, 감각 있다”
KIST 인지로봇센터 유범재 박사
Q 지금까지 개발한 휴머노이드 로봇은 어떤 기능들을 가지고 있나.
우리가 개발한 네트워크 기반의 휴머노이드 로봇은 위치인식, 음성인식, 얼굴과 물체인식뿐만 아니라 간단한 동작인식, 촉각인식 등이 가능하다. 물체인식은 그냥 인식만 하는 것이 아니라 이 물체가 어떤 물체이고, 지금 어느 곳에 어떻게 놓여있는지에 대한 정보까지 인식할 수 있다.
2010년 초에 시각 기반 제어 기술을 탑재한 ‘마루-Z’를 공개했는데, 이 로봇은 주인이 “토스트 가져와”라는 말을 하면 그 말을 인식해 전자레인지에 가서 빵을 집고 쟁반에 담아 주인에게 갖다 준다. 이처럼 원하는 목적지로 이동할 수 있는 자율보행 능력과 전자레인지를 찾아 문을 열고 음료수 컵을 잡을 수 있는 인식 및 시각 기반 조작 능력도 갖춰져 있다.
Q 이러한 휴머노이드 로봇의 기능들은 대부분 비전/센서를 이용한 것인가.
휴머노이드 로봇의 눈 부분에 스테레오 카메라가 장착되어 물체들을 인식할 수 있다. 머리 윗부분에는 ‘스타게이저(StarGazer)’라고 하는 위치인식 시스템이 있다. 이를 통해 정해진 경로를 따라 걸어갈 수 있고, 몸 전체의 균형을 위한 자세센서, 로봇의 각 관절 속에 위치센서들이 들어있다.
가슴 부분에는 대각선 방향으로 스캔이 되는 레이저센서를 달아 다양한 거리에 있는 장애물을 감지할 수 있다. 음성인식은 가슴 부분에 설치된 마이크를 통해 가능하고, 별도의 센서를 이용하지 않고 로봇의 팔이나 손에 장착된 액추에이터에 흐르는 전류의 양을 측정해 일정한 힘으로 균형을 유지하면서 물건을 집어 올리는 것을 가능하게 한다. 로봇에 탑재된 센서를 통해 입력된 영상, 음성 등의 데이터를 무선 네트워크를 통해 외부 서버로 보내면 고속처리가 가능한 외부 서버에서 다양한 데이터를 분석, 처리하고 그 결과를 바탕으로 추론, 판단하여 무선 네트워크를 통해 로봇으로 운동명령을 보냄으로써 로봇이 그 명령에 따라 사람 혹은 환경에 필요한 동작을 수행하게 된다.
Q 미래로 갈수록 일상생활에 가깝고, 인간과의 교감이 큰 로봇에 대한 관심이 생긴다. 비전/센서를 통해 로봇의 진정한 오감을 실현시킬 수 있을지.
서비스 로봇은 주로 시각, 청각, 촉각의 세 가지 감각을 이용해서 일을 잘 할 수만 있어도 일상생활에 큰 도움이 될 것이다. 이런 감각을 인지할 수 있도록 하는 것이 바로 다양한 센서 및 신호처리 기술인데, 문제는 이 기술들이 아직까지 실제 환경에서 사용할 수 있을 만큼 신뢰성이 많이 올라가지 않았고, 미각과 후각에 관련된 센서는 아직 안정화된 것이 없다. 각각의 맛이나 냄새 등을 어떻게 측정할 것인지에 대한 원리 규명이 어렵기 때문에 원리 규명을 위한 연구를 하고 있다고 들었다.
Q 서비스 로봇에서 비전/센서는 얼마나 중요한 역할을 하는 것인가.
서비스 로봇이라는 것은 기본적인 전제는 인간하고 함께 생활하면서 인간에게 서비스를 제공해줄 수 있는 로봇이다. 때문에 서비스 로봇은 인식과 인간과의 상호작용 능력이 굉장히 중요하고 그런 감각적인 기능들이 있어야 사용자에게 의미 있는 서비스를 할 수 있는 것이다.
이러한 감각적인 기능은 다양한 센서를 통해 이루어지는데, 비전/센서가 없다면 로봇은 주변 환경에 대한 정보가 없기 때문에 그냥 우리가 시키는 일만 반복해주는 그런 일만 하게 된다. 때문에 서비스 로봇에서 비전/센서는 정말 중요한 역할을 하고 있다고 말할 수 있다.
