英 '킹스칼리지 런던' 연구팀, "촉각 로봇 설계 및 훈련기간 대폭 줄인다"

영국 킹스칼리지 런던(King's College London) 연구팀이 생물에서 영감을 받아 촉각 로봇의 설계 및 훈련 기간을 기존 18개월에서 2주로 대폭 줄일 수 있는 기술을 개발했다고 3일(현지 시간) 밝혔다.

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이 기술은 고양이 발바닥·코끼리 코·문어 촉수 등 자연계의 감각기관 구조를 인공 센서 설계에 응용한 것이 핵심이다. 고양이 발바닥·코끼리 코·문어 촉수의 촉수는 평평하지 않지만 다른 어떤 동물보다도 민감하게 촉각을 인지할 수 있다.

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연구팀은 이번 연구 성과를 전문 학술지인 '사이보그 & 바이오닉 시스템(Cyborg & Bionic Systems)'에 게재됐다. (논문 제목:SimTac: A Physics-Based Simulator for Vision-Based Tactile Sensing with Biomorphic Structures)

▲생체 형태 구조를 갖춘 비전 기반 촉각 센서를 위한 물리 기반 시뮬레이터

이번 연구는 킹스칼리지 런던 연구팀이 올해 1월 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 발표한 연구 성과를 결합했다.(논문 제목:Training tactile sensors to learn force sensing from each other) 연구팀은 사람은 통합 촉각 기억 시스템을 통해 여러 손가락과 손바닥 전체의 파지(grasp) 힘을 조율함으로써 안정적이고 정교한 물체 조작을 실현할 수 있다고 밝혔다.

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연구팀은 "자연의 가장 뛰어난 사례들로부터 교훈을 얻어 다양한 과제를 수행할 수 있는 다양한 프로토타입과 모델을 개발했다"고 밝혔다. 연구팀은 고양이 발바닥, 문어 촉수, 코끼리 코를 가상으로 구현했으며, 이를 통해 서로 다른 촉각 센서 설계가 실생활에 활용 가능한 더 나은 프로토타입 개발에 어떻게 기여할 수 있는지를 규명했다.

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샨 뤄(Shan Luo) 킹스칼리지 런던 교수는 "사람의 뇌는 딸기와 야구방망이를 잡을 때 필요한 힘의 차이를 직관적으로 안다"며 "이번 연구는 산업용 로봇부터 차세대 보조기기까지 다양한 분야의 개발 병목 현상을 해소할 수 있을 것"이라고 말했다.

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연구팀은 "이번 연구는 설계 공간을 획기적으로 확장한 것"이라며 "실물 촉각 로봇을 기존보다 훨씬 짧은 시간 안에 제작하는 데 활용될 수 있을 것"이라고 강조했다.

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연구팀이 이번에 개발한 플랫폼 '심택(SimTac)'은 가상 환경에서 실제 사물 데이터를 기반으로 센서를 시뮬레이션하고 훈련해, 기존의 시행착오 방식을 제거했다.

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연구팀의 쉬양 장(Xuyang Zhang) 박사과정 학생은 "기존 시뮬레이션 기술은 손가락 끝처럼 평평한 센서만 구현할 수 있었지만, 심택은 다양한 생체 형태의 센서 프로토타입을 빠르게 생성할 수 있다"고 설명했다.

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연구팀은 또한 인간의 촉각 기억 방식을 모방한 AI 모델 '젠포스(GenForce)'도 개발했다. 이 모델은 손가락 하나의 감각 데이터를 2D 이미지로 변환해 로봇 손 전체에 힘·촉각 정보를 적용하는 방식으로, 훈련 비용을 기하급수적으로 절감할 수 있다. 고정밀 힘·토크 센서 한 개당 가격이 1만 파운드(약 1700만 원)를 넘는 점을 감안하면 산업적 파급 효과가 클 것으로 기대된다.

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연구팀은 향후 생체 모방 촉각 로봇을 완전히 자체 제작해, 촉각 로봇 기술이 구현할 수 있는 설계 영역의 한계를 더욱 넓혀나갈 계획이라고 밝혔다.

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