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소식 및 행사

ㆍ 제목 '젊은 로봇 공학자' 경희대 전석희 교수
ㆍ 조회수 1758 ㆍ 등록일시 2018-06-04 09:39:38

'젊은 로봇공학자(Young Robot Engineer)' 코너는 한국로봇학회와 로봇신문이 공동으로 기획한 시리즈물로 미래 한국 로봇산업을 이끌어 갈 젊은 로봇 공학자를 발굴해 소개하는데 있다.

 

열네번째 인터뷰는 경희대학교 전자정보대학 컴퓨터공학과 전석희 교수다. 1979년생으로 대구 경신고를 나와 2002POSTECH에서 컴퓨터공학으로 학사, 2010년 박사학위를 받았다. 20109월 부터 20128월까지 2년간 스위스 ETH 취리히 컴퓨터비전연구소 박사후 연구원을 거쳐, 20129월부터 경희대에서 조교수로 재직중이다.

 

주요 연구 및 관심분야는 데이터 기반 햅틱 모델링/렌더링 기술 효율적인 햅틱 컨텐츠 저작 기술 스마트 머티리얼을 이용한 햅틱 장치 개발 혼합현실 환경에서의 햅틱 렌더링 의료 훈련을 위한 시각-햅틱 증강현실 프레임워크 등이다.

 

2017년 한국정보과학회 컴퓨터 그래픽 및 상호작용 분야 최우수 논문상, '2017 유비쿼터스 지능로봇 국제학술대회(URAI2017) '우수 논문상', 2015년 한국 햅틱연구회 '젊은 연구자상', 2011POSTECH '최우수 논문상', 2010IEEE 햅틱 심포지움 컨퍼런스에서 '최우수시연상' 등을 수상했다.

 

여러 연구과제와 논문 발표 등을 하였으며, 햅틱 증강현실과 관련해 미국특허, 햅틱 장치나 렌더링 방법, 모션 인식 등과 관련해 한국 특허권을 갖고 있다.

 

 

Q. 연구실 이름이 Haptics & Virtual Reality Lab인데 간단한 연구실 소개 부탁 드립니다.

기본적으로 햅틱 관련된 모든 것을 연구하고 있습니다. 햅틱은 많은 연구 분야가 섞여 있는데, 크게 3가지로 분류할 수 있습니다. 첫째가 촉감을 만들어내는 장치를 제작하는 기계 햅틱스 분야로 주로 로보틱스 하시는 분들이 연구합니다. 그 다음, 가상으로 만들어낸 촉감을 실제처럼 느끼게 하려면 실제 현상과 같은 촉감 관련 현상을 컴퓨터로 시뮬레이션 할 수 있어야 하는데, 이러한 실시간 시뮬레이션 알고리즘을 만들어 내는 컴퓨터 햅틱스 분야가 있고, 컴퓨터 하시는 분들이 주로 연구 합니다. 마지막으로, 사람이 어떻게 촉감을 느끼는지에 대한 이해를 추구하는 휴먼 햅틱스 분야가 있습니다. 이 부분을 알아야 햅틱 장치나 알고리즘을 잘 만들 수 있습니다. 

이 세 가지 중 저는 주로 컴퓨터 햅틱스, 즉 햅틱 렌더링 알고리즘 만들고 햅틱 장치를 제어하는 부분과, 휴먼 햅틱스 관련 부분을 연구하고 있습니다. 기계 햅틱스도 약간 연구하는데, 로봇형 햅틱장치처럼 힘 기반 기계장치의 제작은 하지 않고, 진동 정도의 손가락에 자극을 줄 수 있는 간단한 햅틱장치들도 만들고 있습니다.

따라서, 기본적으로 햅틱에 관련해 모든 것을 조금씩 다 연구하다 보니 햅틱스 연구실이 되었고, 또한, 이러한 기술을 가상현실에 어떻게 적용할까 혹은, 가상현실 컨텐츠를 어떻게 잘 만들어 가상현실에 도움을 줄까 하는 것이 목표다 보니 Haptics & Virtual Reality Lab이 되었습니다.

