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생체신호를 이용한 로봇과의 상호작용에 대한 방안 제시
우리 대학 기계공학과 김정, 전기및전자공학과 제민규 교수 공동연구팀이 최근 국제 저명 학술지 ‘네이처 리뷰스 일렉트리컬 엔지니어링(Nature Reviews Electrical Engineering)’에 생체 전위(bio-potential)와 생체 임피던스(bio-impedance)를 활용한 직관적인 인간-로봇 상호작용(Human-Robot Interaction, HRI)에 대한 최신 동향과 발전을 다룬 리뷰 논문을 발표했다고 22일 밝혔다.
이번 리뷰 논문은 두 실험실의 박사 졸업생인 박경서 교수(DGIST, 공동 제 1 저자), 정화영 박사(EPFL, 공동 제1 저자), 정윤태 박사(IMEC), 서지훈 박사(UCSD)가 공동으로 참여한 결과물이다. 네이처 리뷰스 일렉트리컬 엔지니어링(Nature Reviews Electrical Engineering)은 네이처 저널에서 작년부터 새롭게 발행된 전기전자 및 인공지능 기술 분야의 리뷰 전문 학술지로 해당 분야의 세계적인 석학들을 엄격한 기준으로 선정해 초청하는 것으로 알려져 있다. 김정 교수 연구팀의 논문은 “Using bio-potential and bio-impedance for intuitive human-robot interaction”라는 제목으로 2025년 7월 18일자로 게재됐다.
(DOI: https://doi.org/10.1038/s44287-025-00191-5)
이 리뷰 논문에서는 생체신호가 움직임 의도를 빠르고 정확하게 감지하는 데 어떻게 활용될 수 있는지에 대해 설명하며, 신경 신호와 근육 활동을 기반으로 한 움직임 예측 기술의 발전을 소개한다. 또한, 생체 신호 센싱에서 저잡음 성능과 에너지 효율성을 극대화하는 데 있어 집적 회로(ICs)가 중요한 역할을 한다는 점에 중점을 두고, 생체 전위와 임피던스 신호를 정확하게 측정할 수 있는 저잡음, 저전력 설계의 최신 개발 동향도 함께 다룬다.
리뷰는 하이브리드 및 다중 모달 센싱 접근법의 중요성을 강조하며, 이를 통해 강력하고 직관적이며 확장 가능한 HRI 시스템을 구축할 수 있는 가능성을 제시한다. 연구팀은 생체 신호 기반 HRI 시스템을 실용화하기 위해 센서와 IC 설계 분야 간의 협력이 필수적임을 강조하며, 인터디스플리너리 협력이 차세대 HRI 기술 발전에 중요한 역할을 할 것이라고 밝혔다. 논문의 공동 제1 저자인 정화영 박사는 생체 전위와 임피던스 신호가 인간-로봇 상호작용을 더 직관적이고 효율적으로 만드는 데 기여할 수 있는 가능성을 제시하며, 향후 생체신호를 이용한 재활 로봇, 로봇 의수 등 HRI 기술 발전에 중요한 기여를 할 것이라고 전망했다. 본 연구는 한국연구재단의 휴먼 플러스 사업 등의 여러 연구 사업의 지원을 받아 수행됐다.
2025.07.22 조회수 5318 -
권동수교수, 사람과 통하는 로봇시대 앞당긴다
전자신문이 특집연재 중인 [新 지방시대, R&D 허브를 꿈꾼다] 제 26편으로 우리학교 인간로봇상호작용핵심연구센터(HRI센터, 소장 권동수 기계공학과 교수)가 소개됐다. 기사는 전자신문 2009년 12월 23일 수요일자 19면을 모두 할애하여 연구센터 소개와 권동수 소장 인터뷰 기사를 실었다.
HRI센터는 인간복지 증진을 위한 서비스로봇 개발의 핵심기술인 인간-로봇 상호작용 기술개발활동을 활발하게 펼치고 있으며, 지난 2004년 10월 정부에서 프런티어 사업 연구센터로 선정돼 현재 3단계(7차년도) 연구를 진행 중이다.
