'젊은 로봇공학자(Young Robot Engineer)' 코너는 한국로봇학회와 로봇신문이 공동으로 기획한 시리즈물로 미래 한국 로봇산업을 이끌어 갈 젊은 로봇 공학자를 발굴해 소개하는데 있다.

아홉번째 인터뷰이는 KIST 차영수 박사다. 1981년생인 차 박사는 부산 출신으로 부산광명고를 거쳐 고려대학교와 KAIST에서 전기전자공학으로 학사 및 석사, 2015년 미국 뉴욕대에서 기계공학으로 박사 학위를 받았다. 2005년부터 2007년까지 KAIST 전기전자 연구조교, 2007년부터 20011년까지 KIST에서 연구원, 2011년부터 2015년까지 뉴욕대에서 연구조교를 거쳐 2015년 8월부터 KIST 연구원, 2016년 3월부터 선임연구원으로 재직하고 있다.

주요 연구분야는 △스마트 머티리얼(Smart Materials) △에너지 하베스팅(Energy Harvesting) △센서 및 액추에이터 △유체-구조물 상호 작용(Fluid-Structure Interaction: FSI) △로봇 및 제어다. 저널 '스마트 머티리얼 앤 스트럭처(2015)'으로부터 2013년 최다인용논문(Most Cited Articles)선정, 2015년 URAI (유비쿼터스 & 지능로봇 국제콘퍼런스)에서 젊은 과학자상, SMASIS(Smart Materials, Adaptive Structures and Intelligent Systems) 2012 ASME 컨퍼런스 최우수 학생논문상 등을 수상했다.

▲ KIST 차영수 박사

Q. 최근에 하고 있는 연구에 대해 소개 부탁드립니다.

크게 두가지 연구를 하고 있습니다. 하나는 스마트 머티리얼(Smart Material)을 이용해 플렉시블 센서를 만들어 옷이나 신발 같은데 넣어 사람의 모션이나 포즈, 다른 정보들을 얻는 것을 만들고 있습니다. 이와 관련해 IoT 센서도 같이 연구하고 있습니다. 그리고 또 다른 것은 요즘에 VR, AR이 뜨고 있는데 VR 스페이스와 같이 연동할 수 있는 핸드 모션 인식 착용형 장치를 하고 있습니다. VR 가상 환경에서 물건을 잡기 위해 실제 사람 손이 움직이면 가상의 손(Virtual Hand)도 움직이는 착용형 장치입니다. 그리고 가상의 오브젝트를 버추얼 핸드가 잡았을 때 역으로 사람한테 잡았다는 신호를 손끝에 줘야 되는데, 그런 느낌을 주는 촉감 디스플레이 장치도 개발하고 있습니다. 이러한 것들을 스마트 머티리얼을 사용해 하고 있습니다.

▲ 뉴욕 양키즈 스타디움에서 하는 뉴욕대 졸업식에서 큰아들과 함께한 차영수 박사

Q. 주 관심분야가 스마트 머티리얼인가요? 박사 학위는 에너지 하베스팅(Energy Harvesting : 버려지는 에너지를 수집하여 전기 에너지로 바꿔주는 기술)을 하신 것으로 알고 있는데요.

맞습니다. 주 관심분야가 스마트 머티리얼입니다. 스마트 머티리얼 어플리케이션이 크게 세 가지가 있는데 센서, 액추에이터, 그리고 하베스팅이 있습니다. 대부분의 사람들이 이전에 많이 했던 것은 센서와 액추에이터 부분이고, 에너지 하베스팅의 경우 미국에서 에너지 분야가 뜨다 보니 그쪽도 같이 연구가 많이 진행되어 그쪽을 하였습니다.

Q. 스마트 머티리얼이 무엇인지 설명 좀 부탁드립니다.

간단하게 이야기하면 물질의 특성이 인풋과 아웃풋이 다른 물질입니다. 기계적인 인풋(Input)을 가했을 때 전기적인 아웃풋(Output)이 나오는 것이 라든지, 전기적인 인풋을 가했는데 기계적으로 움직여 주는 것 들입니다.

Q. 그런 게 뭐가 있나요?

대표적인 것이 피에조(Piezo) 머티리얼입니다. 저는 폴리머를 이용해 피에조 특성이 나타나는 물질을 개발해 그것으로 센서나 액추에이터, 에너지 하베스팅을 했습니다. 이런 물질이 독특한 게 보기에는 종이같이 얇은데 전기를 가하면 갑자기 움직이기 시작합니다. 그렇게 움직이는 액추에이션 메카니즘이 예전에 있는 모터와는 다르기 때문에 새로운 로봇을 개발하는데 용이합니다.

