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*이 글은 2024년 『반달토크』 13호의 내용입니다.

로봇과 악수하는 것이 왜 이렇게 어려운가요?

아기들은 1살이 되면 제비 뽑기를 할 수 있지만, 로봇이 잡는 법을 배우게 하는 것은 수백 개의 주요 저널 논문에서 명확하게 설명할 수 없는 것입니다.

과학자들은 로봇이 풍선을 집거나 유리잔을 들어올리는 것이 사람처럼 체스를 두거나, 사람처럼 말하고, 사람처럼 걷는 것보다 더 어렵다고 말합니다. "10년 전 우리 주변에는 '로봇과 악수하지 말라'는 말이 있었습니다."라고 베이징 공과대학 유연한 전자 장치 및 지능형 제조 연구소 소장인 Shen Guozhen이 말했습니다.

왜 그런 말을 해? 악수하는 방법을 모르는 로봇이 세상과 상호 작용하는 방식에서 누락된 것은 무엇입니까?

피부가 없으면 정말 다르네요

알고 보니--

“과거에는 로봇이 촉각도 없고 힘 조절도 잘 안 됐어요. 사람과 악수를 할 때 언제 손을 놓아야 할지 몰랐어요. 조심하지 않으면 사람의 뼈가 부서질 수도 있었어요. 손." Shen Guozhen의 대답은 로봇 연구의 주요 핵심인 로봇의 몸체를 드러냈습니다. 인간의 기관 중 하나가 빠졌는데 가장 큰 기관이 바로 피부입니다.

피부가 없으면 로봇이 발달된 촉각을 갖기가 어렵습니다. 영화 역사상 고전적인 로봇 이미지 중 하나인 "가위손"은 실수로 사람을 강제로 다치게 하는 일이 오늘날에도 로봇 실험실에서 흔히 볼 수 있는 일입니다.

그렇기 때문에 우리는 이미 에세이를 쓰고 체스를 두는 로봇에 대해서는 이야기했지만, 집안일을 능숙하게 수행하는 로봇에 대해서는 아직 들어본 적이 없습니다.

촉각은 실제로 접촉 위치, 접촉력의 크기와 방향, 온도, 질감, 접촉 물체(또는 비접촉 물체)의 경도 등 다양한 감각 정보의 "조합"입니다. 피부는 이 정보를 매우 섬세하게 포착할 수 있습니다. 단서는 뇌로 전달되고, 우리의 무의식적인 반응과 행동 중 많은 부분이 시작됩니다.

피부는 신체 표면에 약 2평방미터에 달하는 부착층일 뿐만 아니라 사람과 주변 세계 사이의 의사소통 연결 및 상호 작용을 담당한다고 할 수 있습니다.

그렇다면 로봇에 스킨을 추가해 보는 것은 어떨까요? 로봇도 인간처럼 환경을 인지하고 적응할 수 있을까?

생체 공학적 3차원 전자 피부를 갖춘 로봇 손이 인간 손과 상호 작용

전자피부, 그게 정확히 뭔가요?

물론 영화 속 로봇이 모두 에드워드처럼 보이는 것은 아니다.

SF영화 '알리타'의 주인공 로봇 알리타는 마르지만 '육각형 전사'다. 그녀의 전투력은 인간보다 민감한 전자피부를 비롯한 '검은 기술'에서 나온다.

네, 전자피부입니다. 로봇이 자신의 신체와 주변 환경을 완전히 인식할 수 있도록 하는 전자 피부는 오늘날 로봇공학의 중요한 연구 분야가 되었습니다.

로봇이 전자 피부의 도움으로 촉각을 갖게 되면 주변 환경의 압력 신호를 더 완전하고 정확하게 읽을 수 있으며 동작이 더 유연하고 효과적이게 됩니다. 일반적으로 현재 로봇은 물체에 대한 정확한 힘 피드백이 부족하여 작거나 부드러운 물체를 정확하게 파악하고 조작하기가 어렵습니다. 전자 피부는 미래의 로봇에게 한 쌍의 "숙련된 손"을 제공할 수 있으며 고정밀 수술을 쉽게 수행할 수 있습니다.

그렇다면 전자피부란 정확히 무엇일까요?

Shen Guozhen은 인간의 피부는 표피, 진피, 피하 조직으로 구성되어 있으며 전자 피부는 전극 물질, 활성 물질 및 유연한 기판으로 구성된 유사한 "샌드위치" 구조를 가지고 있다고 소개했습니다. 전극 물질은 전기 연결층 역할을 하며 전기 신호를 수신하고 전송하기 위해 활성 물질의 양면에 위치합니다. 활성 물질의 기능은 환경 자극을 감지 가능한 전기 신호로 변환하는 것입니다. 전자 피부와 로봇 본체를 연결하는 방식입니다.

