로봇이 우리의 삶 곳곳에 미치는 영향이 커지고, 로봇 기술 개발에 대한 관심과 기대는 날로 높아지고 있다. 이번 연구실 탐방은 기계공학부 문형필 교수의 로봇 및 지능시스템 연구실(RISE Lab)을 취재했다. 물류 로봇 기술, 클라우드 기반 물체 파지 기술, 드론 시뮬레이션 등 다양한 로봇 분야에 대한 연구를 진행 중인 RISH Lab에 대해 알아보자. 

- 연구실 소개 부탁드립니다.

제가 운영하는 로봇 및 지능시스템 연구실, RISE LAB은 스스로 환경을 인식하고 판단하여 의미 있는 동작을 할 수 있는 지능형 로봇에 대한 연구를 하고 있습니다. 비전 센서를 이용한 인식 기술, 시스템 모델링 및 제어 기술, 로봇의 판단 지능 기술 등 굉장히 다양한 연구를 수행하고 있습니다. 최근 주요 연구 분야로 인식 기반의 이동/파지/조작 지능 연구개발에 집중하고 있습니다.

- 연구실의 대표적인 연구 활동들을 소개해주세요. 

우리 연구실에서는 물류 로봇 기술에 관해 연구하고 있습니다. 물류는 크게 제조환경에서 제품을 생산하고 출하하는 과정의 제조 물류와 택배와 같은 일반 물류로 나눌 수 있는데 두 물류 기술은 성격이 다릅니다. 제조 물류에서는 보통 몇 가지의 동일한 상자나 부품들을 취급하지만, 일반 물류에서는 셀 수 없을 정도의 다양한 상자를 다뤄야 합니다. 일반 물류 기술에 대한 연구로 CJ 대한통운, STC 엔지니어링과 함께 공동으로 트럭에서 상자를 내리는 하차 작업을 로봇으로 수행하기 위한 기술을 개발하고 있습니다. 

택배와 같은 일반 물류 상황에서는 매우 다양한 상자를 다뤄야 해서 아직도 트럭에 물건을 싣고, 트럭에서 물건을 내리는 일, 컨베이어 벨트에 물건을 올리고 내리는 일 등을 전적으로 사람의 손에 의존하고 있습니다. 우리 실험실은 트럭에 쌓여 있는 상자, 마대, 아이스박스, 파우치 등과 같은 물체의 개별 크기와 위치를 인식하여 로봇이 작업할 수 있도록 하기 위해 센서를 이용하여 물체의 형상 정보를 실시간으로 인식하여 물건을 잡을 수 있는 기술을 연구하고 있습니다.

▲하차 자동화 연구

다음으로 LG 전자, 한국전자기술연구원과 함께 비전 인식 기반의 물체 파지 기술과 클라우드 기술과 연결하여 파지 조작 지능을 공유하고 증강하는 연구를 진행하고 있습니다. 클라우드 로봇 지능 기술은 통신 기술이 발전하면서 더욱 주목받고 있습니다. 개별 로봇이 모두 뛰어난 지능을 가지면 좋겠지만, 모든 개별 로봇에 인공지능을 이용할 정도의 고성능 컴퓨터를 설치하는 것은 경제적인 부담이 될 수 있습니다. 통신 속도가 충분하다면 복잡한 인공지능 알고리즘은 클라우드에서 작동하고 로봇은 간단한 알고리즘만 작동하게 할 수 있습니다. 우리 연구실에서는 이러한 클라우드 기술을 이용하여 센서 정보와 피지 성공 여부를 판단하는 연구를 진행하고 있고 물체 기본 형상을 알고 있는 상황에서 처음 보는 물체를 한 번에 보고 파지 할 수 있는 기술에 대해 연구하고 있습니다.

