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MARCH Lab | Robotics & Bionics

의료보조로봇 및 햅틱스 연구실

MARCH 연구실에서는 인간의 능력을 향상하고 확장할 수 있는 직관적이고 몰입 가능한 인간-로봇 인터페이스에 관한 연구를 수행하고 있습니다. 우리 연구실은 MARCH 로보틱스 그룹과 MARCH 바이오닉스 그룹 두 부문으로 나누어져 있으며, 사람의 의도를 예측해 로봇을 제어하고, 로봇이 감지하는 감각을 사람에게 직관적으로 전달하는 MARCH Surrogate(대리인 로봇) 개발을 목표로 다양한 첨단 기술을 융합하고 있습니다. 로보틱스 그룹은 인간의 안전을 보장하기 어려운 극한 환경에서 작업을 수행할 수 있는 자율 로봇의 물체 조작, 작업 계획, 메커니즘 설계, 제어, 인공지능 등의 복잡한 문제를 해결하는 데 중점을 두고 있습니다. 한편, 바이오닉스 그룹은 근전도를 기반으로 한 비지도 학습 방식의 동작 의도 예측, 생체 신호 기반 제스처 인식 기술, 절단 환자를 위한 로봇 의수 개발, 침습형 신경 인터페이스를 통한 동작 및 촉각의 신경 신호 분석 및 복원 기술을 개발합니다. 지금부터 우리 연구실에서 수행하고 있는 최신 연구 주제를 소개해 드리겠습니다.

로보틱스 그룹에서는 사람이 직접 수행하기 어렵거나 위험한 일을 로봇이 대신 수행할 수 있도록 하는 연구를 진행 중입니다. 병원 환경에서 사람 대신 접촉식 방역 작업을 수행할 수 있는 자동화 모바일 매니퓰레이터 로봇 개발이 그 예입니다. 이 작업은 인식, 계획, 로봇 제어 등의 기술 연구를 필요로 합니다.

물체를 잡기 위한 다양한 전략 중, 크거나 얇은 물체를 밀어서 잡기 쉬운 위치로 조작한 뒤 로봇이 그 물체를 잡는 밀기 조작을 수행할 수 있도록 하는 자동화 프레임워크에 대한 연구도 진행 중입니다.

또 다른 연구 사례로는 사람이 수행해야 하는 위험 작업을 로봇으로 안전하게 수행할 수 있도록 하는 로봇 원격 작업 시스템 개발이 있습니다. 휴대폰에서 버튼을 누를 때 발생하는 진동과 같이 촉감을 다양한 형태로 전달할 수 있는 햅틱 피드백과 가상 현실 기반 시뮬레이션 기술을 통합하여 보다 더 직관적이고 효율적인 로봇 작업을 가능하게 합니다.

목표 작업을 수행하기 위한 로봇 제어 방법은 인간이 로봇 제어에 개입하는 정도에 따라 로봇 자동화와 로봇 원격 제어로 구분할 수 있습니다. 우리 연구실에서는 로봇 원격 제어와 로봇 자동화 간의 간격을 줄이기 위한 연구도 진행 중입니다. 이는 사람이 로봇에게 작업을 직관적으로 가르치고, 로봇이 스스로 학습하여 더 복잡한 작업까지 수행할 수 있도록 하는 것을 목표로 합니다.

또한 세포와 같은 생체 조직을 조작하기 위한 로봇 기술도 연구하고 있습니다. 사람이 손가락을 이용하여 물체를 정교하게 다루듯, 로봇도 물체를 조작하기 위한 장치(그리퍼)가 필요합니다. 예를 들어, 3D 바이오 프린팅된 인공 장기 모듈을 적층하여 큰 모듈로 만드는 과정에서, 모듈을 파손 없이 안전하고 정밀하게 조작할 수 있는 비접촉 그리퍼의 개발에 대한 연구도 진행하고 있습니다.

바이오닉스 그룹에서는 절단 환자가 더 신속하고 직관적으로 의수를 사용할 수 있도록 표면 근전도를 기반으로 한 비지도 방식의 동작 의도 예측 및 제스처 인식 기술에 관한 연구를 진행 중입니다. 근전도는 근육이 수축할 때 발생하는 생체 신호의 일종으로 인체 동작에 대한 정보를 담고 있으며, 이 신호를 측정하기 위한 신뢰성 있는 근전도 센서 개발에 대한 연구도 진행되고 있습니다.

더 나아가, 절단 환자의 손실된 촉각을 복원하여 더 나은 의수 사용 경험을 제공하기 위한 침습형 신경 인터페이스 개발에도 주력하고 있습니다. 이를 통해 신경 신호를 취득할 수 있는 시스템을 구축하고, 취득한 신호를 통해 동작 및 촉감을 복원하는 연구를 수행하고 있습니다.

우리 연구실은 로봇 기술의 기초부터 상용화에 이르기까지 광범위한 연구를 진행하며, 이 과정에서 로봇 디자인과 제품 개발에 중점을 두고 있습니다. 그림 8은 우리 연구실에서 개발한 주요 제품들입니다.
동영상과 논문 등 보다 자세한 내용은 연구실 홈페이지(http://march.postech.ac.kr)에 게시되어 있습니다.

글. 포스텍 기계공학과 김기훈 교수