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

41번째 인터뷰는 한양대 왕웨이(Wei WANG) 교수다. 왕 교수는 중국인으로 명문 하얼빈공업대학(Harbin Institute of Technology) 기계설계 제조 및 자동화로 학사, 동 대학원에서 기계공학 석사, 2016년 2월 서울대 대학원에서 기계공학으로 박사 학위를 받았다. 졸업후 2016년 3월부터 2018년 3월까지 서울대 첨단기계 및 디자인연구소 박사후 연구원, 2018년 4월 부터 2019년 1월까지 서울대 첨단기계 및 디자인연구소 연구조교수를 거쳐 2019년 3월부터 현재까지 한양대 기계공학과 조교수로 근무하고 있다.

주요 관심분야는 생체 모방 및 소프트 로보틱스 시스템(Bioinspired & soft robotic systems), 스마트 구조 및 장치(Smart structures & devices), 생체 모방 로봇 재료(Bioinspired robotic materials)등이다. 2015년ㆍ2016년 주한 중국대사관 교육청 우수연구자상(Outstanding Researcher Award) 수상, 2011년 9월부터 2016년 2월까지 대한민국 교육부 국립국제교욱원(NIIED) 한국정부 장학생, 동 기간 중국 교육부 정부 장학생으로 선발되었다.

▲한양대 왕웨이(Wei WANG) 교수

Q. 한양대 기계공학과에 대한 소개 부탁 드립니다.

4차 산업혁명을 주도할 융합형 인재를 육성하는 한양대학교 기계공학부는 1948년 기계공학과로 설립되어 70년의 역사 동안 한국의 산업 발전을 리드하는 'Engine of Korea'로 자리매김 하였습니다. 그 후 설립된 정밀기계공학과, 기계설계학과는 기계공학부로 통합되어 운영되고 있으며 총 1만 2천여 명의 인재들을 배출한 한양 공과대학을 대표하는 최고ㆍ최대의 학부입니다.

한양대학교 기계공학부는 기업과 국가의 기술경쟁력 강화를 위해 BK 프로그램, 특성화 센터, 첨단 국방연구사업 등과 같은 정부나 기업이 지원하는 연구 사업에 선정되어 왔으며 이를 통해 많은 논문과 특허 등 지식 재산권을 창출하여 왔습니다. 무엇보다 이러한 연구 활동을 통해서 나라의 미래와 안보를 담당할 우수한 전문 연구 인력을 양성하여 왔다는 점이 가장 보람된 일이라 할 것입니다. 앞으로도 우리 기계공학부는 국가와 사회의 미래를 위한 지식을 창출하고 보급하기 위한 교육연구기관으로서의 역할을 강화하기 위해 지속적인 노력을 경주할 것입니다.

▲ 사람의 손가락을 모사한 소프트 핑거

Q. 최근 하고 계신 연구가 있다면 소개 부탁드립니다.

현재 저희 소프트 로보틱스 연구실에서는 소프트 로봇 개발과 관련한 다양한 연구를 진행하고 있습니다. 대표적으로, 형상기억합금(SMA)과 같은 스마트재료를 기반으로 한 다양한 움직임을 표현할 수 있는 소프트 액추에이터에 관한 연구를 하고 있으며, 이를 활용하여 검사 및 탐사의 목적으로 사용될 수 있는 소프트 로봇 촉수를 개발하였습니다. 또한, 공압 시스템을 활용한 소프트 그리퍼를 위한 연구가 진행 중에 있습니다. 저희 연구실에서는 기존의 로봇들이 가진 한계를 극복할 수 있는 새로운 로봇 구동 메커니즘을 개발할 뿐만 아니라, 생채 영감 (bio-inspired) 및 소프트 로봇을 디자인하고 개발하기 위한 다양한 연구가 진행중에 있습니다.

Q. 서울대에서 “Deployable soft composite structures with morphing and shape retention”을 주제로 박사 학위를 받으셨는데 어떤 내용인지 소개 부탁 드립니다.

이 연구에서는 형상기억합금(SMA)과 지능형 연성복합재로 구성된 지능형 연성 구동기를 활용한 전개형 구조물의 체계적인 설계 및 제작의 가능성을 제시하였습니다.

스마트 재료인 형상기억합금(SMA) 기반의 지능형 연성 구동기의 작동 원리를 설명하고 전개형 구조물에 적용하기에 용이한 새로운 기초 구동기를 제시하였습니다. 여기서, 기초 지능형 연성 복합재 구동기에 대한 설계는 간단한 굽힘 구동기에서 부터 경첩 구동기와 선형 구동기까지 포함하고 있습니다. 제안된 지능형 연성 복합재 구동기의 변형을 예측하기 위하여 간단한 수학적 모델을 함께 제시하였다.

