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

24번째 인터뷰는 부산대 진상록 교수다. 진 교수는 2000년 서울대 기계항공공학부에 입학해 학사, 석사를 거쳐 2014년 2월 박사 학위를 받았다. 졸업 후 2016년 4월까지 2년여간 서울대 기계항공공학부 박사후 연구원, 2016년 5월부터 2017년 7월까지 The University of Texas Health Science Center에서 선임연구원을 거쳐 2017년 9월부터 현재까지 부산대 기계공학부 조교수로 근무하고 있다.

2015년 4월 한국생산제조시스템학회 논문 우수발표상, 2015년 5월 한국정밀공학회 최우수논문상, 2015년 10월 한국생산제조시스템학회 논문 우수발표상, 2018년 10월 대한의료로봇학회 젊은 연구자상, 2018년 10월 한국정밀공학회 최우수논문상을 수상했다. 한국로봇학회 부산울산경남지부 회장, 대한의료로봇학회 재무이사, 한국정밀공학회 로봇제어자동화 부문이사 등의 직책을 맡아 대외활동도 활발히 하고 있다.

주요 연구 및 관심분야는 로봇 설계, 모델링 및 제어이다.

▲진상록 부산대 교수

Q. 부산대 기계공학부에 대한 간략한 소개 부탁드립니다.

부산대학교 기계공학부는 1953년에 설립되고 1973년에 정부로부터 특성화 대학으로 지정되어 동남권의 기계산업을 견인할 우수한 인재를 양성해왔습니다. 현재 학부생 1400여 명, 대학원생 300여 명, 교수 60여 명, 조교 및 직원 20여 명이며, 에너지시스템, 기계시스템설계, 정밀가공시스템, 제어자동화시스템, 원자력시스템의 5개 전공으로 이루어진 대규모 학사 조직입니다. 교육 및 연구와 산학협력 등으로 평가하여 전국 10위 이내의 우수한 역량을 지니고 있습니다.

Q. 최근 하고 계신 연구가 있으시다면 무엇인지 소개 부탁드립니다.

가장 관심을 갖고 진행하고 있는 연구는 의료행위 보조 협동로봇의 개발입니다. 최근 구동관절의 소형화와 제어기법의 발전으로 산업현장에서 각광받고 있는 협동 로봇 기술을 의료현장에 적용하려 하고 있습니다. 콘솔에서 원격으로 조종하는 기존의 수술로봇과는 달리 수술대에서 의사와 능동적으로 인터랙션(interaction)하며 수술행위를 보조하는 로봇을 목표로 연구를 진행하고 있습니다. 현재는 초기단계이기 때문에 기구부의 소형화 설계 및 강인한 기구제어 쪽 연구에 집중하고 있지만, 앞으로 이 연구의 성공을 위해서는 의사의 수술행위 도중 복잡한 추가 조작 없이 직관적인 조작만으로 로봇이 수술자의 의도에 맞는 보조 작업을 수행할 수 있는 지능형 인터페이스에 대한 연구가 핵심이라고 생각합니다. 경북대학교병원 박준석 교수님이 대표로 계신 ㈜이롭이라는 의료기술 벤처회사와 함께 연구 개발을 진행하고 있어 실용화에 대한 꿈을 꾸고 있습니다.

또한, 미국에서 수행했던 연구의 연장으로 현재 와이어 길이 및 장력 복합제어에 관한 연구도 수행하고 있습니다. 직선형의 복강경 수술로봇과는 달리 유연한 구조의 수술로봇의 경우 임의로 변형하는 중간 경로로 인해 와이어 길이에 변화가 생기고 이는 정밀하고 강인한 로봇 구동에 치명적인 영향을 끼칩니다. 이를 보상 및 보완하기 위한 방법으로 기존의 위치 기반 제어모델과 장력 기반 제어모델 병합을 시도하고 있습니다. 유연한 수술로봇의 성능 개선을 위해서는 필수적인 요소 기술이기 때문에 많은 관심을 갖고 진행하고 있습니다.

마지막으로 가톨릭대학교 성빈센트병원의 주민욱 교수님과 골육종 제거 및 자가골 재사용을 위한 소형 수술기기에 대한 연구도 진행하고 있습니다. 로봇에만 국한하지 않고 의료기기라는 넓은 개념으로 접근하여 기계공학자로서 의료 현장의 요구에 부응할 수 있는 연구 활동을 이어가려고 합니다.

