진화하는촉감 로봇

"사람보다 더 잘 느껴요"…진화하는 '촉감 로봇'

 

카메라로 모양·표면·힘 등 촉각 센서로 방향 감지
사람 피부처럼 외부 자극 실시간 반응하는 로봇 손
달팽이관 구조 모방해 다양한 진동 로봇 손에 전달

손끝에 닿는 감촉으로 어떤 물체인지 알아내고 정서적으로 교감을 할 수 있는 로봇용 투명 피부까지 등장했다. 로봇 손의 감각이 날로 예민해 지면서 로봇이 느낄 수 있는 촉각은 더욱 무궁무진해질 전망이다. (사진=셔터스톡).

손끝에 닿는 감촉으로 어떤 물체인지 알아내고 정서적으로 교감을 할 수 있는 로봇용 투명 피부가 등장했다. 국내외 과학자들은 다양한 센서를 적용해 사람처럼 촉감을 감지하는 로봇 손을 개발하면서 로봇 손의 감각이 갈수록 섬세해지고 있다. 

딸기 표면의 씨앗까지 감지해…로봇 손, 풍부한 촉각 기능 갖춰

로봇이 느낄 수 있는 촉각은 더욱 무궁무진해질 전망이다. 미국 매사추세츠공과대(MIT) 컴퓨터과학·인공지능 연구소(CSAIL)는 이달 초 열린 국제전기공학회(IEEE) 국제 콘퍼런스에서 "여러 감각 기능을 갖춰 사람의 손처럼 물체를 잡을 수 있는 로봇 손을 개발했다"고 밝혔다. 

손가락에 내장된 카메라가 물체의 외형과 표면 거칠기, 가해지는 힘 등을 분석한다. 실제로 로봇 손이 딸기를 들고 있는 동안 표면의 씨앗까지 감지해 냈다. (사진=MIT CSAIL)

연구진은 로봇 손 표면에 유연한 아크릴 소재를 붙이고 손가락에 내장된 카메라가 물체의 외형과 표면 거칠기, 가해지는 힘 등을 분석한다. 실제로 로봇 손이 딸기를 들고 있는 동안 표면의 씨앗까지 감지해 냈다. MIT 연구진은 카메라 눈에 촉각 센서를 더해 물체의 기울어진 방향까지 파악하도록 했다. 로봇 손은 와인 잔을 들었다 내려놓는 실험에서 한 번도 깨뜨리지 않았다. 앞으로 로봇 손이 표면이 약한 과일도 손상을 주지 않고 줍고 얼마나 익었는지 평가할 수 있는 수준까지 개발할 계획이다.

사람의 감각기관을 모방한 로봇 손도 개발되고 있다. 영국 브리스틀대의 네이선 레포라 교수 연구진은 사람의 손끝처럼 느낄 수 있는 로봇 손을 개발했다. 연구진은 3D(입체) 프린터를 이용해 로봇 손가락 표면에 사람 피부처럼 골과 마루 구조를 구현했다. 레포라 교수는 "로봇 손을 통해 수집한 전기신호 기록은 사람의 신경신호와 놀라울 정도로 일치했다"며 "인공 피부를 실제 피부보다 더 정밀하게 만드는 것이 목표"라고 말했다.

MIT 연구진은 카메라 눈에 촉각 센서를 더해 물체의 기울어진 방향까지 파악하도록 했다. 로봇 손은 와인 잔을 들었다 내려놓는 실험에서 한 번도 깨뜨리지 않았다. (사진=MIT CSAIL)

달팽이관 센서로 손가락 촉감까지 로봇 손에 전달해

햅틱 장갑을 통한 아바타 로봇 손 작동. UNIST 연구진은 달팽이관을 모방한 센서로 손의 움직임 뿐아니라 손가락에 물체가 닿는 촉감까지 전달하는 데 성공했다. (사진=UNIST 제공).