Q. 최근 소프트 로봇 같은데서 적용하고 있는 것이 그런 것 아닌가요?

예, 최근에는 스마트 머티리얼 이용해 소프트 로봇을 많이 만들고 있습니다.

▲ 뉴욕대 같은 랩 대학원생들과 함께

Q. 스마트 머티리얼 분야의 최근 동향은 어떤 것이 있나요?

스마트 머티리얼 만드는 방법 중 폴리머를 이용해 만드는 방법이 있는데, 예전에는 종이처럼 얇게 만들어 나왔는데 이제 로봇 같은 것을 만들기 위해서는 형태적으로 달라야하기 때문에 스마트 머티리얼 자체를 3D 프린팅을 합니다. 3D 프린팅 기술이 융합이 돼 폴리머를 3D 프린팅 한 다음, 거기에 전극 구조를 넣어 3D 프린트된 스마트 머티리얼을 만들어 로봇 같이 바로 만들어 버립니다. 다양한 형태의 로봇이나 센서 같은 것도 형태가 달라지기 때문에 예전에는 일반적으로 구부러짐만 센싱했으면 이제는 멀티모달(Multimodal)로 센싱할 수 있는 것들도 개발되고 있습니다. 3D 프린팅을 이용해 멀티 스트럭처를 만드는데, 예전에는 종이처럼 거의 평평한데만 플랫하게 만들었는데 이제는 구조적으로 3D구조를 만드는 쪽으로 많이 진행되고 있습니다. 그래서 소프트 로보틱스도 3D 프린터를 이용해 만들면 더 다양한 형태로 한 번에 만들 수 있습니다.

Q. 유체-구조물 상호 작용(Fluid-Structure Interaction: FSI)도 스마트 머티리얼과 관련이 있는 건가요?

제가 미국에서 했던 연구중 하나가 아이오닉 폴리머 메탈 컴퍼지트(Ionic Polymer Metal Composite)라고 IPMC라고 부르는데, 스마트 머티리얼의 일종입니다. 이 물질이 특이한 것이 물이 있어야만 동작합니다. 물 분자가 폴리머 안에 있다 두 물질이 코릴레이션(Corelation]으로 밴딩 모션이나 센싱을 할 수 있는 겁니다. 그러다보니 이것이 바다나 물에서 사용하는 무엇을 만들 수 있다면 최적의 상황인거죠. 그래서 저희가 했던 것이 폴리머 액추에이터가 움직이는 모션이 물고기 스위밍 하는 것과 비슷합니다. 그래서 로봇물고기 같은데 적용할 수가 있는데, 바로 모터를 쓰지 않고 이것을 사용하면 더 간단하고 심플하게 물고기의 스위밍 모션을 만들 수 있습니다. 미국에서 했던 것 중의 하나가 언더워터 어플리케이션인데 그 물질을 이용해서 물속에서 하는 센싱, 물속에서 하는 에너지 하베스팅, 물속에서 하는 액추에이팅까지 전반적으로 다 했습니다.

▲ 뉴욕 아쿠아리움에서 로봇물고기 전시행사를 마치고 아쿠아리움 관계자들과 함께. 왼쪽에서 두번째가 차영수 박사.

Q. 박사 학위논문 제목이 “IPMC를 위한 물리기반 모델 및 수중 에너지 하베스팅(Physics-based modeling of ionic polymer metal composites for underwater energy harvesting)”인데 간단히 소개해 주신다면.

수중 에너지 하베스팅 중에서 다른 분들은 조력을 이용해 많이 하시는데 제가 했던 연구는 고래나 상어 같은 실제 물고기에 생태학자들이 GPS 센서를 달아 1년 내 어떻게 움직이는지를 체크합니다. 그런데 여기에 배터리가 들어가다 보니 사람들이 배터리가 떨어지면 다시 그 상어를 잡으러 가야되는데 그럴 수 없으니 자체 셀프 파워로 에너지 하베스팅 해 가지고 셀프 파워 센서를 만들어서 붙이면 어떨까, 그러니까 물고기 유영으로부터 에너지 하베스팅을 해 무선 통신으로 정보를 쏴주는 것을 개발했었습니다. 실질적으로 물고기를 바로 실험하기 힘들어 제가 로봇을 했었으니까 물고기 지느러미 로봇을 만들어 어떻게 헤엄칠 때 어느 정도의 에너지가 나오고, 어디에 센서를 달았을 때 에너지가 최고조가 되는지 연구를 같이 했습니다. 뉴욕대 박사과정 당시 저희 지도 교수님이 포로피리(Maurizio Porfiri) 교수님인데 스마트 머티리얼을 사용해 물고기 로봇을 많이 연구하셨습니다. 로봇물고기를 이용해서 실제 물고기들을 이끌기도 합니다.

