DGIST 장재은 교수팀, 머신러닝 활용한 '촉각 감성' 기술 개발
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DGIST 장재은 교수팀, 머신러닝 활용한 '촉각 감성' 기술 개발
  • 정 현 기자
  • 승인 2021.02.18 21:31
  • 댓글 0
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연구논문, 국제학술지 ‘Advanced Science’ 2월 8일자 온라인판 게재

[위즈뉴스] 통증이나 촉감을 느낄 수 있는 의수나 로봇팔 연구가 활발한 가운데 다기능 촉각센서와 머신러닝을 결합해 사람마다 다른 인지적 촉각을 구현하는 아바타 기술이 소개됐다. 

한국연구재단은 17일, 대구경북과학기술원(DGIST) 장재은 교수 연구팀이 접촉한 물체의 표면정보를 읽어낼 수 있는 다기능 촉각센서를 구현하고 이를 기계학습 기반 신호처리와 융합하여, 사용자 개인의 독특한 촉감 감성을 모사하고 해석할 수 있는 아바타 기술을 구현했다고 밝혔다.

이 기술은 단순한 움직임을 위한 손의 물리적 촉각기능을 대신하는 것이 아니라 촉각 자극에 대한 감성적 인지까지 모사할 수 있는 가능성을 보여줌으로써 스마트폰이나 로봇이 사람처럼 인지적 감성을 구현하는데 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

왼쪽부터 DGIST 장재은 교수, 최지웅 교수, 김경수 박사. 심민경 박사 / 사진=한국연구재단
왼쪽부터 DGIST 장재은 교수, 최지웅 교수, 김경수 박사. 심민경 박사 / 사진=한국연구재단

이번 연구 성과를 담은 논문은 SCI급 저명 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science, IF=15.840)’ 2월 8일자 온라인판에 게재됐다.

논문명은 'Tactile avatar : Tactile sensing system mimicking human tactile cognition'이며, DGIST 장재은 교수와 최지웅 교수가 공동교신저자로, 김경수 박사와 심민경 박사가 공동제1저자로 참여했다. 

연구팀의 장재은 교수는 "이번 연구에서 사람에게 입력된 물리적인 촉각 신호를 기반으로 뇌에서 다양한 촉감 감성을 만들어 내는 촉감 인지 시스템을 모방하는 시도를 했다"면서 "특히 뇌의 신호처리 방식이 명확히 규명되지 않아 AI기술 중 하나인 머신러닝을 기반으로 연구를 진행했다"고 말했다.

이어 "개인별로 다양한 촉감 감성을 모방하기 위해 개인별 감성판단과 촉각센서의 물리적 신호를 기반으로 머신러닝을 수행하여, 특정인의 감성판단을 그대로 구현하는 촉감 아바타 기술을 개발하였으며, 나아가 머신러닝 기술에서 고급기술에 해당하는 기존에 학습되지 않은 물체에 대해서도 마스터의 감성과 아바타 시스템이 판단 감성이 매우 높은 유사도 보여주었다"고 말했다.

국제학술지 'Advanced Science' 최근호에 게재된 해당 논문
국제학술지 'Advanced Science' 최근호에 게재된 해당 논문

연구팀은 손마디 크기에 수 십 개의 센서를 배열, 물체의 거칠기, 온도와 단단함, 형태 등을 감지하도록 했다. 촉각센서가 옷감을 누르고 문질러서 옷감 표면의 물리적 특성을 파악하고 이를 기반으로 인공감성을 구현하여, 개인별로 다를 수 있는 촉감에 따른 감성을 90% 이상의 일치율로 구현했다.

같은 재질의 옷감에 대해 사람마다 거칠다, 부드럽다 등 인지적 촉각이 다를 수 있는데 사용자의 고유한 촉각감성을 학습하여 유사하게 구현하는 한편, 학습되지 않은 촉각자극에도 사용자의 인지적 촉감을 예측해 구현하는 것이다. 

연구팀은 피부에 가해지는 압력이나 진동을 모방해 자연스럽게 물체를 잡거나 움직이는 물리적인 모방에서 나아가 우리 뇌가 촉각자극으로 인한 전기화학적 신호를 감성적 신호로 변환하는 인지구조를 모방하고자 하였다. 

40여개의 다양한 옷감에서, 개인마다 다른 ‘거칠다, 부드럽다’라는 감성의 정도 차이를 학습한 아바타 시스템은 새로운 옷감에 대해서도 특정한 학습대상의 감성과 거의 일치하는 결과를 얻을 수 있었다.

촉감 아바타 시스템 개략도 / 자료이미지=한국연구재단
촉감 아바타 시스템 개략도 / 자료이미지=한국연구재단

기계학습에서 기존에 학습된 사항에 대한 판단의 정확도는 매우 높아지고 있으나, 학습되지 않은 내용을 판단하는 정확도를 높이는 것은 큰 도전이다. 

연구팀은 이번 연구에서 학습되지 않은 물체에 대해서도 촉감 아바타가 사용자와 거의 유사한 감성판단을 내리는 의미 있는 결과를 얻었다고 설명했다. 

연구팀의 장재은 교수는 "인간이 느끼는 여러 자극을 그대로 재현하는 인공피부를 개발하여 휴머노이드 로봇분야 및 재활로봇 등 실생활에서 체감할 수 있도록 완성시키고 싶다"면서 "또한 센서 기술을 토대로 인공촉감을 사람이 느끼게 하는 역공학 기술인 엑츄에이터 기술도 개발하여, 카메라-디스플레이 조합처럼, 인공촉각센서-엑츄에이터 조합개발을 진행하고자 한다"고 말했다. 

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 휴먼플러스융합연구개발사업과 중견연구사업 등의 지원으로 수행됐다.


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