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[1월 연구실 인터뷰] 조규진 교수님 - 바이오로보틱스 연구실
작성자
관리자
작성일
2024-02-23
조회
1005
조규진 교수님 연구실: 바이오로보틱스 연구실
연구실 대표 김규범 연구원
Q1. 간단한 연구실 소개와 연구 분야 소개 부탁드립니다.
안녕하세요, 저희 연구실은 조규진 교수님께서 지도하시는 바이오로보틱스 연구실입니다. 생체 모사 로봇, 오리가미 구조를 활용한 로봇, 소프트 로봇, 소프트 웨어러블 로봇, 의수에 대해 연구를 진행하고 있습니다.
생체 모사 로봇을 연구하는 팀은 도약 및 비행과 같은 자연의 특화된 움직임에서 영감을 받은 소형 로봇을 연구하고 오리가미 구조를 활용한 로봇을 연구하는 팀은 종이접기 원리를 이용하여 작게 접었을 때는 이동성과 보관성을 확보할 수 있으면서 크게 펼쳤을 때에는 요구 하중을 견디면서 기능을 수행할 수 있는 로봇 및 구조에 대하여 연구하고 있습니다. 소프트 로봇 팀은 강체 로봇 대신 유연한 소재와 메커니즘, 새로운 제조 기술을 기반으로 한 소프트 로봇을 연구하고 소프트 웨어러블의 경우엔 유연한 소재를 활용하여 착용자의 움직임 보조, 부상 예방 및 장애인들의 재활에 도움을 주는 착용형 로봇에 대해 연구하고 있습니다. 손 뿐 만 아니라 상지, 하지까지 다양한 부위에 적용할 수 있는 로봇들을 연구하고 있습니다. 의수팀은 생체 모사 설계를 기반으로 하여 의수 메커니즘을 개발하고 있습니다.
Q2. 최근 진행되고 있는 대표 연구에 대해 간략히 소개 부탁드립니다.
앞서 말씀드린 것처럼 각 팀별로 대표 연구를 말씀드리자면 생체 모사 로봇 팀에서는 무당벌레의 날개 정맥 구조에서 영감을 받은 글라이더 구조체에 관한 연구가 있습니다. 글라이더에 사용되는 오리가미 구조체는 빠르게 펼쳐지며 가볍지만 공중에서도 활강이 가능할 정도로 단단하게 유지될 수 있습니다. 종이 접기를 활용한 로봇의 경우엔 뉴스나 TV 광고에서 보셨을 수도 있는데 종이접기 구조를 활용한 바퀴를 발표했었습니다. 바퀴의 지름이 바뀔 수 있어, 오프로드용과 일반주행용으로 모드 변경이 가능하며 보통 종이접기 구조는 하중에 약하지만, 질긴 천을 사용하여 복잡한 패턴을 쉽게 만들 수 있으면서도 1톤 하중까지도 견딜 수 있어 실제 1인용 차량에 적용하는 데에 성공하였습니다. 소프트 로봇 팀에서는 펠리컨 장어, 카멜레온 등 형상 변형을 일으키는 생명체의 움직임을 모사하여 물류 분야에 활용 가능한 소프트 그리퍼를 개발하였습니다. 소프트 웨어러블 역시 다양한 연구가 진행되며, 대표적으로는 movement reshaping suit라고 소개되고 있는, 무거운 물체를 들 때 올바른 자세를 형성하도록 유도해주는 연구가 있습니다. 의수팀에서는 3d 프린터로 조립없이 한 번에 제작가능한 의수와 라켓을 강인하게 파지하여 절단 장애인들이 골프를 즐길 수 있게 해주는 골프 의수가 대표 연구입니다.
Q3. 해당 연구를 진행하면서 가장 힘들었던 점과 이를 극복한 방법이 있다면 말씀 부탁드립니다.
(답변자: 윤성식 연구원)
앞서 간단히 소개드린 대표 연구 중에서 body powered variable impedance 연구에 대해 답변드리겠습니다. 웨어러블 슈트나 로봇의 개발에서 가장 어려운 점은, 슈트 자체의 성능 만큼이나 사용자가 느끼는 착용감이 중요하게 작용한다는 것입니다. 아무리 우수한 보조 기술을 개발하더라도 착용하는 사람이 불편함을 느끼거나 장기적으로 사용자의 건강에 악영향을 미친다면 그 기술은 슈트에 사용될 수 없습니다. 웨어러블 슈트를 개발하면서 초창기에는 슈트를 착용하고 나면 몸에 상처나 생기거나 멍이 드는 적이 다반사였습니다. 무릎이나 척추가 너무 강하게 압박되기 때문에 슈트를 벗고 나서도 한동안 허리가 뻐근하거나 절뚝거리면서 걸어 다녔던 적도 있습니다. 높은 착용감의 슈트를 개발하기 위해 의상 제작 전문가들과 협업을 하기도 했고 그것 만으로는 부족하여 직접 의복 제작 기술까지 배웠습니다. 또한 슈트가 인체에 미치는 부작용을 최소화하기 위해 아직까지도 계속해서 인간공학 및 해부학 관련 공부를 지속하고 있습니다.
