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

열일곱번째 인터뷰는 육군3사관학교 차도완 교수다. 2002년 육군사관학교를 졸업하고 2006년 영국 웨일즈대학교 대학원에서 전산학 석사, 2007년 동 대학원에서 인공지능으로 두 번째 석사 학위를 받았다. 이후 2014년 KAIST에서 기계공학(웨어러블 로봇)으로 박사학위를 받았다. 2014년 합동참모본부 전력기획부, 합동군사대를 거쳐 2017년부터 현재까지 육군3사관학교 무기시스템공학과 조교수로 근무하고 있다. 육군 미래혁신연구센터 객원연구위원, 육군 Young Board Member이며, 내년 육군 중령으로 진급 예정이다.

주요 연구 및 관심분야는 웨어러블 로봇 및 인공지능(Reinforcement Learning, 강화학습), 그리고 국방로봇 분야 등이다. 2012년 International Conference on Aerospace, Robotics, Biomechanics, Neurorehabilitation, Mechanical Engineering and Manufacturing Systems에서 최우수 논문상, 2013년 Brain Korea 21 최우수상, 2014년 URAI 2014 젊은 과학자상, 2015 국방부 장관 표창, 2018 육군3사관학교 18년 전반기 우수 교수상 등을 수상했다.

Q. 최근 하고 계신 연구가 있다면 소개 부탁드립니다.

최근에는 크게 세 가지 연구를 진행하고 있습니다. 첫째는, 드론이 임의지형에서 자율비행을 함에 있어서 경로를 최적화하는 연구를 진행하고 있습니다. Reinforcement Learning(강화학습)을 적용하여 드론의 자율비행 경로를 최적화하고자, 보다 적은 학습을 통해 경로를 최적화하기 위하여, Reinforcement Learning의 주요 함수들을 정의하고 이와 관련한 핵심 파라미터들을 최적화하는 연구입니다.

▲ 현재 연구 중인 웨어러블 로봇과 인공지능 드론과 관련한 사진,

그리고 또 다른 연구는 웨어러블 로봇 분야로 Reinforcement Learning을 적용하여 웨어러블 로봇과 웨어러블 로봇 착용자의 보조효과 및 상호작용 힘을 분석하고 이를 통하여 개인별 맞춤형 최적 설계 조건을 도출하기 위한 연구를 진행하고 있습니다. 아울러, 착용자의 동작의도를 보다 빠르고 보다 정확하게 인식하기 위한 연구를 진행하고 있습니다.

▲ 현재 연구 중인 웨어러블 로봇과 인공지능 드론과 관련한 사진,

마지막으로는 로봇과 인공지능을 이용한 국가안보 측면에서의 미래전략에 대하여 연구를 진행하고 있습니다. 로봇을 이용하여 어떻게 전쟁을 억제하며 전쟁을 수행을 할 것인지, 로봇과 인공지능의 발전을 통하여 국가안보 측면에서 우리가 무엇을 준비하고 어떻게 대응해야 할 것인지에 대한 전략적 연구입니다.

Q. 육사를 졸업하고 영국 웨일즈대학에서 전산학 석사, 인공지능 석사를 거쳐 KAIST에서 기계공학으로 박사학위를 받으셨는데 박사 학위 논문 제목과 어떤 내용인지 간단한 소개 부탁 드립니다.

박사학위 논문 제목은 ‘보행의도 검출에 기반한 외골격 로봇 시스템에 관한 연구 (Study of the lower limb exoskeleton robot system based on the detection of lower limb movement intention)’ 입니다. 하지 외골격 로봇 시스템의 경우는 근력을 증강시켜주는 근력증강 외골격 로봇과 보행약자로 하여금 보행을 돕거나 가능토록 하는 외골격 로봇 시스템으로 크게 분류할 수가 있습니다. 해당 논문에서는 하지 근력증강 외골격 로봇 시스템이 연구되었습니다. 하지 근력증강 외골격 로봇에 있어서 착용자의 보행의도를 얼마나 빠르게 그리고 높은 신뢰성을 가지고 인식하냐는 매우 중요한 기술적 요소 중 하나입니다.

