최혁렬 교수가 최근 개발에 성공한 포스토크센서는 10㎜의 초소형 센서 속에 힘과 토크를 측정할 수 있는 기능을 집약함으로써 세계 로봇업계를 놀라게 했다. 지난해 한국기계기술단체총연합회 선정 ‘올해 10대 기계기술’의 영예를 안기도 한 이 기술은 높은 외산의존도를 보여주던 포스토크센서를 국산화한데 이어 더욱 진보시켰다는 평을 듣고 있다. 이에 본지에서는 최혁렬 교수를 만나 그가 진행하고 있는 연구들을 들어봤다.
취재 정대상 기자(press2@engnews.co.kr)
성균관대학교 기계공학부 최혁렬 교수
1984. 서울대학교 기계공학과 졸업
1986. KAIST 기계공학 석사
1994. 포항공과대학 기계공학 박사
1993 ~ 1995. 일본 문부성 초청 국비 유학생(교토대학)
Q. 귀하에 대한 소개.
A. 서울대학교 기계공학과에서 학사를 수료하고, 이후 한국과학기술원(KAIST)에서 진동, 비전 등에 대한 연구를 진행했다. 이후 포항공과대학교(Postech) 박사 과정에서 염영일 교수님 및 정완균 교수님을 만나며 로봇 분야에 대한 연구를 진행하기 시작했다. 박사과정 중 일본 교토대학교의 저명한 로봇공학자 츠네오 요시카와(恒雄吉川 ロボット) 교수님으로부터 수학을 하고, 이후 포항공대에서 박사학위를 취득한 이후 일본에서 포스닥으로 있었다.
지난 1995년 성균관대학교 기계공학부 교수로 오면서 지능로봇&메카트로닉스시스템연구소(Intelligent Robotics & Mechatronic System Lab, IRMS)를 설립, 현재까지 연구를 진행하고 있다.
Q. 주요 연구 분야에 대해 소개하자면.
A. 최근 주력하고 있는 분야는 인터랙션 센싱(Interaction Sensing) 분야이다. 로봇과 사람 또는 로봇과 로봇 간의 물리적인 상호작용(힘, 토크, 거리등)을 측정하는 기술이다. 이 외에도 소프트로보틱스, 파이프 배관 로봇, 케이블 클라이밍 로봇 등도 주요 연구 분야이다.
Q. 고가의 외산 제품이 사용되던 F/T센서의 국산화로 로봇 분야의 이목을 집중시키고 있는데.
A. 협동로봇 등 기존에 F/T센서가 필요한 분야에 사용되던 제품들은 대부분 고가의 외산 제품이었다. 그러나 우리는 ‘소모할 수 있는 센서(Disposable Sensor)’를 콘셉트로, 외산인 A社 제품대비 1/10 수준의 가격으로 동등한 성능의 포스토크센서(이하 F/T센서)를 개발하는데 성공했다.
한편 우수한 성능 및 합리적인 가격과 더불어 센서의 내구성도 대폭 상승시켰다. 인터랙션 센싱에 있어 센서의 충돌로 인한 파손은 해결해야 될 과제 중 하나로, 개발된 센서는 낙하하거나 망치로 충격을 가해도 견딜 수 있을 정도로 견고하다.
최혁렬 교수가 개발한 6축 F/T 센서
뿐만 아니라 사용자 편의성을 극대화시킨 것도 이 센서의 중요한 특징이다. F/T센서 내부에 신호처리 알고리즘(Signal Processing)과 캘리브레이션(Calibration), 신호처리(Signal Conditioning)가 모두 포함되어 있어 사용자들은 센서를 플러그인하면 바로 사용할 수 있다.
사용하기 쉽고, 기능이 우수한 F/T센서를 경제적인 가격에 공급함으로써 사용자들이 센서에 이상이 생겼을 때 센서를 고치기 위해 전전긍긍하지 않고, 손쉽게 교체할 수 있도록 하는 것이 이 연구의 목표이며, 이미 유저들의 요구가 점차 증가하고 있기 때문에 향후 가격은 더욱 낮아질 것으로 전망된다.