다양하고 큰 변형량을 가지는 이러한 구동기들은 제작이 용이하고, 경제적이며, 경량인 동시에 구동하기 편리한 특징을 가지고 있습니다. 이러한 장점들을 기반으로 하여 기어가는 로봇 및 소프트 그리퍼와 같은 소프트 로봇들도 제작하여 그 우수성을 검증하였습니다.

▲ 모듈식 소프트 로봇의 컨셉 디자인

더 나아가, 선택적으로 형상 변형 움직임을 생성하고 형상 고정 능력을 갖도록 제안된 지능형 연성 복합재 구동기에 가변적 강성원리를 기초로 한 구조를 적용하였습니다. 이는 지능형 연성 복합재 구동기 구조내의 히팅 요소(heating element)와 함께 삽입된 저융점 재료를 통하여 이러한 구조를 구현할 수 있었습니다. 본래의 형상을 유지하는 이 구동기는 저융점 재료 구조가 굳어진 후 높은 강성상태로서 다양한 강성의 구조를 통해 변형된 형태를 유지할 수 있습니다. 이를 바탕으로, 가변적 강성원리가 적용된 구동기를 사용한 전개형 구조물을 제안하게 되었습니다. 이 기초 구동기는 다른 종류의 다양한 변형을 가능하게 하는 모듈로서 이용될 수 있으며, 이러한 모듈들은 전개형 구조물로 구성될 수 있습니다. 전개형 구조물의 설계는 기초 구동기의 설계, 모듈들의 조합 그리고 대형의 전개형 구조물을 위한 모듈 조합 등 세 가지 원리를 기초로 하였습니다. 삼각형 돛대, 단일 고리의 육각형 모듈로 구성된 평면형 구조, 그리고 단일 고리의 사각형 모듈로 구성된 반지형 구조 등의 다양한 전개형 구조물의 제작을 통하여 전개형 구조물의 우수성을 입증하였습니다.

Q. '생체 모방 및 소프트 로보틱스 시스템(Bioinspired & Soft Robotics System)'에 대한 연구를 많이 하신 것으로 알고 있습니다. 관련 분야에 대한 활용 범위, 중요성은 어디에 있을까요?

수많은 강성 링크와 조인트 구조로 구성된 강성 로봇(rigid robot)은 다양한 산업체의 제조 공정에서 많이 사용되어지고 있습니다. 일반적으로 강성 로봇들은 자체적으로 프로그래밍이 가능하기 때문에 반복적인 단일 작업을 효과적으로 수행할 수 있는 큰 장점을 가집니다. 하지만, 이러한 강성 로봇은 인간과 비구조화 환경과의 상호작용에 있어서 안전성이 보장되지 못하며 제한적인 작동 범위를 갖고 있습니다.

반면에, 생체시스템(biological system)은 로봇이 환경과 상호작용시 단순성(simplicity)을 추구하며 복잡성을 줄이기 위하여 유연한 특성(soften, flexibility)과 신체적합성(bio-compatiblity)이 가장 핵심적인 특징으로서 많이 활용됩니다. 이러한 생물학적 시스템(생체계)에 대한 학습을 통하여 얻은 궁금증은 우리 자신에게 자연 모사 및 소프트 로보틱스(soft robotics)에 대한 연구 관심을 유발시킬 수 있습니다. 소프트 로봇은 주로 유연한 소재와 연속적인 변형이 가능한 구조로 제작되며, 자유로운 변형은 생체시스템의 근육을 모사한 소프트 액추에이션을 통하여 구현됩니다. 이러한 소프트 로봇의 유연한 특성 때문에 자신의 모양을 작동환경에 맞게 변화시킬 수 있는 능력을 가짐으로써 인간과 비구조화된 환경(unconstructed environment) 사이에서 안전하고 효과적인 상호작용을 이뤄낼 수 있습니다.

우리의 연구 목표는 기계와 인간 사이의 격차를 좁히기 위한 다양한 자연모사 기법 및 소프트 로보틱스 시스템을 개발하고, 폭넓은 공학 분야에서 부딪히는 문제에 대한 창의적이고 혁신적인 해결방안을 제시하는 것입니다.

Q. '생체 영감 및 소프트 로보틱스 시스템(Bioinspired & Soft Robotics System)' 연구에서 가장 큰 애로 기술은 무엇인지 궁금합니다.

잠재력을 극대화한 소프트 로봇을 개발하기 위한 핵심 과제는 센서(sensor), 액추에이터 (actuator) 및 컴퓨팅 (computation) 등이 통합된 소재를 사용하여 로봇의 유연한 몸체가 원하는 움직임을 구현할 수 있도록 하고, 이러한 소프트 바디를 제어가 용이하도록 설계 및 개발하는 것이 요구됩니다.