해당 논문에서는 인간의 보행과 관련한 생체역학적 특징을 분석하고, 분석된 특징들을 이용한 착용자의 보행의도를 인식하는 메커니즘을 제안하였습니다. 제안한 메커니즘은 자체 개발한 3축의 힘 센서와 일체형 액츄에이터를 이용하여 개발한 Unmanned Technology Research Center Exoskeleton(UTRCEXO)라고 불리는 외골격 로봇 시스템을 통하여 구현하였습니다. UTRCEXO는 착용자의 보행의도를 착용자의 눈에 보이는 보행 움직임이 발생하기 전 인식하고 동작함으로써 착용자는 약 20kg 하중의 배낭을 메고도 마치 배낭없이 걷는 것과 같은 근활성도(Muscle Activity)를 보이며 평균 3.3km/h로 보행을 할 수 있었습니다.

Q. 주요 관심분야 및 연구분야가 웨어러블 로봇 및 인공지능( Reinforcement Learning, 강화학습), 국방로봇 분야입니다. 각각의 분야가 국방에서 어떻게 접목되어 사용될 수 있을까요?

웨어러블 로봇과 인공지능 분야는 현재 군에서 활발한 연구가 이루어지고 있습니다. 웨어러블 로봇의 경우 육군에서 추진하고 있는 워리어 플랫폼의 일환으로 접목되어 사용될 수 있을 뿐만 아니라 개인 전투원 한명의 능력, 또는 근력을 증강시켜 무거운 중량의 포탄 적재 및 탑재, 수송 등과 같은 작전지속지원 분야에서 사용될 수 있을 것으로 예상합니다. 인공지능의 경우는 불확실한 전장 환경 속에서 얻어지는 다양한 첩보 데이터들을 분석함으로써 지휘관의 신속한 의사결정을 돕는 의사결정 지원 시스템에서부터 평소 부대를 운영함에 있어서 보유한 군 자원의 최적의 관리 및 유지를 가능토록 하는 부대관리 시스템 등에 이르기까지 다양한 분야에서 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 예상합니다. 오늘날, 입대 가능인구의 감소, 군 자원의 효율적 사용에 대한 국민들의 요구 등 군과 관련한 다양한 이슈들을 고려하고, 4차 산업혁명 시대의 싸우면 반드시 승리하는 군이 되기 위해서라면 로봇과 인공지능 분야는 반드시 연구되어야 하고 다양한 분야에서 보다 선도적으로 적용될 필요가 있겠습니다.

Q. 작년말 이코노미스트는 최근 강력해지면서도 더욱 소형화, 유연화되고 있는 군사용 로봇에 대한 기획기사를 실었습니다. 해외 선진국 특히 미국의 군사용 로봇 분야에 대한 동향을 말씀해 주신다면...

미국에서 군사용 로봇 분야 동향의 핵심은 상호운용성이라고 말할 수 있을 것 같습니다. 거대한 플랫폼을 통한 개발 및 적용이 아니라 소형화하고 임무에 따라 레고블록처럼 각각의 기능을 조립하여 운용할 수 있도록 하고 있습니다. 각 군별, 각 부대별 이러한 로봇들은 공통적으로 사용이 될 수가 있습니다. 필요에 따라 기능을 조합하여 공격의 임무를 수행할 수도 있고 감시 및 정찰의 임무도 수행할 수 있고 때로는 보급품과 같은 물자를 수송해 줄 수도 있습니다. 이러한 특징을 바탕으로 미국은 철저하게 전쟁에서 수행되는 기능을 바탕으로 국방로봇을 개발하고 있습니다. 감시정찰 목적의 생체 모방형 드론, 감시정찰, 경계, 폭발물 처리를 위한 지상로봇 또는 무인 수상함(잠수정), 직접적 전투를 수행하는 무인전투로봇·무인전차·무인전투기 등 다양한 국방로봇이 개발되고 있습니다. 또한 미래의 전쟁을 로봇에 의한 대리전으로 상정한 연구도 진행하는 가운데 2025년~30년까지 현재 미군의 약 1/3 규모를 국방로봇으로 대체하며 유무인 복합전투가 수행될 수 있는 방안을 연구 중에 있는 것으로 알고 있습니다.