 

 

Q. 햅틱스란 무엇이라고 할 수 있나요?

햅틱(Haptic)은 단어상으로는 “촉각의” 라는 의미인데, 햅틱스(Haptics)가 되면 촉감을 연구하는 학문이 됩니다. 인간이 살아가는데 촉감은 생각하는 것보다 훨씬 더 중요합니다. 의사들은 손끝의 미세한 촉감에 의지해 수술을 하고, 기타리스트는 촉감으로 익힌 기술로 연주를 합니다. 어릴때부터 익힌 근감각 기술로 운전을 하고 요리를 하고 밥을 먹고 핸드폰, 컴퓨터로 타이핑을 합니다. 햅틱스는 이러한 중요한 촉각을 어떻게 하면 컴퓨터로 인공적으로 만들어 낼까 하는 것이 주요 목표입니다. 이러게 만들어 진 가상의 촉감은 크게 두 가지 목적을 가집니다. 첫 번째가, 실제 물체를 만지는 것 같은 가상의 촉감을 만들어내는 목적입니다. 이는 촉감의 사실성이 아주 중요하고, 주로 가상현실 어플리케이션에 사용됩니다. 두 번째는, 사실성은 별로 필요 없지만, 촉감이 정보전달의 목적으로 사용되는 예 입니다. 핸드폰 진동이 대표적인 예가 됩니다. 이 두 가지 목적을 가지고, 햅틱스 연구는 어떻게 하면 컴퓨터로 촉감을 잘 만들어 낼까를 연구하는 학문이고, 그것을 위해 앞에서 말씀 드린 햅틱 장치, 랜더링 알고리즘, 인지적인 백그라운드가 필요하다고 할 수 있습니다.

Q. 최근에 과제도 여러개 하고 계신 것으로 알고 있습니다. 최근 하고 계신 연구를 소개해 주시면 감사하겠습니다.

현재 다섯 개 과제를 하고 있습니다. 첫 번째가 증강현실 기반 의료기술 훈련 시뮬레이터 개발입니다. 보통 의료분야에 사용되는 훈련시뮬레이터라고 하면 신체의 일부분만 마네킨 목업으로 구축하고, 한 두 가지 병변을 구현해서 이를 반복적으로 훈련하는 방법을 사용합니다. 이의 단점은 Static 한 환경이라, 아주 한정된 병변만 훈련이 가능하고, 다이나믹한 병변에 대한 훈련이 불가능하다는 단점이 있습니다. 그래서 본 연구에서는 마네킹 안에다 해당 기관과 촉감적인 특징이 비슷하면서 촉감 속성을 제어할 수 있는 엑추에이터를 삽입하여 다양한 병변에 대한 촉감 렌더링을 해 주는 기술을 연구합니다. 예를 들어, 위 사진의 목 부위의 맥박을 렌더링하고, 편도선을 부풀리기도 하고, 딱딱하게 만들기도 하면서 다양한 현상을 제공할 수 있게 되는 것입니다. 

두 번째는 KIST와 공동연구를 수행하는 과제로써, 가상과 증강 현실이 섞여 있는 “공존현실” 환경에서 햅틱 피드백을 어떻게 하면 효율적으로 잘 만들어낼까 하는 연구를 하고 있습니다. 특히, 현재 가장 문제가 되는 것이 사실적이고 그럴듯한 햅틱 콘텐츠가 없다는 것입니다. 예를 들어, 특정 실제 물체를 시각적으로 디지털 화 하기 위해서는 스캔, 모델링, 사진 등 쉽게 저작해 낼 수 있는 방법이 많습니다. 하지만 특정 실제 물체에 대한 햅틱 속성의 모델링을 위해서는 일일이 만져보고 측정하는 방법 외에는 대안이 없습니다. 본 연구에서는 미리 다양한 촉각 컨텐츠를 만들어 라이브러리화 하고, 이를 기반으로 쉽게 쉽게 사실적인 햅틱 모델링을 수행하는 방법을 연구하고 있습니다.

