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

19번째 인터뷰는 한국과학기술원(KIST) 이우섭 박사다. 이 박사는 1999년 서강대 기계공학과를 졸업하고 2004년 연세대에서 전자공학으로 석사, 2013년 일본 도쿄공업대학(TIT)에서 기계항공공학으로 박사 학위를 받았다. 2004년부터 2013년까지 KIST 로봇미디어연구소에서 연구원, 2014년부터 현재까지 선임연구원으로 근무하고 있다. 2014년부터 과학기술연합대학원대학교(UST) 부교수도 겸임하고 있다.

주요 연구 및 관심분야는 창의적인 메카니즘 설계를 바탕으로 실제 필요하고 사용할 수 있는 로봇시스템을 수술, 의료, 위험작업 및 우주 탐사 등 다양한 분야에 적용하는 연구를 하고 있다.

▲KIST 이우섭 박사

Q. KIST 로봇미디어연구소 소속으로 계신데 로봇미디어연구소 좀 간략하게 소개 부탁 드립니다.

KIST 로봇 미디어 연구소는 200여명의 전문 연구자들로 구성되어 있으며 휴머노이드, 소셜 로봇, 소프트 로보틱스, 매니퓰레이터, 센서, 엑츄에이터, 인공지능(AI), 빅데이타, 사물인터넷(IoT), 가상현실 증강현실 혼합현실(VR/AR/MR), 3D 디스플레이, 안면인식 및 UI/UX와 같은 4차 산업혁명의 핵심 전분야의 연구를 수행하는 국내 최대의 정부 지원 로봇 및 차세대 영상 인터렉션 기술 개발 연구 그룹입니다.

로봇미디어 연구소는 영상 미디어 연구단, 지능 로봇 연구단 및 의료 로봇 연구단으로 구성되어 있으며 국가적 차원의 안전, 보안, 건강, 교육, 복지 및 번영을 이끌수 있는 차세대 로봇 및 영상 미디어 기술을 수행하며 관련 분야의 세계적인 탑리더 연구 그룹이 될 수 있도록 노력하고 있습니다.

Q. 서강대 기계공학과를 졸업하고 연세대에서 전자공학으로 석사, 도쿄공업대학(Institute of Technology) 기계항공공학부에서 Mechanical Design and Optimized Control of Multi Reconfigurable Magnetic Wall-Climbing Robot Gunryu III 주제로 박사학위를 받으셨는데 어떤 내용인지 간단한 소개 부탁 드립니다.

제가 박사 학위로 수행한 연구는 철골 구조물로 이루어진 대형 시설의 유지 보수를 위한 벽면 이동이 가능한 군집 로봇 개발의 초기 연구를 수행하였습니다. 제가 개발한 로봇 내부에는 철골 구조물과의 접촉력을 유지하기 위한 강력한 영구 자석이 탑재되어 있으며 연구 자석과 벽면과의 거리 조절을 통해 흡착력을 조절 하도록 개발하였습니다. 이때 흡착력은 강력하지만 내부에 스프링 반력 기구부를 넣어 작은 크기의 모터로 쉽게 자석을 상하로 이동 시킬 수 있도록 시스템을 설계하였습니다. 또한 다수의 로봇이 작업 및 벽면 이동을 할 수 있도록 각각의 로봇에 6자유도 로봇팔이 달려 있으며 한쪽 로봇의 로봇팔로 다른쪽 로봇을 잡아 연결하면 다수의 로봇이 뱀과 같은 형상을 구성하여 지면에서 벽, 벽에서 천정등으로 이동 할 수 있는 개념을 개발하였습니다.

▲박사 과정 당시 개발한 로봇시스템

특히 제가 박사과정 주제를 정했을 때 중요 적용 분야가 원자력 발전소의 유지 및 철거였으며 이 내용은 2011년 3월 11일 후쿠시마 원자력 발전소 사고 전에 정해졌던 내용이었습니다. 이 사건으로 저는 저의 박사 논문 주제 발표 및 최종 학위 심사에서 저의 연구를 왜 해야 하는지에 대해 간단한 한 장의 ppt 만으로 모든 심사 위원분들이 납득할 수 있는 발표를 할 수 있었습니다.

