제19회 한국로봇종합학술대회(KRoC 2024)는 ‘신진연구자 세션’을 통해 젊은 로봇 과학자들이 현재 진행 중인 연구 주제, 연구 성과, 향후 연구계획을 발표할 수 있는 기회를 제공하고 있다. 22일에 이어 23일에도 5명의 신진연구자들 발표가 있었다. 주요 발표 내용을 간추려 소개한다.

◇ 이호수 경상국립대학교 교수 “역감 (Kinesthetic Haptic) 기반의 간편한 재활 보조기기/로봇 개발 연구”

▲ 이호수 경상국립대학교 조교수가 '역감 (Kinesthetic Haptic) 기반의 간편한 재활 보조기기/로봇 개발'이란 주제로 발표를 하고 있다

작년 9월 경상국립대학교에 임용되면서 연구실을 세팅해왔다. 여러 경진대회에 참여하고 특허도 3월달에 출원할 예정이다. 이번 발표에선 재활 로봇의 인공지능 적용, 로보틱 케인, 체간 재활 로봇 등에 관한 연구 상황을 소개하려고 한다.

보행 재활에서 중요한 것은 환자의 보행 속도와 비대칭성을 향상시키는 것이다. 환자들마다 증상이 다양하다. 뇌졸중 환자는 한쪽이 마비되는 편마비 증상으로 인해 걸음 속도가 저하되고 절뚝거리는 비대칭 걸음을 보인다. 재활의학 임상에서는 보행 속도와 시간적 대칭 걸음을 회복하여, 독립적인 보행이 가능케 하는 것이 재활 훈련의 목표가 된다. 이때, 시각, 소리, 진동 등의 바이오피드백 정보가 이용될 수 있는데, 보행 속도 및 비대칭 보행에 대한 임상적 효과를 규명한 연구들이 활발히 이루어지고 있다. 바이오 피드백 기반의 보조기기/로봇의 장점은 간편하게 장치를 구현할 수 있어, 가격이 저렴하고 착용성 및 휴대성이 뛰어나다는 것이다. 햅틱(Haptic)은 실내/외에 구애를 받지 않아 적용성이 뛰어나고, 착용형 기기/로봇을 만들 수 있다는 장점이 있다. 햅틱은 촉감(Tactile haptic)과 역감(Kinesthetic haptic)으로 분류할 수 있으며 역감 기반의 간편한 재활 보조기기/로봇(로보틱 햅틱 케인, 이차원 목 햅틱 장치) 등에 대한 연구를 수행했다.

◇강지연 광주과학기술원 교수 “장애인 및 노약자 일상의 기능적 거동 보완 및 치료를 위한 로봇 기술”

▲ 강지연 광주과학기술원 부교수가 .장애인 및 노약자 일상의 기능적 거동 보완 및 치료를 위한 로봇 기술'이라는 주제로 발표를 하고 있다

항상 사람의 운동 능력이 어떻게 향상되는지를 고민했다. 운동회로를 강화시키거나 활성화시키면 사람들의 운동 능력이 발생하지 않을까 그렇게 생각을 했다. 운동 선수들은 모터 인텐션과 센싱이 굉장히 강화되어 있어서 운동을 잘 할 수 있는 능력을 가지고 있다.

신경학적 운동장애(neurological movement disorder)를 가진 환자나 노약자들의 일상생활 거동(activities of daily living)을 돕고 치료하는 웨어러블 로봇을 개발함에 있어, 로봇이 정해진 움직임을 단순히 따라가는 것이 아닌, 로봇이 인간의 움직임과 병리학을 이해하고 데이터화한 인간중심의 로봇 제어 기술의 개발은 날이 갈수록 중요해지고 있다. 그동안 웅크림 보행 환자를 위한 케이블 기반 로봇 기술 등에 관한 연구를 수행했다.

웅크리는 보행은 근육이 강하거나 펴는 근육이 약하다. 이 약한 근육들을 강화해주면 전반적인 보행이 효과가 있을 거라고 생각을 했다. 침대 위에서 생활해야 하는 환자들을 위해 '스핀들(SPINDLE)'이란 시스템도 개발했다. 스핀들에서 중요하게 생각한 것은 손목을 중심으로 정교한 움직임을 가능하도록 하는 것이다. 체간 재활 로봇에 관한 연구도 진행했다.

◇현장훈 국립한밭대학교 교수 “카메라 기반 정밀 로봇 위치 추정 기술”

▲ 현장훈 국립한밭대학교 조교수가 '카메라 기반 정밀 로봇 위치 추정 기술'이란 주제로 발표하고 있다.

