로봇손이 소리따라 움직이고 촉감을 느낀다

[파이낸셜뉴스] 울산과학기술원(UNIST) 고현협·김재준 교수팀은 사람 동작, 촉감, 소리 등을 모두 인식해 기계를 움직이는 사람-기계 인터페이스 기술을 개발했다. 이 기술은 귓속 달팽이관 원리를 이용해 로봇이 인공피부로 물질의 촉감을 구별하고, 소리를 인식해 명령을 따르고, 사람의 동작을 그대로 따라할 수 있다.

연구진은 이 기술을 이용해 아바타 로봇 손과 스마트 햅틱장갑을 만들었다.

테스트결과, 여기에 사용한 인공피부 센서의 압력 민감도가 기존의 센서들보다 8배 향상됐다. 또한 사람이 움직이는대로 똑같이 따라하고, 햅틱장갑이 잡은 물질의 인식률이 93%에 달했다.

고현협 교수는 27일 "센서가 얇고 부착 가능해 다양한 가상현실(VR), 증강현실(AR), 사물인터넷(IoT) 기술에 쓸 수 있을 것"이라며 "메타버스나 아바타 로봇 시대에 꼭 맞는 기술"이라고 말했다.

연구진은 우선 귓속 달팽이관 구조를 모방한 인공피부 센서를 만들었다. 두께와 너비, 단단함 정도가 부위별로 달라 소리를 주파수별로 구분해 받아들 수 있는 달팽이관 막의 원리를 응용한 것이다. 이 센서는 달팽이관의 얇은 막처럼 두께, 다공성, 면적 등이 다른 단위 마찰전기 센서 여러 개가 연속적으로 붙어 있는 형태다.

이렇게 만들어진 센서는 사람의 동작처럼 느리게 반복되는 저주파 신호뿐만 아니라 빠르게 진동하는 소리, 촉감 같은 고주파 신호도 낮은 신호 대 잡음비로 기계에 모두 전달할 수 있었다.

연구진은 이 센서로 아바타 로봇 손과 스마트 햅틱 장갑을 만들었다. 소리로 아바타 로봇 손을 조종하는 실험에서는 주파수를 바꿔 로봇 손의 손동작을 조종할 수 있었다. 또 사용자가 스마트 햅틱 장갑을 끼고 움직이면 아바타 로봇 손이 사용자의 손 움직임을 그대로 따라 했으며, 유리, 종이, 실크 등 8가지 다른 물질의 질감도 93% 정확도로 인식했다.

이와함께 이 센서는 센서 내부 구조를 특수하게 설계해 기존 평면 형태 센서보다 압력 민감도가 최대 8배 향상됐다. 인식할 수 있는 주파수 대역폭도 45~9000㎐다.

사람의 심전도 신호(0.5~300㎐), 근전도 신호(50~3000㎐), 심음도 신호(20~2만㎐), 목소리(100~400㎐) 등 생체 신호를 모두 인식할 수 있다. 연구진은 외부 소음 환경에서도 머신 러닝을 통해 95% 정확도로 사람 목소리만 인식 가능해 소음 제거 기능을 탑재한 마이크로도 쓸 수 있다고 설명했다.

한편, 이번 연구결과는 미국과학협회(AAAS)에서 발행하는 세계적인 권위지 사이언스의 자매지인 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)'에 지난 25일자로 게재됐다.

[e-mail] 김만기 기자