Q. 고대 전기전자공학과를 졸업하고 KAIST에서 전기전자공학으로 석사학위를 받았는데 로봇을 하게 된 동기는?

석사 받고 병역특례로 취업을 하려고 했는데 새로운 것을 해보고 싶었습니다. 젊을 때 계속 한 분야만 하는 것 보다는 새로운 분야를 해 보는 것이 어떨까 해서 KIST 연구원으로 들어갔습니다. 당시 유범재 박사님이 휴머노이드 로봇 '마루'를 개발할 때인데 같이 참여했었습니다. 제가 임베디드 시스템부분을 담당했었습니다. 그때 로봇을 하다 보니 제가 전자과 출신이라 로봇에 대한 지식이 부족해 미국으로 유학 가면서 기계공학을 선택해 로봇 관련 지식을 더 배우게 되었습니다.

▲KIST에서 연구원으로 재직시 개발에 참여했던 휴머노이드 로봇 '마루'와 함께

Q. 뉴욕대로 가시게 된 계기가 있었나요?

포로피리 교수님이 스마트 머티리얼로 유명하셔서 가게 되었습니다. 학회를 다니면서 봤는데 제가 전자과 출신이다 보니 전자분야를 하면서도 로봇에 좀 더 도움이 되는 게 없을까 하다가 스마트 머티리얼을 찾게 되었습니다. 왜냐하면 스마트 머티리얼 자체는 전기-기계 특성을 동시에 가지고 있습니다. 둘 사이가 인풋, 아웃풋이 되는 건데 전자과 출신이니까 그걸 같이 하게 되면 더 시너지 효과가 날 것 같아 그쪽으로 생각을 했습니다.

Q. 앞으로 연구해 보고 싶은 분야가 있다면.

제가 계속 해보고 싶은 것은 IoT 관련해 사람들 모션 데이터 같은 것을 빅데이터나 AI와 연동해 어떤 커다란 시스템을 만들어 사람을 모니터링 할 수 있는 휴먼 모니터링 시스템을 만드는 것입니다. 센서를 옷에 넣어 웨어러블 센서를 써서 하는 건데 장점은 사실 카메라로도 할 수 있지만 프라이버시를 침해할 수 있어, 저희는 사생활을 침해하지 않으면서도 눈으로는 안보지만 그 사람의 상태를 파악하는 시스템을 만드는 것을 목적으로 하고 있습니다. 그래서 제가 처음에 하고 있던 연구가 사람 모션 센싱하는 것인데 웨어러블 센서를 기반으로 합니다. 그 다음에는 스마트 머티리얼을 이용해 다른 형태의 로봇을 만드는, 소프트 로보틱스에 관련된 것 인데 그런 분야도 계획하고 있습니다.

Q. 향후 유망한 로봇 분야를 꼽는다면.

제가 봤을 때는 소형 생체모방(Biomematic) 로봇이 나증에 사용할 데가 오히려 많지 않을까 생각합니다. 작지만 사람들을 도와줄 수도 있고 아니면 군사용으로 감시나 이런데 사용할 수도 있고 해서 그런 분야가 괜찮지 않을까 생각합니다. 그런 분야에 사용할 로봇을 만들기 위해서는 모터는 한계가 있어 새로운 액추에이터가 필요한데, 그러다 보면 스마트 머티리얼을 이용한 액추에이터들이 많이 필요할 것 같습니다.

Q. 2007년 3월부터 로봇을 연구했으니 이제 10년이 지났습니다. 나에게 로봇이란 무엇일까요?

자식 같은 것 이라고 생각합니다. 저도 결혼해 두 아들을 두고 있지만 왜 자식 같다고 생각하느냐 하면 제가 로봇을 처음 한 것이 휴머노이드인데 로봇을 만들다 보면 사람같이 만들게 되고, 당시에는 밤을 새가면서 동고동락하며 살았습니다. 고장 나면 수리하고 또 동작해서 실험하고 그렇게 살다보니 친구나 자식 같은 그런 느낌이 들었습니다.

▲ 뉴욕에 있는 중학교에서 방과후 활동으로 로봇 물고기 수업중

Q. 로봇을 전공하고자 하는 후배들에게 조언을 해 준다면.

저는 다양한 분야를 같이 융합해 연구하는 게 좋겠다고 생각합니다. 저도 전자과와 기계과를 기반으로 하고 있습니다. 융합연구라는 게 다른 분야를 전공한 사람들이 만나서 같이 해도 되지만 한 사람이 두 가지를 배워서도 융합할 수 있습니다. 요즘 분야 자체가 점점 융합돼서 오잖습니까. 로봇도 점점 융합이 되는 시대이니까 다양한 학문을 같이 융합해서 로봇을 같이 하면 어떨까. 그러면 로봇의 발전도 더 되고, 영역이 더 확장될 수 도 있다고 봅니다. 지금 로봇에 AI도 들어오는데 AI를 따로 공부할 것이 아니라 로봇하는 사람이 AI를 공부하면 융합되어 뭔가 새로운 것이 나오지 않겠습니까.