 

세 번째 연구 주제는 데이터 기반 햅틱스입니다. 사실적인 햅틱 렌더링을 위해서는 일반적으로 아주 복잡한 FEM 등의 실시간 시뮬레이션이 필요합니다. 이는 계산 량이 아주 많아 실용적이지 못하다는 단점이 있습니다. 이를 해결하는 기술이 데이터 기반 모델링 기술입니다. 렌더링을 위해 복잡한 시뮬레이션을 하기 보다, 센서가 달린 툴로 목표로 하는 실제 물체를 이리저리 만져보면서 햅틱 반응에 관련된 물리 신호를 모두 센싱하여 저장하고, 렌더링 시에는 저장된 데이터 사이를 인터폴레이션 하여 실제와 아주 비슷한 반응을 만들어 냅니다. 예를 들어, 까칠까칠한 표면을 모델링 하기 위해, 가속도계가 달린 툴로 이를 다양한 속도, 힘으로 긁으면서 데이터를 측정합니다. 그것을 잘 가공해 가지고 있다 비슷한 가상 표면을 렌더링하고 싶으면 그 모델을 꺼내 재생해 주게 됩니다. 그대로 재생만 하면 되는 게 아니고 사람이 긁는 속도, 누르는 힘에 따라 어떤 데이터를 끄집어낼 지가 달라지게 됩니다. 달라져야 합니다. 

네 번째는, 전통 무형문화제 대가들이 가지고 있는 기술을 캡쳐하고 모델링하는 방법을 연구하는 과제입니다. 현재는 단청 그리기 기술을 목표로 하고 있는데, 일반적으로는 말로 교육생들을 교육하지만, 본 연구에서는 붓놀림 자체를 모델링하고, 이를 이용한 훈련 시스템을 개발하는 것이 목표입니다. 그렇게 되면 이 모델링된 정보를 가지면 시간과 장소에 관계없이 훈련자들이 실제로 피드백을 받아가면서 훈련할 수 있는 시스템을 만들 수 있습니다. 

마지막은 햅틱 장치에 관련된 내용입니다. 일반적인 힘 기반 햅틱 장치는 로봇 팔 같이 생긴 인터페이스를 사용자가 잡고 힘을 느끼게 됩니다. 이 일반적인 장치 대신에 드론이 사람손을 밀어주면서 힘을 발생시키는 연구입니다. 만약에 사람이 HMD를 끼고 가상환경을 보고 있고 가상물체가 날아 다니면 만지고 싶은데 일반적인 햅틱장치는 땅에 붙어 있어 작업 공간이 넓지 않습니다. 그런데 드론을 띄워 실제로는 HMD로 사람이 가상물체를 보는데 이것을 만지려고 하면 드론이 와서 받치고 있으면 제가 만지는 느낌이 납니다.

 

 

Q.주요 관심분야 및 연구분야가 햅틱기술, 가상현실이나 증강현실 그리고 이것을 혼합합 혼합현실 등으로 알고 있는데 햅틱스 관련 연구분야의 최근 동향에 대해 설명 부탁 드립니다.

아직까지는 장치의 한계가 굉장히 크다고 할 수 있습니다. 눈 같은 경우 가상으로 뭔가 만들어내려면 센서가 눈에 다 모여있어 눈만 가려주면 됩니다. 귀도 마찬가지고. 그런데 촉각은 온 몸에 촉각센서가 있습니다. 이것을 가상으로 만들어 내려면 디바이스 자체도 온 몸을 감싸는 장치가 필요한데, 이는 실용적이지 않고 한계가 많습니다. 모니터 같이 General-purpose 햅틱 장치가 있으면 좋겠지만 이는 아직까지 요원합니다. 

요즘의 연구 트렌드는 좀 더 실용적인 쪽으로 바뀌고 있습니다. 뜨는 분야가, 서페이스 햅틱스(Surface Haptics)라고 해서, 태블릿이나 핸드폰의 터치 기반의 인터페이스에 촉감을 추가하는 연구를 많이 하고 있습니다. 예를 들어, 터치 표면을 초음파로 떨어주면 손과 면 사이에 에어 갭이 발생해서 마찰력을 줄일 수 있고, 이를 적절하게 제어하면 까칠까칠한 느낌을 만들어 낼 수 있습니다. 또한, 손과 표면 사이에 전류를 발생시키면 정전기가 생겨서 마찰을 더 크게 만들 수 있습니다. 