구체적으로 가변 임피던스를 활용한 자세 교정 슈트(Movement Reshaping Exosuit; MR Exosuit)를 개발하는 과정에서 있었던 어려움을 설명 드리겠습니다. MR Exosuit는 무거운 물체를 들어올리는 작업에서 작업자의 자세를 안전한 스쿼트 리프트 자세로 교정하여 등 부상을 예방하는 웨어러블 장치입니다. 자세 교정 슈트의 기능만을 생각한다면, 사람이 등을 구부리지 못하게 끈이나 막대로 고정하는 것이 가장 쉽고 확실한 방식일 것입니다. 하지만 이렇게 슈트를 만들어보니, 사람이 조금만 등을 구부리려고 해도 너무 강한 압력이 신체에 가해지고, 바른 자세로 움직이는 동안에도 지속적으로 압박감을 느끼게 되어 불편했습니다. 자세 교정 성능을 높게 유지하면서 착용감을 극대화하기 위해 저는 착용자의 자세에 따라 원단의 신축성(임피던스)이 달라지는 '가변 임피던스' 기술을 개발했습니다. 착용자가 안전한 스쿼트 자세로 움직이면 슈트가 늘어나며 동작에 대한 저항을 최소화합니다. 반면, 착용자가 위험한 자세에 가까워질수록 슈트의 저항력이 점진적으로 커지면서 동작을 억제하고 착용자가 위험성을 인지하게 합니다. 웨어러블 슈트 이외의 분야에 존재하는 가변 임피던스 기술들은 너무 딱딱하고 무거웠기 때문에 유연한 의복 재료만으로 구성된 새로운 가변 임피던스 기술을 개발하는 것이 이 연구의 핵심 과제가 되었습니다. 사람의 리프트 자세를 분석해 본 결과, 안전한 리프트 자세와 위험한 리프트 자세 간에는 양쪽 무릎의 수평 거리 계형에 큰 차이가 있는 것이 발견되었습니다. 이를 토대로 양쪽 무릎을 수평방향으로 연결하는 고무 밴드 디자인을 고안하여 원하는 기술과 착용감을 동시에 만족하는 자세교정 웨어러블 슈트를 완성할 수 있었습니다. 로봇 설계 기술 뿐만 아니라 의복 제작 기술, 인공 공학 지식이 잘 융합되었기에 가능한 성과였다고 생각합니다.
Q4. 바이오로보틱스 분야에 관심이 있는 학부생들을 위해 해당 분야의 앞으로의 방향성 혹은 조언이 있다면 말씀 부탁드립니다.
(답변자: 조규진 교수님)
AI의 발전으로 디지털 세상의 문제들을 풀어 내는 시스템들은 이제 인간의 능력을 넘어서고 있습니다. 하지만 세상의 많은 문제들은 물리적 세상에서 풀어야 합니다. 노동력 부족과 고령화로 인해 정형화된 환경에서 작동하던 기존의 산업용 로봇이 아닌 다양한 비정형환경에서 움직이고, 사람을 돕고 보조하는 로봇들이 필요해지고 있습니다. 이러한 로봇을 만들어 내기 위해서는 기존 로봇 형태가 아닌 단단한 재료와 유연한 재료, 전통적인 로봇 메커니즘과 생체모사 메커니즘의 조합으로 새로운 개념의 로봇들을 만들어 내야 문제들을 풀어 낼 수 있습니다.
체화 지능 (Embodied Intelligence) 를 지닌 로봇을 만들어 과도한 적은 센싱과 계산만으로도 다양한 환경에서 사용 가능한 로봇을 만들어 내는 것이 필요합니다. 효율적인 자연이 지니고 있는 것처럼 체화 지능 (Embodied Intelligence)과 계산 지능을 동시에 지니고 있는 로봇들을 만들어 내어 물리적 세상의 문제들을 풀어 내고 이 기술들이 세상에서 쓰일 수 있도록 하는 것이 바이오로보틱스 연구실의 방향입니다.
Q5. 연구자가 되고자 하는 후배들에게 조언
저도 아직 많은 걸 배워야 하는 학생이지만 짧은 기간이나마 교수님의 지도하에 연구를 하면서 느낀 것은 “중요한 것은 꺾이지 않는 마음” 이라는 것입니다. 연구가 생각한 방향으로 항상 흘러가는 것이 아니고 결과가 원하는 방향으로 항상 나오는 것이 아닐 뿐만 아니라 교수님 및 다른 연구원들과 토론을 하면서 본인이 잘못하고 있음을 인지하고 인정하는 과정이 항상 존재하기 때문입니다. 연구가 원하는 방향대로 진행되면 정말 좋겠지만 그런 경우는 흔하지 않기에 꺾이지 않고 조금씩이라도 나아갈 수 있는 멘탈을 가진다면 좋지 않을까 싶습니다.
MEch-SSENGER 정석철