▲클라우드 기반 물체 파지 기술 연구

생활 환경 로봇 기술 연구로 사람 크기의 로봇 팔 작동이 가능한 신개념 소프트 공압 액추에이터에 적용하기 위한 공압 파워팩 기술을 연구하고 있습니다. 우리 학과의 최혁렬, 구자춘, 휴고 로드리그 교수님과 함께 기초연구실사업에 참여하여 사람들의 주변에서 가사 노동과 같은 서비스 일들을 대신해줄 충분한 힘을 가지면서도 안전한 소프트 로봇을 연구하고 있고, 우리 연구실에서는 이러한 구동기를 작동시킬수 있는 고성능이면서 부피가 작은 공압 파워팩을 연구하고 있습니다. 양압과 음압의 변화에 동시 대응이 가능해야 해서 제어의 어려움이 있습니다. 우리 실험실에서는 최근에 외란관측기를 사용하여 제어 성능을 높이는 연구 성과를 발표하기도 했습니다.

▲외란관측기를 이용한 양음압 동시 발생 파워팩 제어

비행 중 위험성이 높고 사고를 초래할 드론을 안전하고 효율적으로 연구하기 위해 드론 시뮬레이션 환경 구현과 자율 비행에 관한 연구를 진행하고 있습니다. 실제환경을 최대한 반영한 가상 시뮬레이션 세계를 구축하고 가상환경 속에서 자율 비행을 연구하여 사고로부터 안전하고 효율적인 연구가 가능하도록 개발하고 있습니다. 강화학습을 이용한 자율 비행과 같이 실제 드론을 이용해서는 구현하기 힘든 기술은 시뮬레이션을 이용하여 구현하여 드론의 자율주행 성능을 높이고 있습니다. 본 연구는 이화여자대학교 “시뮬레이션 기반 융복합 콘텐츠 연구센터”의 지원을 받고 있으며 2022년 로봇종합학술대회에서 경진대회를 주최하고, 2020년, 2022년 정보통신기획평가원 원장상, 2021년 장관상을 수상하는 등 관련 분야에서 주목 받고 있습니다.

▲Unreal Engine 기반 드론 시뮬레이터

이 외에도 협동로봇과 같이 작업하는 사람을 보호하기 위해 로봇이 근접 및 충돌을 감지하고 충돌을 회피하는 기술, 로봇 팔의 마찰을 모델링하고 마찰을 보상하는 기술, 물류 환경에서 다양한 크기와 무게의 화물을 파지하여 옮길 수 있는 신개념 그리퍼, 자율주행차 레이스 기술 개발 등 다양한 연구를 수행하고 있습니다.

- 하나의 연구를 진행하는 과정은 어떻게 되나요?

연구는 한자어로 연석에 칼날을 가는 것을 의미하는 갈 연 硏자와 어두운 동굴속에서 벽을 더듬는 손을 형상화한 究로 표현합니다. 모르는 것을 찾기 위해 반복적으로 세밀한 작업을 하는 것이 연구라는 의미이지요. 영어로 표현하면 research, 즉 다시 찾는다는 의미입니다. 한자어와 영어로 표현된 내용을 수행하는 것이 연구입니다. 모르는 문제를 정의하고, 기존에 비슷한 문제가 있었는지, 그런 문제들은 어떠한 방법으로 풀었는지, 어떤 장단점이 있는지 알아보고, 새로운 방법을 고안해서 그 방법이 왜 잘되고 얼마나 잘 되는지 증명하기 위해 데이터를 얻고 해석하는 과정이 연구의 과정입니다. 로봇 분야의 연구도 마찬가지입니다. 기존에 할 수 없었던 작업을 구현하기 위해 시스템을 만들고 의도한 대로 잘 작동함을 보이는 연구를 수행합니다. 다만, 로봇 연구는 다뤄야 하는 도구의 영역 범위가 기계 설계 및 제작, 전기전자 회로 설계 및 제작, 알고리즘 개발, 동역학 분석, 수학, 데이터, 컴퓨터, 때로는 열 유체 분야까지, 아주 폭이 넓어서 혼자서 모든 것에 전문가가 되기에는 어려운 점이 있습니다. 그래서 우리 연구실에서는 팀을 나누어 분야별 전공 지식을 쌓고 협력을 통해서 연구를 수행하고 복잡한 문제를 풀기 위해 노력하고 있습니다. 

