홍콩성시대, 사람 반사신경 모방한 로봇 전자피부 개발

▲사람의 반사 신경 모사한 전자피부의 개념

사람은 손에 아주 뜨거운 물체가 닿으면 생각하지 않고 반사적으로 손을 뺄 수 있다. 하지만 로봇은 그렇지 못하다. 휴머노이드 로봇이 연구실을 넘어 일상 또는 산업 현장에 보급되기 위해선 사람 처럼 주변 환경에 본능적으로 반응하는 능력이 필수적이다. 최근 홍콩 연구팀이 로봇에게 ‘고통’을 느끼게 하고, 위험 상황에서 즉각 몸을 피하는 ‘반사 신경’을 구현하는 데 성공했다.

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홍콩성시대(City University of Hong Kong) 연구팀은 인간의 신경계를 모사하여 로봇의 안전성과 상호작용 능력을 혁신적으로 높인 ‘뉴로모픽 로봇 전자 피부(NRE-skin·neuromorphic robotic electronic skin )’를 개발했다고 밝혔다. 이번 연구 성과는 전문 학술지인 ‘미국 국립과학원 회보(PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences)’에 발표됐다. (논문 제목:A neuromorphic robotic electronic skin with active pain and injury perception)

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연구팀에 따르면, 기존의 로봇 전자 피부는 단순히 압력을 감지하는 수준에 그쳤다. 일종의 '압력 패드(pressure pads)'에 불과하다. 위험 상황에서도 센서 데이터를 중앙처리장치(CPU)로 보낸 뒤 연산을 거쳐 명령을 내려야 했기 때문에, 아주 짧은 지연 시간(Latency) 동안 로봇의 하드웨어가 파손될 수 있다. 로봇 피부가 뜨거운 물질에 닿았다면 손상될수 밖에 없다.

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홍콩성시대 연구팀이 개발한 ‘NRE-스킨’은 인간의 척수 반사시스템을 모방했다. 평상시의 가벼운 접촉은 CPU로 전달되지만, 미리 설정된 임계치를 넘는 강력한 충격이나 통증이 감지되면 피부에서 발생한 고전압 스파이크 신호가 CPU를 거치지 않고 구동 모터로 직접 전달된다. 이를 통해 로봇은 뜨겁거나 날카로운 물체로부터 즉각적으로 자신을 보호하는 조치를 취할 수 있다.

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NRE-스킨은 75~150초 간격으로 CPU에 미세한 전기 펄스를 보낸다. 이는 현재 로봇의 피부 상태가 정상적이라는 것으로 확인해주는 신호다. 하지만 피부가 베이거나 손상되어 펄스가 멈추면, 로봇은 즉시 어느 부위가 다쳤는지 일 수 있다. 이 피부는 자석 패치 방식의 유지보수 기술을 채택했다. 피부 일부가 손상되더라도 레고 블록을 끼우듯 자석 형태의 새로운 피부 조각을 단 몇 초 만에 교체할 수 있다. 전문 기술자 없이도 현장에서 즉시 수리가 가능하다.

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연구팀은 “이번에 개발된 뉴로모픽 전자 피부는 고해상도 촉각 감지와 능동적 통증 감지, 그리고 국부적 반사 신경을 결합한 계층적 신경 구조를 갖췄다”며 “이는 공감형 서비스 로봇이 인간과 더 안전하고 직관적으로 상호작용할 수 있게 해주는 핵심 기술이 될 것”이라고 강조했다.

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연구팀은 향후 여러 지점의 접촉을 동시에 감지할 수 있도록 피부의 민감도를 더욱 정밀하게 개선해 나갈 계획이다. 로봇이 사람처럼 아픔을 느끼고 스스로를 보호할 수 있으면 휴머노이드의 보급이 한층 더 가속화될 수 있을 것으로 기대된다.

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백승일 기자 robot3@irobotnews.com

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