Q. 주요 관심분야 및 연구분야가 달탐사 로버, 필드 로봇 시스템, 메카니즘 디자인 분야라고 알고 있습니다. 현재 달 탐사 로버 개발에 참여하고 계신데 진행상황에 대해 알고 싶습니다.

현재 저는 한국형 달탐사 로버 개발을 위한 핵심 기술 개발 및 DM (Development Model)을 개발하는 과제의 책임자입니다. 이 과제에서는 어떠한 구조의 이동부, 시스템, 센서 및 제어부가 달탐사 로버에 가장 최적인지에 대해 사전 연구를 수행하는 것입니다. 일반적으로 많은 분들이 화성등에서 활용 중인 NASA의 탐사 로버가 검증된 개발안이기 때문에 그것을 기본으로 개발하는 것이 좋다고 말씀을 하십니다. 하지만 화성과 달의 환경 조건은 매우 다릅니다. 달은 대기도 없으며 공전과 자전 주기가 동일하게 지구 시간으로 15일이기 때문에 달 표면의 로버는 15일간 영상 130도의 낮을, 15일간 영하 170도의 밤을 견뎌야 합니다. 또한 대기가 없어 우주 방사선이 달 지표면까지 매우 강하게 도달합니다. 이러한 조건에는 화성의 환경 조건을 감안하여 개발된 로버 디자인 안을 달에 적용하는 것은 불가능 합니다.

▲ 개발중인 로버 모바일 메카니즘

저희 연구팀은 이러한 극한의 환경 조건을 극복하기 위해 우선 중요 부품은 모터 및 관련 전자 부품을 모두 로버 몸체 내부에 장착하는 방식을 선택하였으며, 이를 통해 구동 모터의 수를 최소화하는 최적 동력 전달 방식을 개발하였습니다. 이러한 방식이 적용된 달탐사 로버는 인터뷰를 하는 현재 부품 가공이 완료되었으며 2018년말 또는 2019년초에 공개 발표를 할 예정이며, 2019년의 운영 시험을 통해 향후 실제 달탐사 로버 (FM, Flying Model)의 주요 기초 모델로 제안될 예정입니다.

Q. 달탐사 로버를 개발하면서 가장 어려운 점은 무엇인가요?

달탐사 로버의 개발에 가장 어려운 점은 극한 환경이 복합적이며 로버에게 허락된 무게가 충분하지 않다는 점입니다. 현재 KIST에서 개발중인 달탐사 로버는 언젠가 (2030년이전을 목표) 한국형 발사체에 의해 발사되는 것을 목표로 하고 있으며 다양한 발사체 및 착륙선의 구성 요소를 제외하면 20kg 미만의 무게로 만드는 것이 중요한 목표입니다. 하지만 20kg의 무게제한에서 목표한 임무를 성공적으로 수행하면서 달의 극한 환경을 극복할 수 있는 충분한 방사선 차폐, 내부 열제어 시스템을 장착하는 것은 매우 도전적인 연구 목표입니다. 저희 연구팀은 이러한 어려움을 로버 시스템의 구조를 최적화 및 최소화하여 만족할 수 있도록 최선을 다하고 있습니다.

▲ 폭발물 처리 로봇 롭해즈

Q. 오래전부터 폭발물 처리 로봇 롭해즈와 같은 필드 로봇 개발에도 관여해 오셨는데 필드 로봇 분야의 동향이라고 하면 어떤 것이 있을까요?

필드 로봇 분야에서도 제가 전문적으로 연구한 분야는 극한 환경에서 사람을 대신하여 위험한 임무를 수행하는 로봇입니다. 이러한 특수 목적의 필드 로봇은 필요성에 대한 사회적인 공감대가 형성되면 즉각적인 개발을 통해 소기의 목적 달성을 바로 확인 할 수 있는 로봇들입니다.
재난 구조 로봇의 경우 과거에는 그 필요성 및 활용가치에 대해 막연한 필요성만이 논의 되었다면 지진 및 대형 사고의 경험을 통해 그 필요성이 구체적으로 제시되고 있으며, 이미 실제 화재 방재 로봇 및 구난 구조 로봇에 대한 개발이 진행되고 있습니다. 또한 남북한 화해 모드에 맞춰 비무장 지대의 평화적인 개발을 위한 지뢰 제거 로봇의 필요성도 높아지고 있으며, 실사용자 그룹 주도의 개발이 시작 되고 있습니다.