Q. 가상현실 최근 동향은 어떤가요?

가상현실 붐이 3~4년 전에 있었는데, 지금은 이 붐이 약간은 꺼지고 있는 추세입니다. 붐이 일어난 가장 큰 이유 중 하나가 오큘러스리프트라는 HMD가 만들어져서인데, 이 장비가 워낙 시야각도 좋고 선명하게 보이니까 기술적인 브레이크 스루(돌파구)라고 볼 수 있습니다. 하지만 콘텐츠의 부제, 멀미 등의 이유로 대중화되지 못하고, 기술적으로도 2차, 3차 브레이크스루가 일어나고 있지 않는 실정이라서 미래가 약간은 불투명 한 것 같습니다. 기술적인 브레이크스루가 일어나야 할 분야 중 하나가 사실 햅틱스입니다. 사람들이 HMD를 쓰고 실제같이 보기는 하는데 만지고 싶지만 만질 수가 없습니다. 인터랙션을 할 수가 없습니다. 그래서 가상현실의 다음 브레이크 스루가 햅틱에서 나와야 될 거고 햅틱에서 브레이크 스루가 나오면 가상현실 붐이 다시 한번 일어날 수 있을 것이라 생각합니다.

 

 

Q. 포항공대(POSTECH)에서 컴퓨터공학으로 학사, 석사, 박사학위를 받으셨는데 박사 학위 논문이 ‘Haptic Augmented Reality: Modulating Real Object Stiffness’입니다. 간단한 소개 부탁 드립니다.

기존에 햅틱하는 사람들이 대부분은 가상현실에서의 햅틱을 고려했었습니다. 그런데 아무것도 없는 무(無)에서 햅틱 촉각을 만들어내다 보니 기술적으로 난관이 너무 많았습니다. 이를 해결하고자 제가 새롭게 만들어 낸 개념이 햅틱 증강현실입니다. 핵심은 무에서 유를 창조하지 말고, 실제 물체의 촉감과 가상의 촉감을 잘 섞어서 것에서 햅틱 촉각을 만들어 내자는 개념입니다. 예를 들어, 햅틱 장치로 실제 도자기 표면을 긁는데, 이 햅틱장치에 액추에이터가 달려있어서 실제 표면에 시스템이 원하는 가상의 햅틱 감각을 덧입혀서 제공할 수 있어서, 이 도자기의 표면을 매끄럽게도, 까칠하게도 바꿀 수 있습니다. 실제 도자기의 모양 및 딱딱함은 그대로 있으면서요. 실제 도자기를 만지는 것이기 때문에 사실성은 아주 좋으면서 디자이너가 원하는 일부분만 가상으로 바꿔 치기 해서 보여주는 기술입니다. 여러 가지 연구 이슈가 있었고, 이를 하나하나 풀어가는 형식의 박사 논문이었습니다. 

Q. 최근에 로봇산업에서도 햅틱기술을 많이 쓰고 있는데 어디에서 주로 많이 사용하고 있는지 응용사례가 있다면 설명 부탁 드립니다.

지금은 가상현실과 비슷하게 햅틱도 돈버는 곳이 별로 없습니다. 아직 까지는 미래기술입니다. 그나마 많이 볼 수 있는 햅틱이 핸드폰 진동입니다. 옛날에는 단순 진동이었는데 요즘은 단순한 정보 전달 의 목적뿐만 아니고 다양한 이펙트를 낼 수 있는 진동으로 바뀌고 있습니다. 다른 예로, 다빈치 머신 같은 수술 로봇에 햅틱 피드백을 넣으려고 사람들이 노력을 하고 있는데 아직은 적용이 안되어 있습니다. 안전상의 문제가 아직 남아있는 것 같습니다. 자동차 인터페이스에도 햅틱이 조금 들어 가는 것이 있습니다.

 

 

Q.햅틱 기술이 왜 중요하나요?