▲ 실험실 수조에서 수중로봇 실험을 수행하던 모습

Q. 서울대 기계항공공학부에서 학사, 박사학위를 받으셨는데 박사 학위 논문제목이 무엇이고 어떤 내용인지 간단한 소개 부탁드립니다.

박사학위 논문 제목은 “Hovering Control of an Underwater Robot with Tilting Thrusters Enabling Various Works”입니다. 지금까지도 잠수부들이 직접 수행하고 있는 위험한 수중작업들을 대체할 수 있는 로봇을 개발하는 것을 목표로 수행한 연구입니다. 회전하는 추진기로 전체 구동부의 크기와 무게를 줄여 로봇의 경량화를 꾀했고, 다양한 수중작업에 따라 매니퓰레이터를 탈착할 수 있는 수중운항플랫폼을 개발했습니다. 또한 수중작업으로 발생하는 외력으로부터 수중운항플랫폼이 위치와 자세를 안정적으로 유지할 수 있는 정지운항 제어를 연구했습니다. 볼트 하나하나까지 제 손을 거치지 않은 것이 없는 자식같은 로봇입니다. 2013년에 완성된 로봇이 지금도 연구실에 남아 후배들이 연구를 이어가고 있습니다.

Q. 주요 관심분야 분야가 로봇 설계 및 모델링 제어로 알고 있습니다. 로봇 설계 및 모델링 제어 관련하여 최신 기술적인 동향이나 세계적인 흐름이 있다면 어떤 것이 있을까요?

설계 분야에서는 포화된 전통적인 기구설계에서 나아가 유연한 구조의 소프트로봇이나 생체모방로봇 등이 각광을 받고 있습니다. 제어 분야에서는 기존의 고도화된 제어 알고리즘들을 어떻게 실제 시스템에 효과적으로 적용하는지에 대한 연구가 많이 발표되고 있습니다. 또한 컴퓨터의 연산능력이 비약적으로 성장하면서 기존의 실시간으로 적용하기 어려웠던 기법들도 로봇 제어에 응용되고 있습니다.

Q. 2014년부터 2016년까지 서울대 기계항공공학부에서 박사후 연구원으로 계셨는데 주로 무슨 연구를 하셨나요?

박사과정에 하던 수중로봇 연구를 이어서 수중운항플랫폼에 작업을 위한 로봇팔을 장착하는 연구를 진행했습니다. 양팔 로봇 매니퓰레이터와 수중운항플랫폼이 상호작용하며 수중작업을 수행하는 방법에 대한 연구를 했습니다. 또한 서울대학교병원 이명철 교수님 연구팀과 슬관절전치환술 보조 로봇에 대한 연구도 수행했는데 제가 의료로봇으로 연구분야를 확장하는 계기가 되었습니다.

▲ 개발에 참여하여 제작한 단일경 복강경 수술 로봇

Q. 2016년부터 2017년까지 텍사스대 헬스사이언스센터에서 선임 연구원으로 계셨는데 여기에서는 주로 무슨 연구를 하셨는지요?

신경외과 Daniel H. Kim 교수님의 수술로봇연구실에 소속되어 단일경 복강경 수술(Single Port Laparoscopy)을 위한 로봇 개발에 참여했습니다. 제가 진행한 연구는 와이어로 구동하는 수술로봇의 기구 모델을 확립하고 이를 이용하여 실시간 제어 알고리즘을 개발하는 일이었습니다. 수술로봇은 매우 작고 체내에 삽입되기 때문에 로봇의 위치 및 자세를 되먹임할 센서를 장착하기 어렵습니다. 따라서 정확한 기구 모델을 바탕으로 수치적인 방법 및 폐회로 역기구학(Closed Loop Inverse Kinematics)을 이용하여 실시간으로 수술자의 조이스틱 명령을 풀고 제어하는 알고리즘을 개발하였고, 이를 로봇으로 구현하여 동물실험까지 수행했습니다. 마지막에는 유연한 구조의 복강경 수술로봇의 제어 연구를 진행하던 도중 귀국하게 되었습니다.

Q. 로봇을 하시게 된 동기가 있다면?

어려서부터 프라모델과 전자키트 조립에 취미가 있었습니다. 취미와 일이 잘 합일된 예라고 볼 수 있습니다. 고등학교 때는 컴퓨터 프로그램 동아리에서 활동하며 소프트웨어 코딩에 관심이 많았는데, 코딩한 소프트웨어에 의해 직접 하드웨어가 움직이는 것을 해보는 것이 어떻겠냐는 아버지의 권유로 로봇공학에 대한 꿈을 정하여 학과진학을 결정했고 그 꿈이 그대로 이어져왔습니다.

▲ 수술로봇연구실에서 실험을 수행하던 모습

Q. 최근 연구를 보니 수술 로봇과 관련한 도구개발이나 기구학 모델링 및 제어, 의료협동로봇 설계 및 제어, 와이어 구동 수술 로봇의 와이어 길이 및 장력 복합제어 연구 등을 하셨는데 이 중에서도 어떤 연구가 가장 어려웠는지요?