Q. 지난해 ‘올해 10대 기계기술’로 선정된 바 있다. 어떠한 기술인가.
A. 지금까지 세계에서 가장 작은 F/T센서는 16㎜ 사이즈였다. 그러나 우리는 크기가 10㎜에 불과한 F/T센서를 개발하는데 성공했다.
최근 세계적으로 개발 붐이 일어나고 있는 외과수술로봇 등을 살펴보면, 실제 환자와 접촉하는 슬레이브부의 엔드이펙터가 매우 미세해서 센서가 부착되기 힘들었다. 그러나 우리가 개발한 이 10㎜ 사이즈 F/T센서에는 센싱을 위한 모든 기능들이 포함되어 있으며, 이처럼 수술로봇의 포스 피드백을 위한 초소형 센서는 전 세계에서 우리 연구실만이 해답을 제시할 수 있다고 자부한다.
지름 10㎜의 6축 F/T 센서가 적용된 외과수술로봇 도구
Q. 인터랙션 센싱은 언제부터 연구하기 시작했으며, 현재 반응은 어떠한지.
A. 지난 10년 이상 이 분야에서 연구를 지속해왔다. 현재는 우리 연구가 제품화된 F/T센서들이 한국과학기술연구원(KIST), 한양대학교, 한국과학기술원, 포항공대, 고려대 등 유수 연구계 및 학계에서 사용되고 있고, 현재 국내에서 활약하고 있는 협동로봇 제조사에도 우리 기술이 접목되어 있다.
Q. 지난해 IEEE ICRA 최우수 논문상 수상, 10대 기계기술 선정 등 연구 성과를 대내외적으로 인정받았다. 소감이 어떤가.
A. 오랫동안 개발해왔던 연구성과들이 인정을 받는다는 것은 매우 기쁜 일이다. 특히 산업계로부터 인정을 받았다는 것은 아주 뜻 깊은 일이라고 생각한다.
로봇 텍스트북에 게재된 제어 기술은 위치제어와 힘제어로 크게 나눌 수 있다. 하지만 힘제어 분야의 경우 텍스트북 내 제어 파트의 절반에 달하는 비중을 차지하고 있음에도 불구하고 대부분의 학생들이 경험을 제대로 하지 못하고 졸업을 하는 경우가 많다. 실제 F/T센서를 사용하지 못하기 때문에 힘제어 연구를 진행하지 못하는 것이다. 이러한 문제점은 저렴하고 실용적인 F/T센서가 개발되면 모두 해결될 수 있는 문제다.
이러한 F/T센서를 국산화하고, 매우 경제적인 가격에 공급함으로써 로봇업계가 보다 하이엔드 기술을 구현할 수 있는 저변을 다지는데 일조할 수 있었다는 점은 개인적으로도 매우 즐거운 일이다. `
6축 F/T 센서가 적용된 Allegro Robot Hand
Q. 앞으로의 연구방향은.
A. 실제 현장에서 사용가능한, 상품화될 수 있는 연구 쪽에 집중할 계획이다. 연구를 통해 개발된 기술로 제품을 만들고, 실제로 사용하는 방향으로 지속적으로 발전하려고 한다. 인터렉션 센싱과 관련해서는 로봇의 관절에 내장될 수 있는 초박형 토크 센서, 로봇의 안전을 위해 상대물과의 거리를 측정할 수 있는 근접센서 등을 상용화 수준으로 개발하고자 한다.
또한 현재 파이프 내부에 투입되어 여러 작업을 수행할 수 있는 인파이프로봇의 경우 올해 상용화를 목표로 하고 있고, 또한 개발된 케이블 클라이밍 로봇 역시 인천 영종도에서 실 테스트를 완료했다.
Bidirectional Touch Interface ‘Active Skin’
한편 이러한 전문서비스로봇 영역과 더불어 최근 로봇업계의 화두로 부상하고 있는 소프트로보틱스 분야에서도 가시적인 성과가 드러날 것으로 기대된다.
소프트로보틱스는 최근 이슈로 떠오르고 있는 분야이지만, 개인적으로는 이미 10여년 전부터 이 분야에서 연구를 진행해왔다. 이 분야의 주목할 만한 이슈는 소프트 액추에이터 연구와, 응용 어플리케이션의 개발이다. 우리는 폴리머 타입의 소프트 액추에이터와 햅틱 기술을 접목, 최근 사회적인 이슈로 부각되고 있는 일인미디어 분야에서 단순히 시각적인 인터랙션을 넘어 새로운 공감을 얻을 수 있는 디바이스를 준비하고 있다.
이처럼 다방면으로 확장할 수 있는 원천기술, 즉 저변을 지속적으로 연구할 계획이다.
성균관대학교 IRMS http://mecha.skku.ac.kr / www.facebook.com/SKKU.IRMS/