연재: [新 지방시대, R&D 허브를 꿈꾼다] 26. KAIST 인간로봇상호작용핵심연구센터
제목: "사람과 통하는 로봇시대 앞당긴다"
부제: 음성을 통한 감정인식, 생성, 표현기술 개발... 로봇이용 원어민 영어수업 상용화 "초읽기"
매체: 전자신문 19면(NewsPLUS면)
취재: 신선미 대덕특구 출입기자
일시: 2009년 12월 23일 수요일
링크1. 연구센터 소개 http://www.etnews.co.kr/news/detail.html?id=200912220069
링크2. 권동수 소장 인터뷰 http://www.etnews.co.kr/news/detail.html?id=200912220070
2009.12.23 조회수 18373 -
인간-로봇 상호작용 핵심연구센터 개소식(10.21, 4시)
"로봇에게 마음을 주자”
KAIST 인간-로봇 상호작용 핵심연구센터(소장 : KAIST 기계공학과 權東秀 교수, 47)가 오는 21일(목) 오후 4시 KAIST 기계공학동 1층 공동강의실에서 개소식을 개최한다.
KAIST 신성철 부총장, 과기부 정윤 연구개발국장, 인간기능생활지원지능로봇 기술개발사업단 김문상 단장 등 100여명의 관계자들이 참석한 가운데 개최되는 이날 개소식에서는 KAIST 휴먼로봇 아미엣을 포함한 지능로봇 5대와 대전시립합창단원 4명의 합동축하공연도 있을 예정이다. 또한 연구센터 현판식을 마친 후에는 센터 연구실로 이동하여 활동분야에 대한 개괄적인 소개도 진행된다.
인간-로봇 상호작용 핵심연구센터(Human-Robot Interaction Research Center : HRI-RC)는 서비스 로봇의 지능향상을 목표로 하고 있다.
로봇의 활동영역이 산업현장에서 우리의 안방으로까지 넓어지면서 로봇과 인간의 상호작용은 필연적인 요소가 됐다. 따라서 로봇의 시각, 음성, 인지, 감정, 제스처 등 로봇의 각종 지능을 향상시키는 일은 인간과의 상호작용을 위한 로봇 연구의 핵심과제가 됐다.
인간과 로봇의 상호작용은 기계, 전자, 컴퓨터, 통신, 의학, 인지 및 정서심리학 분야의 학제간 통합연구로 이뤄진다. 통합적 연구과제 수행을 위해 이 센터에서는 KAIST를 포함한 9개 대학의 교수 45명과 석. 박사과정 연구원 120여명이 참여하고 있으며, 한국과학기술연구원과 한국기계연구원 등 두개의 연구기관과 첨단 기업체 3곳이 공동참여 중에 있다.
지난해 과학기술부의 21C 프론티어 연구개발 사업 중 하나인 인간기능 생활지원 지능로봇 기술개발사업단의 지정연구센터로 확정된 인간-로봇 상호작용 핵심연구센터는 앞으로 10년간 시각, 청각, 음성, 몸짓, 도구 등을 이용한 로봇과 인간의 상호작용연구를 수행하여, 차세대 지능로봇분야의 핵심기술연구를 위한 구심적 역할을 수행할 계획이다.
인간-로봇 상호작용핵심연구센터(HRI-RC)
HRI-RC는 과학기술부의 21C 프론티어사업의 일환으로 계획된 인간기능 생활지원 지능로봇 기술개발사업단의 지정연구센터로 확정되어, 향후 10년간 시각, 청각, 음성, 몸짓, 도구 등을 이용한 로봇과 인간의 상호작용연구를 학교, 기업체, 연구소와 연계하여 합동으로 수행하여, 차세대의 지능로봇분야의 핵심기술연구를 위한 구심적 역할을 수행하며, 연구를 위한 제반 지원활동을 하고 있다.
HRI-RC의 연구인력 구성은 교수 45명, 석. 박사과정 연구원 120여명, 기업체 3곳이 참여하고 있다. 이 센터는 HRI관련인력양성, 산학연 기술공유 및 협력을 위한 학술세미나, 국제공통Workshop, 국내외 MoU체결 및 연구진행에 따른 기술연수 등으로 연구지원활동을 추진 중이다.