작년 9월 임용돼 여러 로봇 비전에 대해 연구를 수행하고 있다. 특히 시공간적인 인공지능인 '스페이셜 AI'에 주목하고 있다. 로봇의 활용이 제한된 환경에서부터 실제 생활공간까지 확대되면서, 주변 환경을 인식하고 분석하는 인지 기술의 중요성이 대두되고 있다. 특히 로봇 위치 추정 기술은 지능형 로봇의 핵심 기술로 자리매김하고 있으며, 경로 계획, 자율주행, 임무 수행 등 다양한 작업에 필수적이다. 그러나 GPS를 사용할 수 없는 실내 환경에서는 패턴의 반복, 다수의 유사한 장소, 동적 물체의 영향, 그리고 물체와의 가까운 거리로 인한 시야 제약과 같은 도전적인 문제들이 존재한다. 그동안 수행한 연구 가운데 대규모 실내 공간의 실감 모델링 기술과 카메라 기반의 정밀 로봇 위치 추정 기술(Visual Localization)에 초점을 맞춰 연구를 진행했다.

저가형 카메라를 기반으로 센서 및 로봇의 위치를 추정하는 기술에 관심을 갖고 있다. 비주얼 로컬라이제이션을 수행하기 위해서는 슬램 또는 RGBD 얼라이먼트로 이미지와 뎁스 이미지를 생성하고 이를 이용해서 데이터베이스를 생성해야 한다. 하지만 이렇게 생성한 데이터베이스는 로봇의 위치 또는 시점에 제한된다는 한계점을 가지고 있다. 이러한 문제를 '뷰 디퍼런스'라고 정의하였고, 이러한 문제를 해결하기 위해 '포스 컬렉션 모듈'이라는 새로운 모듈을 제안했다.

◇이창혁 한국전기연구원 선임연구원 “20 kHz 제어 대역폭으로 유연하게 구동하는 상지 착용로봇”

▲ 이창혁 한국전기연구원 선임연구원이 '20 kHz 제어 대역폭으로 유연하게 구동하는 상지 착용로봇'이란 주제로 발표를 하고 있다.

착용로봇은 일상생활보조/재활치료/의료기기 등 우리의 삶에 점진적으로 깊숙이 파고들고 있는 로봇 기술 중 하나다. 최근 소프트 로보틱스의 괄목할만 연구성과들로 유연하게 구동하는 착용로봇의 기계 메커니즘에 대한 연구는 활발히 진행되고 있다. 하지만, 유연하게 동작 가능한 유연로봇의 제어기술은 강체로봇 제어연구에 비해 더디게 진행되고 있다.

그동안 연구 성과를 소개하면, 착용로봇을 유연하게 동작시키키 위한 20 kHz 대역폭의 모터-로봇 제어시스템과 이를 응용한 상지 근력보조용 착용로봇 연구를 진행했다. 20KHz는 사실 로봇 제어 주파수 대역이 아니라 전류 제어 주파수 대역이다. 그래서 모터 드라이브를 잘 활용하면 우리는 20kg까지 로봇 제어 주파수를 올릴 수 있다. 뿐만 아니라 중량물 운반자의 동작특성분석을 통한 착용로봇 설계와 인공지능을 이용한 사용자 의도파악 장치도 연구를 진행했다. 향후 다축 모터 동기화 제어 시스템에 대해서 꾸준히 연구 하고 싶다.

◇강병현 세종대학교 교수 “신체기능 보조를 위한 웨어러블 로봇과 인공지능”

▲ 강병현 세종대학교 조교수가 '신체기능 보조를 위한 웨어러블 로봇과 인공지능'이란 주제로 발표하고 있다.

의료기술 및 공학의 발전으로 장애인 또는 노인들의 신체기능을 보조하기 위한 다양한 웨어러블 로봇들이 개발되고 있다. 최근에는 이러한 인공지능의 기술을 이용하여 로봇과 사용자의 상호작용을 돕기 위한 인공지능 기술들도 개발되고 있다. 손의 기능을 잃어버린 척수손상 장애인의 일상생활 보조를 위한 유연한 웨어러블 손 로봇과 사용자의 자연스러운 의도인식 인지를 위한 인공지능 기반 의도 측정방법, 뇌졸중 환자의 보행을 돕기 위한 유연한 웨어러블 하지 로봇 등에 관한 연구를 진행했다.

'엑소 글러브 폴리'라고 하는 유연한 착용형 손 로봇을 개발하고 연구를 심화하고 있다. 척수 손상 환자를 대상으로 일상생활 보조를 할 수 있는 로봇을 만들자라는 취지에서 연구를 시작했다. 폴리머 소재는 방수가 되기 때문에 굉장히 좋은 점도 있지만 반대로 환기에 어려움이 있다. 위생 문제를 해결하기 위해 세척에 관한 연구도 했다. 카이스트 실패 연구소장을 맡고 있는 조성 교수와 융합 연구를 통해 의도 인식 관련 연구를 진행하고 있다.