가상현실 붐이 다시 일어나려면 브레이크 스루가 일어나야 되는데 그중에 가장 중요한 부분이 햅틱이라고 봅니다. 햅틱이 되면 가상현실을 사람들이 써 볼만하다, 뭔가 할만하다 라고 생각할 것 입니다. 지금 보여주는 것만 갖고는 뭔가 할 수 있는 게 별로 없습니다. 인터렉션이 중요하고 햅틱이 중요합니다. 또 다른 측면에서는 햅틱이라는게 굉장히 이모셔널한 감각입니다. 저도 들은 이야기인데 태아가 엄마 뱃속에서 기관들이 만들어질 때 제일 처음 생기는 것이 촉각 기관이고 시각은 제일 나중에 생긴다고 합니다. 그래서 촉각은 어릴 때부터 굉장히 친근한 감각이고 사람과 사람끼리 터치했을 때 훨씬 더 이모셔널하게 불러 일으킬 수 있는 것입니다. 그래서 이쪽으로 무엇인가 잘 찾아야 될 것 같습니다. 예를 들어, 성인 컨텐츠 시장 같은 것이지요. 사람간의 촉감은 굉장히 이모셔널한 인터랙션인데 촉감의 역할이 시각만큼 중요하다고 생각합니다. 

Q. 국내에 햅틱을 연구하시는 분들이 많이 있나요?

매년 장소를 돌아가면서 햅틱 연구회 워크샾을 개최합니다. 회사, 연구소, 대학에서 100~120명 정도가 오는데 그 분들이 거의 햅틱을 심각하게 하시는 분들이라고 보시면 될 것 같습니다. 국내에 햅틱 학회는 없지만 전 세계적으로 햅틱 학회는 있습니다. 올해 11월에 아시아햅틱스라고 인천 송도에서 행사가 하나 열립니다. 한국기술교육대 유지환 교수님이 조직위원장을 맡았습니다.

Q. 취리히 연방 공과대학교(ETH 취리히) 컴퓨터비전 연구소에서 방문 연구원, 박사후 연구원으로 2년여 근무하셨는데 무슨 연구를 하셨나요?

교수가 3명, 포닥이 20명, 학생이 30명~40명 되는 연구실인데 기본적인 테마는 컴퓨터비전입니다. 컴퓨터 공학과가 아니고 전자공학과 내부에 있는 컴퓨터 비전연구실이라 주로 컴퓨터비전 알고리즘도 하지만 로봇 비전 분야나 인터랙션 관련 연구도 하는데 저는 인터랙션 연구팀에 속해 있었습니다. 그곳에서 제가 했던 것도 사실 햅틱 분야였습니다. 가상현실에서 인터렉션 연구를 하면서 그곳 교수님과 비밍(Beaming)이란 플랫폼을 하나 만들었습니다. 기본적인 개념은 단순한데 물체가 하나 있으면 이것을 시각 모델링과 촉각 모델링을 순식간에 해서 멀리 있는 누군가한테 빔을 쏘아주면 멀리 있는 사람이 디지털화된 그 물체를 받아 돌려볼수도 있고 만질수도 있는 것입니다. 컴퓨터 비전으로 스캔을 하면서 재질감 같은 것도 인식하고 또 촉감 센서로 촉감정보까지 센싱해 이것을 디지털화해 복사해 가지고 있다가 이것을 보내는 것입니다.

 

 

 

Q. 햅틱기술, 가상현실이나 증강현실 관련 연구를 하면서 가장 어려운 점은 무엇인지요?

앞서 말씀 드렸듯이 햅틱이라는게 분야가 엄청 다양합니다. 그래서 로봇, 기계 관련 지식도 있어야 되고 전자나 컴퓨터 공학, 통계, 심리학, 심지어는 생리학도 알아야 합니다. 그렇게 굉장히 다양한 분야를 많이 알아야 전체적으로 뭔가 하나 만들어 낼 수가 있습니다. 그게 처음 시작할 때 굉장히 어려웠습니다. 예를들어 요사이 재료하시는분들 스마트 머티리얼 많이 하는데 스마트 머티리얼 가지고 햅틱에 적용하는 예들이 많이 생기고 있는데 그런 것을 하려면 재료도 알아야 되고, 물성도 알아야 됩니다. 최종 목표는 물리적인 자극만 만들어 낼 수만 있으면 되기 때문에 다양한 기술들이 굉장히 많이 돌아다니고 있는데 그 트랜드를 따라 잡으려면 항상 공부를 해야 된다는 것이 어려운 점입니다. 대신 좋은 점은 햅틱 분야는 사람들도 많이 하지만 새로운 것이 워낙 많고, 안해 본 것이 많아 쉽게 새로운 주제를 찾을 수 있다는 것 입니다.