여기서 HRI-RC의 HRI의 의미는 “Human-Robot Interaction을 의미하는, 즉 인간과 로봇의 상호작용을 뜻한다. 기존의 로봇연구가 산업로봇에 집중되었던 반면, 최근의 로봇연구는 지능로봇, 즉 로봇이 인간의 활동을 여러 분야에서 보조, 지원해줄 수 있는 서비스기능을 가진 방향으로 연구가 활발히 진행 중이다. 여기서 인간과 로봇의 상호작용연구는 그 지능의 향상을 핵심 지원하는 역할을 하게 된다. 이러한 지능로봇연구의 결과 가사보조, 의료, 완구, 예술, 노인 도우미 등에 다각적인 응용을 시도 중이다. 로봇이 이러한 기능을 수행하기 위해서는 기존 로봇이 그저 인간처럼 단순히 움직이거나, 산업용 로봇이 일정하게 짜여져 있는 프로그램을 따라 생산일선에서 작동을 했던 기능만을 가지고서는 도저히 그 역할을 담당할 수 없다. 이러한 핵심기술 개발을 위해서는 바로 로봇 지능의 개발이 우선적이라는 데 모든 연구의 공통점이 있다. 그리하여 연구개발측면에서 공상과학영화에서 등장하는 터무니없다고 생각되던 액션이나 기능 등이 부분적인 실현가능성을 가지고 접근하고 있다는 것을 의미한다.
이러한 로봇지능의 개발은 곧, 로봇 기능의 괄목할 만한 확대와 더불어 그 활용의 다양한 분야에서 적용할 수 있게 될 것이다. HRI-RC의 로봇은 인구구조학적으로 노년인구의 급증과 더불어 복지문제가 당면한 여러 문제점 등을 해결하는데 한 몫을 담당하게 된다. 이를 위해서는 인간과 로봇의 상호작용 연구가 필연적이다. 로봇의 인간의 감정과 행동을 이해하고 그에 상응하는 역할을 담당하게 하기 위해서는 상호작용을 위한 시각, 청각, 대화음성, 감정 등의 인식을 위한 인터페이스 기술개발이 뒤따르게 된다. 이러한 내용은 인지적 모델 개발, 상호작용 틀의 설계 및 매개 인터페이스 구조 설계를 위한 기술개발이 기본연구 목표로 하고 있다. 이러한 기술적 뒷받침은 그 동안 연구가 활발히 진행되어왔던 인간-로봇 상호작용, 텔레로보틱스, 햅틱 시스템의 설계 및 제어, 햅틱 랜더링, 의료로봇, 엔터테인먼트 로봇, 재활로봇분야가 크게 뒷받침될 것이다.
이 연구의 핵심기술은 로봇의 인간에 대한 시각, 대화음성, 멀티모달 상호작용, 매개 인터페이스, 제스쳐, 표정 및 촉각표현에 범위를 두고 있다.
시각 인터페이스는 로봇과 인간의 상호작용을 위해서 우선적으로 해결되어야 할 부분으로 로봇을 사용하는 사람의 위치와 자세를 인식하게 해야 하는데, 사용자에 대한 상황변화에 무관하게 강한 얼굴인식능력을 가져야 하며, 이러한 얼굴인식이 이루어진 후, 다음 단계로 로봇은 서비스제공을 위해 감정상태에 대한 변화탐지 및 분석능력을 가져야 한다.
대화음성 인터페이스기술은 로봇이 다양한 환경 내에서 노인층의 음성을 인식기술을 의미하는데, 이러한 기술은 감시시스템, 보안시스템, 원거리통신 및 신호처리분야의 발전을 기대할 수 있다.
멀티모달 상호작용기술은 현재까지 집중되어 있던 하드웨어적 또는 소프트웨어적인 기술발전이 로봇의 작동요소에 집중되어 있던 반면, 로봇이 인간의 일상생활지원, 노인간호 및 복지, 공공서비스 등의 적용면에서 상호 협력하는 체계적 기술을 의미한다. 이러한 기술은 컴퓨터공학, 인지공학, 로봇 공학의 기술적 결합을 통해서 만이 이루어질 수 있으므로 각 기술간의 협동공동연구가 불가피하다.