Q 국내에서 휴머노이드 로봇에 들어가는 센서 개발의 현황은 어떤가.
초음파센서, 자세센서, 스타게이저와 같은 위치인식 센서 정도는 국내에서 개발돼 상용화되고 있다. 그 외의 센서들은 외국에서 수입해서 쓰고 있다. 스테레오 카메라는 국내에서 개발이 시도되었지만 아직 제품화 되지 않았고 힘-토크 센서는 수요가 많지 않아 개발의 어려움이 있는 것 같다. 독일이나 일본 등에서 이런 비전과 센서 기술이 많이 발달돼 있어 따라잡기가 그리 쉽지만은 않을 것 같다.
Q 서비스 로봇에 들어가는 비전/센서 개발이 앞으로 어떻게 발전되어야 한다고 생각하나.
비전/센서의 종류가 많은데 이미 다른 나라에서 개발된 것도 많고, 지금은 국내의 수요가 적어 개발이 어려운 것들도 있다. 물론 부품 하나하나가 국내개발이 되면 좋겠지만, 지금으로써는 좀 더 경쟁력을 가질 수 있는 것에 집중하는 것이 무엇보다 필요하다고 본다.
서비스 로봇이 가정에서 일을 한다면 일을 해야 하는 곳까지 이동해야 할 것이고 거기에 갔을 때 어떤 물체들이 어디에 있는지 인식해야 되고 작업을 해야 된다. 그래서 비전이나 센서를 통해 그러한 정보를 읽어 해석하고 결과를 도출한다. 결국은 비전/센서가 프로그램화되어 로봇을 움직이게 하기 때문에 서비스 로봇에 어떤 가치를 부여하는 것이 소프트웨어가 된다. 따라서 이미 개발된 비전/센서 등을 활용하여 로봇이 그것들을 잘 운영하고 응용할 수 있도록 해주는 소프트웨어적인 개발이 우리의 경쟁력을 높일 수 있는 방법이 될 것이다.
Q 마루-Z는 앞으로 어떻게 더 업그레이드가 될 것인가.
독일의 한 기업은 팔의 관절에다 힘 토크센서를 하나씩 다 붙여서 움직일 수 있도록 했는데 그 팔 하나가 1억5천만원 정도다. 가격이 너무 비싸다. 우리가 개발한 연구성과 중에 팔에 장착된 액추에이터에 흐르는 전류 정보를 이용해서 마치 힘 토크센서가 있는 것처럼 구현한 것이 있다. 겉으로 볼 때는 아무 센서가 없지만 그 안에는 모터의 전류를 계속 읽어 들여서 접촉/충돌 시에도 팔이 안정적으로 움직일 수 있도록 했다. 또한 물체인식 같은 경우엔 이차원 영상 정보에 그 물체에 대한 거리정보를 함께 이용해서 신뢰도를 높였다. 이처럼 지금까지 해왔던 방식에다 다른 방법들을 더하거나 새로운 접근방식을 제시하여 더 업그레이드되고 가격적인 면에서도 고민을 계속할 것 같다.
또한 양팔과 양손이 자유자재로 함께 움직여 작업할 수 있게 하는 지능과 방법을 연구하고, 손끝에다 피부센서 등을 붙여서 접촉, 압력, 온도 등의 감각을 인지할 수 있도록 추가할 것이다.
Q 휴머노이드 로봇 개발에 있어 향후 목표 및 방향은.
우리가 개발하는 휴머노이드 로봇은 전 세계에서 우리나라의 로봇기술이 이만큼 앞서가고 있다는 것을 알릴 수 있는 일종의 상징이다. 이 휴머노이드 로봇 전체를 제품화하는 것은 시간이 많이 걸리겠지만, 이 속에는 다양한 원천기술이 들어가 있고 이는 어느 로봇에도 적용할 수 있는 유연성과 확장성을 갖추고 있기 때문에, 이 기술들을 활용한 제품화가 될 수 있도록 개발하고 싶다.
또한 휴머노이드 로봇 기술을 통해 인간에게 친숙한 방법으로 필요한 서비스를 제공할 수 있는 예를 들어 노약자들을 돕기 위한 생활지원 로봇 등 실용적으로 이용되도록 제품화 될 수 있도록 노력할 것이다.
한국과학기술연구원 www.kist.re.kr