Q. 앞으로의 꿈과 목표가 있다면.

임팩트 있는 새로운 형태의 로봇을 개발하는 것이 꿈입니다. 좀 다른 형태를 하려고 하다 보니 액추에이터부터 새로운 형태의 스마트 머티리얼을 사용해 새로운 형태의 로봇을 만드는 것 입니다.

Q. 미국 로봇산업 경쟁력은 어디에 있다고 보시나요?

자유로운 분위기, 자유로운 아이디어. 토론문화가 잘 발달되어 있잖습니까. 그래서 새로운 아이디어들이 계속 나오고, 그게 어느 순간 계속 토론하면서 점점 구체화 되어가는 겁니다. 사람이 혼자 생각했을 때는 별거 아닌 아이디어였는데 다른 사람과 토론하고 다른 사람 이야기를 듣다 보면 살이 붙으면서 점점 커지는 겁니다. 처음에는 이게 될까 그랬는데 점점 가능한 쪽으로 아이디어가 되어 갑니다. 저희가 로봇 물고기를 이용하자고 했을 때 생각은 영구적인 센서를 만들어 나중에 고래나 상어를 모니터링 할 수 있게 하자면서 이니셜 스테이지로 실제 물고기가 아닌 생체모방형 로봇 물고기로 테스트 했는데, 그 후 저희 연구를 보고 다른데서는 실제 물고기에다 적용해서 테스트를 했습니다. 그런식으로 발전해간다고 봅니다.

▲ STEM 교육 국제협력을 위한 활동으로 말레이시아 학생들에게 로봇물고기 수업중

Q. 뉴욕대 있으면서 학기 강의도 하셨나 봅니다.

실험수업을 맡아가지고 3학기 동안 강의했습니다. 또 방과후 활동인데 STEM 에듀케이션이라고 대학원생이 중학교나 고등학교 가서 로봇을 가르치게 합니다. 그런 프로그램에 참여해 뉴욕에 있는 중학교에서 로봇 물고기 만드는 강의를 했었습니다. 아이들도 로봇을 배울 기회가 잘 없는데, 참 좋은 프로그램인 것 같습니다. 로봇 물고기인데 저희가 연구하던 것 보다는 더 간단한 구조로 만들어 하나씩 나누어 주고 마지막 수업 끝나면 그 로봇 물고기를 하나씩 가져 갈 수 있습니다. 이 시스템을 말레이시아에서도 도입해 우리를 초청해 가서 가르치기도 했습니다. 말레이시아에 있는 대학원생이나 과학교사들에게 어떻게 가르쳐야 하는지 방법을 강의했습니다. 외관은 3D프린팅 해서 제작을 해서 가고 조립만 할 수 있게 만들었습니다. 그 다음에 조그만 보드에 칩들 꽂아 가지고 할 수 있고 학생들이 코딩 작업을 통해 제어할 수 있는 시스템이었습니다. 특징은 모터로 움직이긴 하지만 물고기 핀 모양을 어떻게 만드느냐에 따라서 빠르고 느림이 결정됩니다. 그런걸 학생들한테 자유롭게 만들게 해서 물고기끼리 경주를 시키기도 했습니다.

Q. 국내 로봇산업 발전을 위한 조언을 한다면.

좀 더 대중에게 다가가야 되지 않을까 하는 생각입니다. 더 멀리 미래를 본다면 결국 학생들이나 사람들이 로봇에 친숙하고, 더 로봇을 연구하고 싶다는 느낌을 갖는 게 좋습니다. 어릴 때 로봇 했던 것들이 나중에 큰 경험이 될 수 도 있으니까 좀 더 대중에게 다가갔으면 좋겠습니다. 제가 예전에 휴머노이드 했을 때 시연을 많이 갔었는데, 로보월드 같은데 가면 시연을 하루에 대여섯번 하는데 그때마다 아이들이 줄서서 기다리고 있습니다. 시연 끝나고 나면 사진 찍으면서 로봇을 하고 싶다고 합니다. 또 로봇을 꼭 하지 않더라도 그 학생들이나 그걸 본 사람들이 나중에 로봇의 수요자가 될 수도 있습니다. 그래서 로봇에 대한 거부감이 없게 좀 더 친숙하게 다가가야 되지 않을까 생각합니다.▒