수술로봇 도구 개발을 직접적으로 하지는 않았지만 아이디어 회의는 항상 함께 했었습니다. 연구자보다는 개발자의 입장에서 가장 어려운 점은 기존의 특허를 회피하여 설계하는 것입니다. 워낙 방대한 양의 특허들이 등록되어 있어 장기간 회의 끝에 채택된 좋은 아이디어라고 생각되는 설계안들도 추후 추가적인 검색에서 유사하거나 포함되는 특허가 발견되어 낙심하는 일도 많았습니다. 설계팀으로서 굉장히 압박을 많이 받는 문제였습니다. 의료용 로봇 혹은 기기에 대한 연구를 진행할 때는 항상 현장에서 사용되는 것을 목표로 하기 때문에 상품화할 수 없는 연구는 의미가 퇴색됩니다. 따라서 앞으로 하드웨어를 개발하는 입장에서 특허회피는 항상 따라다닐 문제라고 생각합니다.

의미있는 의료기술 연구를 위해서는 항상 의사선생님들과 협업을 해야 하는데, 원활하게 소통을 하는 것이 매우 중요하면서 어렵습니다. 사용하는 용어를 서로 이해하지 못하는 것도 크지만, 서로 중요하게 바라보는 문제가 다르고 해결하는 방식도 다릅니다. 공학자의 관점에서 잘못 접근하면 고도화된 기술이 집약된 쓸모없는 물건을 만들 수도 있습니다. 수요자는 의사선생님들이므로 항상 현장의 의견에 귀기울여야 합니다. 혼자 있으면 자꾸 공학적 관점에 매몰되는 것 같아 자주 의사선생님들을 만나 의견을 나누려고 노력하고 있습니다.

Q. 연구자로서 앞으로의 꿈과 목표가 있다면?

제 연구 목표는 사람의 삶의 질을 향상시키는 로봇 기술의 개발입니다. 수중로봇과 수술로봇은 서로 매우 다른 듯하지만 같은 목표를 위한 연구였습니다. 제 연구실에서 개발한 로봇 기술이 현장에서 널리 사용되는 것을 보는 것이 연구자로서 제 꿈이자 목표입니다.

Q. 로봇공학을 연구하려는 학생들이 늘어나고 있습니다. 그러기 위해서는 어떤 준비와 노력이 필요한지 후배들에게 조언을 해주신다면?

지금까지 만난 훌륭한 로봇 연구자들은 하드웨어(기구부 혹은 전장부) 설계, 소프트웨어 코딩, 제어 관련한 수학적 모델링, 셋 중에 하나는 확실히 잘 했습니다. 로봇 연구자가 되고자 하는 후배들도 위 셋 중에 하나만큼은 자신만의 강점을 만들어야 한다고 생각합니다. 동시에 로봇은 종합학문이기 때문에 나머지 두 부분에 대한 기본적인 개념들을 알고 있는 것이 연구 및 조직 운영에 큰 도움이 됩니다.

Q. 국내 로봇산업이 한 단계 더 발전하기 위해 조언을 해 주신다면...

제가 아직 경험이 일천하여 조언을 할 수준에 이르지 못했습니다만, 제 짧은 경험에 비춰보면 공동연구와 연구기간이라는 두 가지 키워드가 있습니다.

유기적으로 공동연구가 이루어지는 것 자체가 어려운 일인데 국내 연구 환경에 공동연구의 성과에 대해 독려하는 문화가 정착되면 좋겠습니다. 국내에 뛰어난 기술을 보유한 연구자들이 많기 때문에 공동연구와 협업을 통해 단기간에 획기적인 발전이 가능하다고 생각합니다.

첨단 기술에 대한 최신 경향은 매우 중요합니다. 그러나 요소 기술에 대해 장시간 축적되는 지식과 경험도 중요하다고 생각합니다. 산·학·연의 각 연구실이 특화된 기술에 꾸준히 장시간 현실적으로 연구를 진행할 수 있는 기반이 마련되면 국내 로봇산업의 탄탄한 토대를 닦을 수 있다고 생각합니다.

▲ 2018년 대한의료로봇학회 학술대회에서 이병주 회장(사진 왼쪽)으로 부터 젊은 연구자상을 받고 있는 진상록 교수

Q. 연구에 주로 영향을 받은 교수님이나 연구자가 계시다면...

연구에 임하는 자세 및 하드웨어 설계 방법론에 있어서 제 지도교수님이신 김종원 교수님의 가르침을 따르려 항상 노력하고 있습니다. 서울대학교 견실설계공학 연구실에서 수행했던 다양한 현장친화적 프로젝트들에 대한 경험들이 지금까지 제 연구에 중요한 기반이 되었습니다.

로봇에 대한 수학적인 모델에 있어서는 학부 때부터 수강한 박종우 교수님의 방법론에 많은 영향을 받았습니다. 제가 더 공부해야 할 부분이 많지만 앞으로도 로봇 모델링에는 지표가 되지 않을까 싶습니다.