이러한 필드 로봇은 일반 상업 로봇과 같이 민간에서 상품성 있는 로봇으로 개발되어 상용화 되기에는 어려움이 있지만 앞에서 말씀드린 것처럼 국민의 안전과 건강을 지키는 특수 목적을 위한 공공 장비로 그 개발이 지속될 것으로 생각됩니다.

▲ 전시회에서 동료들과

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

특별한 동기는 없습니다. 하지만 저는 제가 기억하는 가장 어린 기억에서도 로봇을 좋아하고 로봇을 만들고 싶어 했습니다. 로봇이 좋아서 로봇을 연구한다면 좋을 것 같고 그렇기 때문에 현재도 실제 로봇 시스템을 만드는 것을 저의 주요한 연구 분야로 생각하고 있습니다.

로봇을 연구하면서 어려운 점은 이론적인 수학능력의 부족을 느낄 때 입니다. 저는 물리적인 움직임을 수학적으로 해석하고 도출된 수식을 통해 기구부를 제어하는 것이 로봇이라고 표현합니다. 하지만 이렇게 말을 하기에는 아직 저의 수학적인 지식이 많이 부족하다는 것을 느낄 때 연구 개발이 어렵다고 생각됩니다.

Q. 연구자로서 앞으로의 꿈과 목표가 있다면?

기술적으로는 한국 최초로 달 표면에 착륙하는 달탐사 로버의 개발자가 되고 싶습니다. 그리고 제가 은퇴하는 시점에 만약 달여행을 제가 갈 수 있는 세상이 된다면 제가 보낸 로버를 달에서 만나고 싶습니다.

그리고 개인적으로는 학생들이 보는 교과서에 실릴 수 있는 연구자로 성장하고 싶습니다.

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

로봇 공학자가 되기 위해 꼭 어떤 것을 해야만 로봇 공학자가 될 수 있다고 생각하지는 않습니다. 모든 공학, 이학 분야의 전공자들은 본인이 배운 전공을 로봇과 얼마든지 연계 시킬 수 있다고 생각됩니다. 하지만 연계와 함께 본인만이 할 수 있는 핵심 역량과 깊이를 만드는 것이 중요하다고 생각됩니다. 로봇은 다양한 구성 요소 중에 어떠한 것이 본인의 역량과 학문적인 배경이 잘 맞는지를 확인하고 그 분야를 의미있게 공부하는 것이 중요합니다. 간단하게 말씀드리면 아주 간단한 로봇 키트를 만들어 보고 작동시켜 보면서 본인이 재미있다고 생각하시는 분야의 석사 이상의 과정을 하시면 기본적으로 로봇 공학자라고 말할 수 있습니다.

CAD는 Computer Aided Design의 약자이지만 어떤 사람에게는 D가 디자인 일수도 D가 드로잉 일수도 있습니다. 많은 학생들이 로봇을 한다고 하면 어떤 개발언어나 어떤 상용 CAD 소프트웨어를 공부해야 하는지 물어보는 경우가 있습니다. 하지만 그건 로봇을 개발하는 도구일 뿐이고 그 도구만을 알고 있다는 그 사람에게 D는 드로잉입니다. 디자인은 이론적인 근거 및 수학적인 해석을 통해 시스템의 주요 수치 및 항목을 도출하는 과정이며 로봇과 관련되어 진정한 로봇 디자이너가 되기 위해서 많은 이론적인 지식의 축적도 중요합니다.

▲ 여행 중

Q. 연구에 주로 영향을 받은 교수님이나 연구자가 계시다면...

저는 일본 동경공업대학교의 히로세 시게오 교수님의 처음이자 마지막 한국인 제자이며 박사 학위를 받고 얼마후에 교수님의 정년 퇴임식에 참석하였습니다. 그때 교수님께서 정년 퇴임사의 마지막 말씀으로 “본인은 앞으로 더욱더 로봇 연구에 집중 할 수 있게 되었다”라고 말씀 하셨으며 본인이 대학 재직 중에 만드셨던 로봇 벤쳐기업에서 현재도 활발하게 로봇 연구 개발을 수행 중 이십니다. 저는 히로세 교수님의 로봇에 대한 순수한 열정, 철저한 자기 관리 그리고 천재적인 로봇 개발 능력을 존경하며 부끄럼 없는 제자가 될 수 있도록 노력하고 있습니다.