▲ 2015년 KRIS 주관 국방로봇 세미나에서 발표자로 패널토론에 참석한 필자.(왼쪽으로부터 5번째)

Q. 국방로봇 역시 민․군 협력이 중요하다고 보는데 어떻게 하면 협력을 활성화 할 수 있을지 바람직한 방안이 있다면?

우선 군에서 먼저, 민군협력을 위한 보다 적극적인 노력을 할 필요가 있다고 생각합니다. 이를 위해 합참 또는 국방부에 국방로봇을 전담할 로봇 전문인력으로 구성된 전담부서가 만들어질 필요가 있습니다. 그런 가운데 군에서 민간 영역의 우수한 로봇 기술들을 찾아내고, 찾아낸 기술들을 이해하며 기술의 수준과 발전추세를 바탕으로 로봇을 이용한 군사작전 운영개념을 만들어 내야 할 필요가 있겠습니다. 민간에서는 개발한 우수한 민간로봇 기술들을 보다 적극적으로 국방분야에 적용하기 위한 노력을 해야 할 필요가 있을 것으로 생각됩니다. 로봇이 미래 우리 국가안보에 미칠 막대한 영향력을 고려하여 국가적인 차원에서 사명감을 가지고 우수한 민간로봇 기술을 이용해 국방로봇으로 개발하고자 한다면 국방로봇 분야의 민군 협력은 활성화 될 수 있을 것으로 생각됩니다. 공통적으로는 민, 군이 더 자주 만나고 소통하는 시간을 가질 필요가 있다고 봅니다.

Q. 미 국방부가 미래 전장에서 군대의 성과를 극대화하기 위해 인간-로봇 협력 부대를 운영한다고 발표했습니다. 또한 2025년경이면 미 육군은 실제로 인간 병사보다 더 많은 전투 로봇을 보유할 것이라고 하는데 우리나라의 준비상황과 미래전을 예측 하신다면?

우리나라에서도 로봇을 미래전의 핵심수단으로 인식하는 가운데 로봇을 이용하여 어떻게 싸울 것인가에서부터 시작하여 많은 연구를 진행하고 있습니다. 특히, 육군에서는 보다 적극적으로 로봇을 바탕으로 미래전을 준비하고 있습니다. 로봇 및 드론을 이용하여 전투를 수행하는 부대를 편성 및 조직하고 점진적으로 로봇 및 드론을 전력화하고자 하는 계획을 가지고 있습니다. 고무적인 상황으로 개념이나 말이 아닌 실질적인 준비의 모습이 되겠습니다. 한편, 미래전의 경우는 제가 아직 공부와 연구 경력이 부족하여 사실 정확히 예측하기가 쉽지는 않습니다. 하지만 로봇이 사람을 대신해 위험한 임무를 수행하는 것만은 확실히 예측할 수 있을 것 같습니다. 개인적인 생각으로는 미래에는 우리가 영화에서 보는 모습들처럼 지상, 공중, 해상 등 다양한 영역에서 동시에 로봇을 이용한 전쟁이 수행될 것으로 생각합니다.

▲ 2014년 Young Scientist Award를 수상한 말레이시아에서 열린 URAI 2014 학회에서 발표하는 사진,

Q. 개발된 국방로봇을 군에 소요제기를 해서 납품하기까지는 많은 시간이 소요되어 중소 로봇기업 입장에서는 어려움이 많습니다. 해결 방안이 있다면?

우선 군에서 획기적인 제도개선을 통해 이러한 문제점을 해결할 부분은 없는지 면밀히 살펴보고 검토할 필요가 있을 것 같습니다. 기업의 입장은 제가 아직 경험과 지식이 부족하여 해결방안에 대해 함부로 말씀 드리기는 어렵지만 중소 로봇 기업에서는 군의 제도를 잘 이해하는 가운데 대기업을 포함하여 다른 기업들과의 협력도 강화하면 좋을 듯 합니다. 또한 국방로봇에 있어서 상호운용성에 대한 중요성이 높아지는 상황 속에서 핵심기술에 대한 기술 개발 및 규격화, 표준화 등의 노력을 한다면 보다 좋은 성과를 얻을 수 있지 않을까 생각합니다.