▲ 접이식 거울 디자인

▲ 접이식 거울 디자인

Q. 생체모방 로봇 시스템과 소프트 로봇이 최근 주목받고 있습니다. 관련 분야의 최신 시장 동향이나 기술 트렌드가 있다면 무엇인가요?

미래에 소프트 로봇은 엄청난 잠재적 응용 분야를 열어주어 로봇이 인간과 밀접하게 작업 할 수 있도록 할 것입니다.

특히, 높은 신뢰성 및 안전성 그리고 저비용이라는 소프트 로봇의 강점은 소프트 로봇이 개인로봇으로써 활용 될 수 있는 중요한 이유가 될 것입니다.

따라서 우리가 저비용의 로봇을 만들어 내기 위해 기술적으로 필요로 하는 부분은 신속한 설계 툴 (design tool)과 제작 방법이며, 소프트 로봇의 제어를 위한 독창적이고 새로운 알고리즘 접근법이 필요할 것입니다.

Q. 로봇을 연구하시게 된 동기가 있다면?

기계와 사람 사이의 격차를 해소하겠다는 생각으로 로봇연구를 하게 됐습니다.

Q. 중국의 명문 하얼빈공업대학(Harbin Institute of Technology) 기계공학 분야에서 학사와 석사 학위를 받았는데, 서울대에서 기계공학으로 박사 학위를 받고 서울대에서 박사후 연구원, 연구조교, 현재 한양대에서 기계공학 조교수로 근무하는 등 9년여 간 한국에서 생활하고 계신데 한국 또는 한국인의 강점이나 장점은 무엇이 있나요?

한국인의 장점은 진지한 태도가 아닐까 생각합니다.

Q. 연구자로서 앞으로의 꿈과 목표가 있다면?

연구의 결과가 더 많은 사람들에게 도움이 되는 실용적인 응용 프로그램으로 전환될 수 있는 기술을 개발하는 것이 목표입니다.

현재 우리 주변에는 로봇을 쉽게 보기 어렵습니다. 딱딱한 강체 로봇은 복잡하고 변수가 다양하게 존재하는 불확실한 일상 환경에서 적응하기 어려운 문제점들을 가지고 있기 때문입니다. 따라서 우리는 다양한 소프트 로봇을 대중의 시야에 들어오게 하고 일상생활에 자연스럽게 융합될 수 있으면서 다양한 분야에 응용 프로그램을 제공할 수 있도록 지속적으로 신기술 개발에 전념하는 것이 연구자로서의 꿈이자 목표입니다.

▲ 사진은 왕웨이 교수가 지난 8월 18일 강원도 휘닉스 평창 팀버홀에서 열린 한국로봇학회 학술대회 신진연구자세션에서 발표하는 모습.

Q. 한국에는 로봇에 대한 관심이 늘어나면서 이를 연구하려는 학생이 늘어나고 있습니다. 선배로서 후배에게 어떤 준비와 노력이 필요한지 조언해 주신다면?

연구하는 분야에 대한 전문 지식에 비해 연구자의 연구 태도가 더 중요하다고 생각합니다.

연구를 하는 것은 하나의 아름다운 예술 작품을 탄생시키는 것과 같다고 볼 수 있습니다. 연구자는 연구를 위해 끊임없이 자신의 에너지를 바쳐야 합니다.

연구를 수행하면서 수많은 문제와 직면하여도 더 나은 해결책이 있는지 적극적으로 생각하는 자세가 중요합니다. 이를 위해 능동적이고 열정적으로 배우며, 항상 이유를 질문하고 탐구하는 습관을 기르고, 솔루션을 최적화하기 위해 노력하는 자세가 중요합니다.

Q. 연구에 주로 영향을 받은 교수님이나 연구자가 계시다면...

저는 저의 지도교수님이신 안성훈 교수님에게 큰 영향을 받았습니다. 교수님께서는 학생들의 연구 활동과 생활을 진심으로 관심 가져주시며, 항상 모든 면에서 격려를 아끼시지 않으셨습니다. 특히나, 연구를 지도해주시는 모습은 매우 엄격 했지만, 학생들의 창의성을 장려해주시고, 학생 스스로가 독창적인 아이디어를 도출하고 탐구 할 수 있도록 자유로운 공간 및 분위기를 이끌어주셨습니다.

마지막으로 “너희는 세상의 빛이라 산 위에 있는 동네가 숨겨지지 못할 것이요.” 라는 말씀처럼 저는 다른 사람에게 유익하고 긍정적인 영향을 주는 사람이 되기 위하여 노력중입니다.