싱가포르국립대·로보사이언스, 시각·촉각 통합 센서 '핑거아이' 개발

▲시각·촉각 통합 센서 '핑거아이'

싱가포르국립대(NUS)와 로보사이언스(RoboScience) 공동 연구팀이 로봇의 손끝에 탑재하는 시각·촉각 통합 센서 '핑거아이(FingerEye)'를 개발했다고 테크엑스플로어가 28일(현지시간) 보도했다.

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연구팀에 따르면, 기존 촉각 센서는 물체와 접촉한 이후에야 피드백 정보를 제공한다. 이 때문에 로봇이 접촉 직전에 손끝 위치를 정밀하게 조정하는 데 한계가 있었다.

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연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 물체 접촉 전·접촉 개시·접촉 후 등 전 단계에 걸쳐 연속적으로 인식 정보를 제공할 수 있는 통합센서인 핑거 아이를 개발했다. 이 센서는 소형이면서도 비용 효율적이다. 또한 독창적인 설계 덕분에 로봇이 주변 물체와 상호작용하는 동안 시각 및 촉각 정보를 끊김 없이 연속적으로 수집할 수 있다.

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이번 연구 성과는 출판전 논문 공개사이트인 ‘아카이브(arXiv)’에 게재됐다. (논문 제목:FingerEye: Continuous and Unified Vision-Tactile Sensing for Dexterous Manipulation)

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핑거아이는 2개의 RGB 마이크로 카메라와 유연한 링(ring) 구조물을 결합해 만들어졌다. 물체 접촉 전에는 카메라가 근거리 시각 정보와 스테레오 심도(stereo depth) 정보를 제공해 손끝 위치 정렬을 돕는다. 접촉이 이루어지면 외력과 토크에 의해 링 구조물이 변형되고, 마커 기반 자세 추정 방식으로 이 변형을 감지해 압력·토크·접촉 방향 등 접촉 정보를 산출한다.

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연구팀은 "정교한 로봇 조작을 실현하기 위해선 접촉 전, 접촉 개시, 접촉 후 등 상호작용의 전 단계에 걸친 포괄적인 인식이 필요하다. 이러한 연속적인 피드백은 로봇이 상호작용 전반에 걸쳐 동작을 적응적으로 조정할 수 있도록 해준다. 그러나 젤사이트(GelSight) 등 기존의 많은 촉각 센서는 접촉이 이루어진 이후에야 피드백을 제공하기 때문에, 로봇이 접촉을 정밀하게 개시하는 능력이 제한된다"고 말했다.

▲핑거아이의 다양한 테스트 장면. (사진=싱가포르국립대)

연구팀은 핑거아이 하드웨어에 맞춰 복수의 센서 신호를 융합하는 시각·촉각 모방학습 정책도 개발했다. 또한 디지털 트윈 시뮬레이션 플랫폼을 구축해 실제 시연 데이터와 시각적으로 증강된 시뮬레이션 데이터를 결합함으로써 물체 형태·질감·외관이 달라지는 상황에서도 학습 정책의 일반화 성능을 높였다.

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연구팀은 동전 세우기, 칩 집기, 편지 꺼내기, 주사기 조작 등 물성과 상호작용 방식이 다양한 환경에서 핑거 아이의 성능을 검증했다고 밝혔다. 향후 가정, 전문 작업 현장, 의료 시설 등 여러 분야에서 핑거이이가 수작업을 안정적으로 수행할 수 있는 적응형 로봇 개발의 토대가 될 것으로 기대하고 있다.

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백승일 기자 robot3@irobotnews.com

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