KIST 연구팀이 사람의 생동감 있고, 사실적인 움직임을 시뮬레이션할 수 있는 애니매트로닉 로봇 헤드 ‘레이(Ray)’를 개발했다.

애니매트로닉(animatronic) 로봇은 영화, 엔터테인먼트, 테마파크 등에서 사용되는 로봇 캐릭터로, 애니메이션과 일렉트로닉 기술을 결합해 만들어진다.

KIST 임세혁 박사 등 연구팀은 ‘IEEE 트랜잭션스 온 로보틱스(IEEE Transactions on Robotics)’에 발표한 논문에서 새로운 형태의 오디오-애니매트로닉 로봇 헤드 기술을 발표했다. (논문 제목:A Minimally Designed Audio-Animatronic Robot)

연구팀은 이 논문에서 “애니매트로닉 로봇은 사람과의 사회적 상호 작용을 위한 훌륭한 로봇 플랫폼이 될 수 있다”며, “로봇 헤드는 다양한 감정을 표현할 수 있고, 인간 친화적이고 미적인 느낌을 생성하는 데 매우 중요한 부분”이라고 소개했다.

연구팀에 따르면, 기존의 애니매트로닉 로봇 헤드는 복잡한 메카트로닉 시스템과 모터로 구성되어 있으며 다양한 얼굴 특징을 개별적으로 제어한다. 이에 비해 연구팀이 제안한 새로운 로봇 설계 방식은 별도의 작동 시스템에 의해 제어되는 단일체 및 다층 구조를 갖고 있다. 특유의 미니멀 디자인으로 상호 작용하는 사용자에게 정서적 편안함을 제공한다는 설명이다. 세부적이거나 현실적인 얼굴 모습을 디자인하기 보다는 로봇의 음성, 동작 및 조화에 대한 사람들의 기대를 충족시키는 데 중점을 두었다고 밝혔다.

연구팀은 팔다리의 기능을 강조하는 휴머노이드 로봇과 달리, 애니매트로닉스 분야에선 머리가 인간과 상호 작용할 수 있는 시각적 요소가 많아 더욱 중요하다며 연구 배경을 설명했다. 또한 머리의 움직임과 오디오 사이에는 강한 상관관계가 있으며, 소리와 함께 머리를 자연스럽고 조화롭게 움직이는 데 집중했다고 말했다.

▲ 레이를 구동하는 텐던 기반 작동 시스템

오디오-애니매트로닉 로봇 헤드 레이는 3D 프린터로 제작한 얼굴과 로봇 헤드를 제어하는 텐던(tendon) 기반 작동 시스템으로 구성돼 있다. 3D 프린터를 활용해 기계적인 구조를 구현했으며, 머리 전체적인 형태, 그리고 눈, 코, 입, 턱 등 얼굴의 중요한 특징을 표현하는 여러 층으로 이뤄졌다. 텐던 기반 작동 시스템을 통해 로봇의 부드럽고 빠른 동작을 구현했다.

▲ 레이 설계의 주요 특징들을 설명한 이미지

연구팀은 이와 함께 주어진 소리를 기반으로 머리와 입의 자연스럽고 리듬감 있는 움직임을 자동으로 합성할 수 있는 오디오 구동 모션 생성 모듈도 개발했다고 밝혔다.

연구팀은 이번에 개발한 로봇 플랫폼이 높은 수준의 '인간-로봇 상호작용(HRI)'이 필요한 교육, 의료 등 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 다양한 표정과 제스처를 사용하여 학생들에게 STEM 과목을 더 친근하게 가르칠 수 있으며, 의사와 사회적 불안을 가진 환자 사이의 물리적 매개체로 활용할 수도 있다. 연구팀은 특히 말하는 로봇, 로봇 가수, 로봇 MC 등 다양한 분야에 응용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.