- 연구실 자랑 부탁드립니다.

학생들의 자유롭고 열정적인 연구를 지원하기 위해 연구실에 많은 장비가 구비되어 있습니다. 현재 연구실에는 로봇 팔 8대, 모바일 머니퓰레이터 2대, 실외 자율주행로봇 1대, 소형 모바일 로봇 2대, 모션 캡처 장비 및 성능 좋은 비전 카메라와 센서들, 딥러닝 서버 등이 있습니다. 다양한 로봇 공학 분야에 관심 있는 학생들이 장비가 부족하여 연구를 진행할 수 없는 일은 없도록 하고 있습니다.

연구실 출퇴근 시간 및 연구 일정 선택에서 학생들의 재량을 존중하고 있습니다. 모든 사람이 각자의 생활 패턴을 가지고 있어서 각 학생들이 가장 집중해서 연구할 수 있는 시간도 모두 다를 것입니다. 이를 존중하기 위해 자율 출퇴근 방식을 택하고 있고 학생들의 자유로운 근무 및 연구와 휴식의 배분으로 각자의 가장 효율적인 연구를 가능하게 하려 하고 있습니다.

- 로봇 및 지능 시스템 연구실에 들어가려면 어떤 자격, 능력이 필요할까요? 어떤 학생이 연구실에 오면 좋을까요?

로봇 연구를 하기 위해서는 하드웨어(기계장치, 회로장치, 소재의 특성 등)에 대한 지식뿐만 아니라 하드웨어를 실제로 운용하기 위한 소프트웨어(컴퓨터 알고리즘, 엣지 컴퓨팅, 오픈소스 등)에 대한 이해도 필요합니다. 물론 연구실에 갓 들어온 학생이 이러한 것에 대한 기초지식을 골고루 갖추고 입학하는 것은 불가능함을 압니다. 따라서 저희 연구실에서는 지식적으로 부족함이 있어도 본인이 모르는 문제를 접했을 때, 능동적으로 자료를 조사하고 공부하는 자세와 선배들과 소통하며 배움을 얻는 자세를 갖추는 것을 중요시하고 이를 기대할 수 있는 학생을 선호합니다. 

- 연구원을 꿈꾸는 학생들에게 한마디 부탁드립니다.

요즘 들어 전 세계적으로 로봇에 대한 기대와 관심이 높아지고 있습니다. 테슬라 CEO인 일론머스크는 테슬라가 세계 최대의 로봇 회사라고 칭하고, 국내 대기업인 현대자동차도 차세대 기술로 UAM과 같은 로봇 기술을 이야기합니다. LG전자는 이미 로봇 분야 인력을 끌어모으고 있고, KT는 이동 로봇을 이용한 서비스를 선보이고 있습니다. 최근 공지된 산업통상자원부 과제 절반 정도가 물류 관련된 로봇 기술 개발일 정도로 물류 현장에서의 로봇에 대한 기술 개발 또한 활발히 이루어지고 있습니다. 국제적으로도 수많은 스타트업, 대기업이 물류 로봇 기술 개발에 나서고 있습니다. 

국내 협동로봇 회사는 코스닥에 상장할 정도로 성장을 했고, 레스토랑 서빙 로봇, 배달 로봇 분야에서는 국내 스타트업 회사가 큰 규모의 투자를 받고 있습니다. 투자자들은 투자할 로봇 기업, 창업자를 찾고 있습니다. 먼 미래의 기술로 보이는 로봇 기술은 임금 상승, COVID로 인한 환경 변화로 인해 더욱 우리 생활에 깊게 들어오고 있습니다. 할 일에 비해 인력은 부족한 현실입니다. 로봇은 다양한 분야의 기술이 필요한 전정한 융합 분야입니다. 기계, 전기전자, 컴퓨터는 물론이고, 인간 공학, 심리학, 디자인까지, 다양한 분야의 학생들이 로봇 연구 개발에 참여하면 좋겠습니다.

연구실 주소: https://rise.skku.edu/