UNIST 에너지화학공학과 고현협 교수와 전기전자공학과 김재준 교수 연구진은 귀의 달팽이관 구조를 모방한 인공 피부 센서를 개발했다. 달팽이관 기저막은 두께와 너비, 단단한 정도가 부위별로 달라 소리를 주파수별로 구분해 받아들 수 있다. 이런 특성 덕분에 사람의 동작처럼 느리게 반복되는 저주파 신호뿐만 아니라 빠르게 진동하는 소리와 촉감 같은 고주파 신호도 기계에 모두 전달할 수 있다. 센서가 인식 가능한 주파수 대역은 45~9000 Hz(헤르츠)로, 심전도부터 목소리까지 다양한 생체신호를 포함한다.

연구진은 인공 피부 센서를 햅틱(촉각) 장갑에 적용했다. 사람이 이 장갑을 끼고 손을 움직이면 로봇 손이 동작을 따라한다. 또 로봇 손에 인공 피부 센서를 붙여 유리, 종이, 실크 등 8가지 다른 물질의 질감도 93% 정확도로 구분했다. 고현협 교수는 "인공 피부 센서는 소리가 유발하는 진동도 감지한다"며 "소음 환경에서도 95% 정확도로 사람 목소리만 인식할 수 있어 소음 제거 기능을 탑재한 마이크로도 쓸 수 있다"고 말했다.

소리 듣는 인공피부 센서 사진.(사진=UNIST 제공).

인간-로봇 감정교류 가능한 '감정촉각피부' 사람처럼 교감 가능할까?

사람과 정서적 교감을 할 수 있는 로봇용 투명 피부 기술이 개발되면서 사람과 로봇 간의  촉각적인 감정을 공유할 수 있게 됐다. 최근 한국연구재단은 한국기술교육대학교 김상연 교수 연구팀이 금오공과대학교 최동수 교수, 포항공과대학교 최승문 교수와 협력해 로봇과 같은 전자장치가 사람과 촉각적으로 감정교류를 할 수 있는 '감정촉각피부'를 개발했다고 밝혔다.

감정촉각피부는 어루만지고, 쓰다듬고, 꼬집거나 비틀고 하는 촉각행위 등을 인지할 수 있고 인간의 피부와 유사하게 부드럽고 잘 늘어날 수 있어야한다. 또 장치 본연의 피부색을 그대로 표현하기 위해 매우 투명해야 한다. 이에 공동 연구팀은 음식포장을 위해 사용하는 '랩'에 착안, 원료인 폴리염화비닐 젤(polyvinyl chloride gel)과 물을 용매로 하는 하이드로젤(hydrogel)을 결합해 투명하면서도 잘 늘어나는 감정촉각피부를 개발하는데 성공했다.

고투명, 고신축성 감정촉각피부와 다양한 촉각 제스처에 대한 측정 데이터. 이 감정촉각피부는 쓰다듬기, 두드리기, 꼬집기, 비틀기 등 다양한 촉각 제스처를 측정할 수 있다. (사진=한국연구재단 제공).

또 폴리염화비닐 젤과 하이드로젤의 제조 비율에 따른 특성을 확인했고 투명성과 신축성이 유지되면서 효율적으로 접착할 수 있는 방법도 제시했다. 이어 개발한 촉각 피부를 통해 다양한 촉각 감정 구분 및 감정교류의 가능성을 확인했다. 연구팀은 "폴리염화비닐 젤은 투명하고 늘어나는 센싱물질로 사용됐고 하이드로젤은 투명하고 늘어나는 전극으로 사용됐다"며 "투명하면서 높은 신축성을 가지므로 움직임이 많은 로봇의 관절과 같은 부위에도 탑재해 여러 촉각 제스처를 인지할 수 있다"고 설명했다.

음식물 포장용 랩에 사용되는 물질을 개량시킨 이번 연구 결과는 가격이 저렴하면서 투명하고 잘 늘어나는 장점이 있어 웨어러블 장치, 로봇, 의수, 스마트폰 등 여러 분야에 적용 가능할 것으로 기대된다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(출처:http://www.aitimes.com/news/articleView.html?idxno)