KAIST, 촉감 신호 인공지능 신경망으로 처리 ‘대면적 로봇 피부’ 시연

KAIST(총장 이광형)는 기계공학과 김정 교수 연구팀이 메사추세츠 공과대학(MIT), 슈투트가르트 대학교(Univ. of Stuttgart)의 연구자들과 공동연구를 통해 `넓은 면적에 대해 다양한 외부 촉각 자극을 인지할 수 있으며, 칼로 베어져도 다시 기능을 회복할 수 있는 로봇 피부 기술'을 개발했다.
 
연구 배경

로봇이 인간과 동일한 작업 공간을 공유하고 사람과 물리적으로 상호작용하기 위해서는 유연 소재 기반의 로봇 피부(촉각 센서)를 사용하는 것이 필수적이다. 유연 소재는 실제 사람의 피부와 유사한 느낌까지 줄 수 있으므로, 로봇을 위한 유연 촉각 센서를 만드는 연구들이 많이 수행되어왔다. 하지만 지금까지 보고된 주류 촉각센서들은 실제 협업용 로봇에 배치하기에는 대부분 내구성이 떨어지고 제작 과정이 복잡하다는 한계점이 있었다.

연구팀은 이러한 문제를 극복하기 위해 단층촬영법을 활용하는 로봇 피부를 활발히 연구해오고 있다. 단층촬영법이란 투과파를 사용하여 여러 방향으로부터 데이터를 얻고 이를 바탕으로 물체 내부의 정보를 간접적으로 재구성하는 기술이다. 연구팀은 이러한 단층촬영법 기술 (EIT, PAT)에 인간 피부에 영감을 받은 생체모사 다층구조를 접목하여, 높은 내구성과 뛰어난 제작성을 보이면서도 사람과 유사한 수준의 촉각 및 치유 능력을 갖는 새로운 개념의 유연 로봇 피부를 개발했다.

연구 내용

하이드로젤은 90% 이상이 물과 전해질로 이루어진 초친수성 폴리머로, 사람과 매우 비슷한 물성을 가지면서도 전류와 진동을 전달하는 특징을 가지고 있다. 연구팀은 하이드로젤의 아래쪽에 복수의 전극과 마이크를 배치하여, 로봇 피부의 표면73에 가해진 자극에 의해 발생한 변형이나 진동을 간접적으로 측정하는 방식을 제안했다.

또한 연구팀은 측정 데이터에 단층촬영법 알고리즘을 적용하여 실제 로봇 피부에 가해진 자극을 2차원 이미지로 실시간 재구성하는데 성공했다. 이 외에도, 개발된 로봇피부는 칼처럼 날카로운 물체에 의해 찢어지더라도 사람의 피부와 같이 치유가 가능했다. 다층구조의 내부에는 전선과 같은 요소 없이 실리콘과 하이드로젤만으로 이루어져있어, 손상 부위의 기계적/전기적 연결을 재건하는 것만으로도 센서의 외형과 기능을 완벽히 복원하는 것이 가능했다.

 
기대 효과

연구에서 개발된 생체모사 로봇 피부는 기존의 촉각 센서들과 비교하여 높은 내구성과 확장성, 안정성 등을 갖는 혁신적인 기술이다. 연구팀은 제안된 구조를 바탕으로 매우 낮은 측정 요소 밀도만으로도 인간의 피부와 비슷한 수준의 촉각 해상도를 달성했으며, 약한 진동부터 강한 압력까지 다양한 자극을 모두 측정할 수 있었다. 이러한 기술을 로봇에 도입한다면 물리적 인간-로봇 상호작용의 수준을 획기적으로 향상시키고, 협업용 혹은 서비스 로봇의 상용화를 앞당길 것이라 기대된다.