전자피부를 개발하려면 어떤 문제를 해결해야 할까요? 첫 번째 문제는 소재의 '부드러움'이다. 전자피부의 핵심은 '부드러움'이라는 단어에 있다. 피부 역할을 할 수 있는 재료는 단단하거나 부서지기 쉬운 것이 아니라 유연하고 신축성이 있어야 합니다. "손가락을 부드럽게 감는" 것이 어떻게 가능합니까?

현재 과학계에는 세 가지 탐구 방향이 있습니다. 첫 번째는 물리적 유연성에 초점을 맞추고 더 작은 규모의 재료 개발에 노력합니다. 예를 들어, 부드럽고 생체 적합성이 높은 나노 실리콘은 피부 기능을 어느 정도 달성하기 위한 생화학 센서로 사용될 수 있습니다. 두 번째는 구조적 유연성에 의존합니다. 스프링, 나선, 뱀 등 금속 및 기타 물질의 다양하고 새로운 기계적 구조를 개발하고 기존의 단단한 재료를 신축성과 굽힘 성능이 우수한 새로운 재료로 변환하려는 노력이 이루어지고 있습니다. 다른 과학자들은 고분자 공학을 통해 본질적인 유연성을 깨고 고분자 재료의 특성을 변화시켜 높은 인장 특성과 자가 치유 기능까지 갖추려고 노력하고 있습니다.

전자피부를 개발하려면 센싱 기능도 함께 연구해야 합니다. 감지는 기계가 환경을 인식하는 기초이며, 압력과 온도를 감지하고, 만진 다양한 물체를 판단하며, 손에 있는 것이 복숭아인지 달걀인지 구분할 수 있습니다. 촉각 센서는 접촉 물체 표면의 다양한 특성을 최대한 얻어야 하며, 특히 감지 감도에 대한 요구 사항이 높습니다.

Shen Guozhen 팀이 개발한 유연하고 신축성이 있는 다기능 전자 피부는 인간의 생리적 신호를 실시간으로 모니터링하는 데 사용될 수 있습니다.

또한, 센서가 포착한 신호를 어떻게 효율적으로 전달할 것인가도 문제이다. 핵심은 로봇의 '뇌'로 전송되는 동안 신호 손실을 최소화하는 방법입니다.

전자스킨, 나도 하나 사볼까?

사실 전자피부는 로봇을 위한 차세대 장비일 뿐만 아니라 우리 자신도 '가질 가치가 있는' 기술이다.

오늘날 가상 현실 기술이 부상하면서 전자 피부는 인간이 메타버스를 돌아다니는 데 중요한 도움이 될 수 있습니다. 가상 세계에서 전자 피부는 촉각을 최대한 복원할 수 있어 사람들이 가상 물체를 거의 현실적으로 '접촉'할 수 있을 뿐만 아니라 바람, 물의 흐름, 불이 사람들에게 전달하는 감정까지 복원할 수 있습니다. 몰입감과 현실감이 크게 향상됩니다.

또한 화상환자, 절단환자 등은 전자피부를 통해 촉각을 되찾고 더 나은 삶을 누릴 수 있다.

전자 피부는 신체적, 정신적으로 건강한 일반 사람들에게 어떻게 도움이 될 수 있습니까? "인간 건강 모니터링 장치로 기능할 수 있습니다. 전자 피부는 인체와 직접 접촉하여 우리 신체 데이터(심박수, 체온, 혈당, 혈압 등)의 실시간 상태를 직접 측정할 수 있습니다. ) 정밀도에 버금가는 고정밀 센서를 통해 '건강 팔찌'의 수준이 뛰어올랐다." Shen Guozhen은 이러한 유형의 기술이 성숙해졌고 제품이 점차 시장에 진입할 것이라고 말했습니다.

실제로 과학자들은 더 대담한 아이디어를 가지고 있습니다. 스마트폰의 기능을 전자 피부에 통합할 수 있을까요? 전자 피부의 센서가 충분히 민감하고 회로가 매끄럽고 성능이 안정적이라면 전자 피부의 다른 위치를 "클릭"하여 메시지를 보내고 받고 전화를 거는 것이 논리적이지 않습니까?

그러면 우리는 정말 휴대폰을 내려놓고 가볍게 나갈 수 있을 것 같습니다.

원제목 "감히 로봇과 악수할 수 있나요?" 》

Banyuetan 기자: Zhang Manzi/편집자: Fan Zhongxiu

편집자: Qin Daixin/교정자: Zhang Ziqing