촉각을 구현한 '인공 피부'가 로봇을 보다 더 인간에 가깝게 만든다

大倉康弘

촉각을 구현한 '인공 피부'가 로봇을 보다 더 인간에 가깝게 만든다

Credit: Hedan Bai

현재 로봇이 인간처럼 움직이는(직립보행) 것은 실현 되었습니다.

그러나 촉각처럼 인간다운 감각을 느끼게 하는 것은 매우 어렵습니다.

그런 가운데 미국·코넬 대학 기계공학부의 롭·쉐퍼드 준교등 연구팀은 11월 13 일자의 과학잡지 「Science」 에서 인간과 같은 촉각을 검지하는 신축성 있는 인공피부 를 개발했다고 발표했다.

새로운 인공 피부는 빛에 의해서 압력·굽힘·변형등을 검출할 수있는 신호로서 전해집니다.

이것을 응용한다면 로봇에게도 인간과 같은 감각을 줄 수 있을지도 모릅니다.

요약

☆로봇에게 촉각을 부여하다

☆신축성 분포형 광섬유 센싱이란
☆빛으로 움직임과 촉각을 감지하는 인공 피부

■ 로봇에게 촉각을 부여하다.

 

현대에서는 모션 캡처를 이용하여 비교적 간단하게 인간의 움직임을 컴퓨터에 피드백할 수 있습니다.

다음은 매끄럽게 움직이는 로봇에게 그 정보를 보내면 인간의 움직임을 로봇이 재현할 수 있을 것입니다.

그러나 이것만으로는 인간(포유류) 특유의 풍부한 감각을 로봇에게 준 것이 아니다.

인간에게 접근하기 위해서는 몸을 움직일 뿐만 아니라 물건을 만지거나 쥐거나 했을 때의 촉각을 부여 할 필요가 있습니다.

Credit: depositphotos

물론, 지금까지도 로봇이 정보를 얻는 수단은 존재 해 왔습니다.

센서라고 불리는 것입니다.

온도 센서, 광 센서를 통해 온도 및 밝기를 감지할 수 있으며 물리 센서를 통해 압력을 감지할 수 있 습니다.

그러나 기존의 물리 센서로는 인간의 촉각처럼 섬세하고 풍부한 감각을 얻기는 어렵습니다.

이런 점에서 연구팀은 촉각을 주는 신축성 있는 인조피부를 개발하여 다양한 분야에 응용할 수 있도록 하였습니다.

이들이 인공피부에 이용한 것은 논문 제목이기도 한 신축성 분포형 광섬유 센서입니다.

■신축성 분포형 광섬유 센싱이란

이번에 개발된 것은「신축성 분포형 광섬유 센서」라고 하는 광센서입니다.

광섬유란 빛을 통하게 하는 섬유를 말한다.

이것은 주로 인터넷 회선 등에서 사용되고 있습니다.

광회선은 전기신호를 빛으로 변환하여 빠르게 전송하고 있는데, 이 빛의 경로가 되는 것이 광섬유입니다.

그리고 최근에 이 광섬유를 이용한 「광섬유 센싱」이라고 하는 기술이 주목받고 있습니다.

 

본래 광섬유는 전송하는 빛이 외부의 영향을 받지 않도록 보호되는데, 반대로 이 성질을 센서로 이용할 수 있습니다.

즉, 받은 빛의 성질에 따라 센서 부분의 온도 변화와 변형 등을 감지할 수 있습니다.

이 광섬유 센싱은 고장이 잘 나지 않고 운용 비용도 낮다는 특징이 있습니다.

Credit: 株式会社ハギテック

그리고 이 중에는 분포형 광섬유 센싱(DFOS)이라고 하는 기술도 있습니다.

이는 국소적인 측정이 아닌 연속적인 측정이 가능하며 그래프와 같이 전체적이고 연속적인 데이터와 변화를 관측할 수 있습니다.

DFOS는 이 때문에 다리, 도로, 건물 등의 기계적 변형을 감시하기 위해 사용되어 왔습니다.

그런데 셰퍼드씨 팀이 개발한 것은 신축성 DFOS로 촉각정보를 얻기 위해 인조피부시스템에 응용한 것입니다.

■ 빛으로 움직임과 촉각을 감지하는 인공 피부

Credit: Hedan Bai

연구팀은 신축성 있는 실리콘 코팅 안에 2개의 광섬유 코어를 삽입하였습니다.

그리고 움직임을 측정하기 위해 한 쪽 코어는 투명하게 하고 다른 쪽 코어에 다른 색의 염료를 산재 시켰습니다.

이를 통해 빛의 파장, 편광, 방향 변화로부터 물리적 작용에 관한 풍부한 정보를 얻을 수 있습니다.

물리적인 압력 측정과는 달리 빛의 강도와 색 만으로 상세한 압력·굽힘·변형을 측정할 수 있다는 것입니다.

그러므로 연구자들은 기계 학습 알고리즘에 의지할 필요가 없습니다.

Credit: Hedan Bai

그리고 실제로 테스트하기 위해, 연구팀은 이 새로운 광섬유를 이용한 장갑을 제작.

착용자가 손가락을 구부리거나 움직이거나 했을때 움직임과 그 강도에 대응하는 빛과 색의 패턴이 계측되었습니다.

그결과 촉각에 대한 상세한 정보를 얻을 수 있었습니다.

Credit: Hedan Bai

그런데, 이 새로운 기술은 장기적으로는 의료 툴 ·소프트 로봇·의수등의 개발에 도움이 될 것입니다.

VR·AR 기술로도 이용할 수 있습니다.

예를 들어, 압력이나 움직임을 측정할 수 있는 장갑을 통해 가상 공간에서 자동차 수리 방법을 배울 수 있을 것으로 예상됩니다.

특히 너트의 결속 상태 등은 감각적인 것으로 실천으로 밖에는 배울 수 없지만, 이 기술을 이용하면 장갑에서 전해지는 촉각에 의해 미묘한 힘의 조절까지 올바르게 이해할 수 있습니다.

더 먼 미래에는 로봇이 촉각을 터득시켜, 지금까지 는 인간 밖에 가질 수 없었던 적당한 힘의 컨트롤과 보다 리얼한 원격 조작이 가능하게 될 지도 모르겠네요.
reference: techxplore



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