로봇의 감정표현기술연구는 로봇이 친숙한 외관은 물론 오감기능(시각.청각.후각.미각.촉각), 안면근육운동을 이용한 감정표현기능 및 음성기능을 가질 수 있는 기술개발에 초점을 맞추고 있다. 이러한 안면 근육 운동기능은 기존의 기능으로는 어려웠으나, 현재는 EAP (Electroactive Polymer)와 같은 기능성 재료 및 응용기술연구의 활발한 진행으로 근육운동기능의 구현이 가능해지고 있다. 이러한 로봇이 감정표현이 가능해지면 인간과 공존할 수 있는 가치가 상승되므로 매우 중요한 기술이라 할 수 있다.
매개 인터페이스기술은 인간과 로봇이 상호작용을 하는 즉, 이동형 인간 공생형 로봇부문에서 향후 수년 내에 발전이 진전되는 부분이다. 로봇과 인간간의 휴먼 인터페이스 뿐 아니라 휴대TV, 전화 등의 기존 유비쿼터스 환경간의 결합을 통한 사용자와 로봇이 간편히 통신하는 기술적 실현도 이루어지게 된다. 또한 로봇과 지능형 플랫폼, 각종 센서 정보처리를 기존의 IT산업과 결합, 발전되는 것도 기대된다. 각종 지능화된 단말이 내장된 사이버주택, 로봇하우스도 진전될 전망이며, 홈 오토메이션 환경에서 로봇은 이동성, 정보전달성에 있어서 음성통신, 데이터통신, 화상전송 등이 로봇을 통해서 가능해질 수 있는 통신분야의 이동단말 요소기능융합의 견인차 역할을 담당하게 될 것이다.
표정표현기술은 로봇이 인간과 상호작용하면서 인간에게 보다 친밀한 느낌이 전달될 수 있도록 인간이 선호하는 형태로 자신의 의사를 표현하도록 하는 기술이다. 로봇 기술이 아무리 발달된다 할 지라도 로봇의 표정이 인간에게 거부감이 나지 않도록 자연스럽고 친밀하게 동작하도록 해야 할 것이다. 이를 위해서는 표현에 대한 데이터베이스구축, 인공피부개발, 안구구동기술, 얼굴근육구동기술 및 인공근육 구동기의 개발이 이루어질 전망이다.
촉각표현기술은 지능로봇에서 자연스러운 사용자 인터페이스 기술을 위해 인간의 피부가 가진 촉각을 감지할 수 있도록 하는 모든 기술을 총칭한다. 이 촉각의 범위는 위부로부터의 힘, 압력, 온도, 질감 등이 포함되며 이러한 기능을 로봇이 갖게 되면 자연스러운 휴먼 인터페이스가 가능하여 폭넓은 분야로의 적용이 가능해질 것이다.
이렇게 국내외 연구센터들이 연구에 집중하고 있는 인간형 로봇에 대한 시각, 대화음성, 멀티모달상호작용, 매개 인터페이스, 제스쳐, 표정 및 촉각표현기술의 개발은 지금까지는 초기 단계라 할 수 있다. 국내외에서도 학계와 연구소를 중심으로 연구가 진행 중이며, 이와 더불어 핵심요소기술과 전문인력부족의 문제점, 산업계의 단기성 투자성향, 선진국의 장벽 등 넘어야 할 장애가 산재하지만, 연구에 대한 강한 의지와 정부차원에서의 지원 등으로 전망이 그리 어둡지 만은 않다. 정보통신부, 산업자원부, 과학기술부 및 교육부의 이러한 21C 국가 주력 산업인 반도체, 로봇 등의 산업기반을 구축하여 관련 산업의 관련 시너지 효과로 성장 잠재력을 가지고 있어 다각적인 투자와 지원을 아끼지 않고 있다. 이는 단순히 그 기술의 축적 뿐 아니라, 연계 산업의 성장은 물론 궁극적인 목표인 인간의 복지실현에도 크나큰 기여를 할 것으로 전망된다. HRI의 산업체 응용분야로는 로봇생산업체, PDA, Mobile phone, 가정용, 의료용, 완구 분야로써 전체 혹은 부분적인 기술이전도 가능하다고 보여진다.
2004.10.20 조회수 38061