Q. 로봇을 하시게 된 동기와 로봇을 연구하면서 가장 어려운 점은 무엇인지요?

저는 다른 분들에 비해 로봇을 시작한 시기가 늦은 편입니다. 군에서 로봇에 대한 관심이 높아지는 시기에 군내 로봇 전문가를 양성한다는 계획을 바탕으로 석사학위를 시작하면서 로봇연구를 시작하게 되었습니다. 사실 어렸을적부터 만화영화 로봇 태권V를 보면서 로봇에 대한 관심을 꾸준히 가지고 있었던 것 같습니다. 본격적으로 로봇 분야에 관심을 갖게 된 것은 로봇이 우리 미래에 미칠 어마어마한 영향력을 몸소 느끼면서였습니다. 로봇에 대해 공부하고 연구할 때 참으로 즐겁고 행복했는데 이러한 부분들이 지금까지도 로봇을 사랑하는 이유인 것 같습니다. 로봇을 연구하면서 가장 어려운 점은 로봇은 아무래도 융합학문으로 다양한 분야를 많이 알아야 한다는 점입니다. 그게 처음 시작할 때 굉장히 어려웠고 지금도 역시 어려운 부분입니다. 다양한 분야의 다양한 기술들에 대해 최신 연구동향 및 트렌드를 이해하기 위해 지금도 항상 공부를 하려고 노력하고 있습니다.

▲ 2012년 Best Session Paper Award를 수상한 루마니아에서 열린 ICMERA 학회에서 발표하는 사진,

Q. 연구자로서 앞으로의 꿈과 목표가 있다면?

사람을 살리는, 사람을 위한 연구를 하는 것이 저의 꿈과 목표입니다. 국방로봇 분야 또한 결국은 사람을 살리는, 사람을 위한 로봇이 되어야 한다고 생각합니다. 아직은 너무 부족하지만 유명한 연구보다는 위대한 연구를 하고 싶습니다.

Q. 로봇공학자가 되려는 학생들이 늘어나고 있습니다. 그러기 위해서는 어떤 준비와 노력이 필요한지 후배들에게 조언을 해주신다면?

다른 훌륭하신 분들께서 이미 많은 조언을 해주신 것으로 알고 있습니다만, 저는 무한한 상상력과 창의력을 가지라는 말을 해 주고 싶습니다. 아울러, 올바른 품성을 갖기 위한 노력 그리고 포기하지 않는 도전정신을 말씀드리고 싶습니다.

Q. 국내 국방로봇산업 발전을 위한 조언을 한다면...

부족하지만 한 말씀 드리면, 단순한 기능일지라도 기술적으로 완성된 좋은 로봇이 우선적으로 개발될 필요가 있을 것 같습니다. 그렇게 되었을 때, 국가적인 관심도 높이 끌고 더 큰 투자를 유도하는 국방로봇 산업 발전의 마중물이 될 수 있지 않을까 생각합니다.

Q. 연구에 주로 영향을 받은 교수님이나 연구자가 계시다면...

박사시절 지도교수님이신 KAIST 김수현 교수님과 KAIST 김경수 교수님 그리고 명지대 김갑일 교수님이십니다. 세 분의 교수님을 통하여 연구자로서의 자세, 올바른 성품의 중요성 및 도전하는 자세를 배웠으며 수행하고 있는 연구의 이유와 목표에 대하여 끊임없이 고민하는 습관을 가지게 해주셨습니다. 세 분 교수님들의 사랑과 가르침이 없었더라면 지금의 저도 없을 것이라고 생각을 합니다. 이 자리를 통해 다시 한번 감사의 말씀을 드리고 싶습니다.