Q. 컴퓨터 공학을 했는데 햅틱이나 가상현실을 하게 된 것은 언제쯤부터인가요?

제가 2002년 석사때 처음 연구실에 들어갔는데 당시 연구실이 가상현실 연구실이었습니다. 그 당시 지도교수님이셨던 고려대학교 김정현 교수님이 그때는 포항공대에서 연구하셨었습니다. 그때는 가상현실의 기반 기술인 컴퓨터 그래픽스, 컴퓨터 비전 등의 눈에 보이는 것을 만들어 내는 주제가 재미있었습니다. 가상현실을 하면서 햅틱스에 관심이 생겼고, 실제 손으로 만지는 주제가 재미있어 보였고, 또 뭔가 완전 새로운 것이고, 꼭 필요한데 아무도 안 하는 것 같고 해서 주제를 햅틱으로 하기 시작했습니다.

 

 

Q. 연구자로서 앞으로의 꿈과 목표가 있다면?

재미있게 연구하는 게 목표입니다. 연구실 학생들에게도 항상 흥미라는 모티베이션을 줄려고 노력하고 있습니다. 또 햅틱에서 요즈음 새로운 연구분야 중 하나가 오그맨티드 휴먼이라는 연구분야가 있는데 한마디로 증강인간이라고 보시면 됩니다. 사람의 인지능력, 사고능력, 행동능력, 기계적인 능력은 5천년 전이나 만년 전이나 지금하고 똑 같습니다. 그런데 사람이 프로세싱해야 되는 정보나 사람이 대처해야 되는 상황은 무지 복잡해 지고 있습니다. 그래서 ‘사람의 능력을 어떻게 증강시켜 볼까’ 이것이 주된 목표인데 그 중의 하나가 사람의 물리적인 능력을 증강시키는 것인데 햅틱이 어떤 역할을 할 수 있을 것으로 보고 그런데 기여를 하게 된다면 좋겠습니다. 엑소스켈레톤 웨어러블 같은 것이 대표적인 예인데 사람의 능력이 증강되는 것입니다. 인지적인 능력을 증강하기 위해서 뇌에 무엇을 할 수도 있고 여하튼 그런 쪽으로 연구해 보고 싶습니다. 예를 들어, 티끌처럼 작은 보통 사람들이 볼 수도 만질 수도 없는 물체를 증강시켜 사람들이 만져보고 모양을 파악할 수도 있게 하는 기술입니다. 그러니까 단순히 힘을 증강시킨다기 보다는 사람의 감각을 증강시키는 것입니다.

Q. 햅틱이나 가상, 증강현실을 배우기 위해서는 어떤 준비와 노력이 필요한지 후배들에게 조언을 해주신다면?

항상 새로운 것이 나오다 보니까 새로운 것을 두려워하는 학생들은 이것을 못할 것 같습니다. 새로운 것에 대해 흥미를 가지고 달려들 수 있는 학생들이 잘할 수 있을 것 같습니다. 그리고 저는 연구는 흥미나 관심이 있어야 된다고 생각합니다. 관심이 없는데 억지로 하는 것은 스트레스고 스트레스 받으면서 좋은 결과가 나올 리가 없습니다.

 

 

Q.정부 과제도 몇 개 하고 계신데 정부나 정책 당국에 하고 싶은 말이 있다면...

장기적으로 보고 투자를 했으면 좋겠습니다. 단기 성과 위주 보다는 장기적으로 뭔가를 보고 장기 연구 펀드 이런 것들을 만들어 주면 좋을 것 같습니다. 제가 대학에서 연구를 하면서 제일 힘들었던 것이 장기적인 연구를 하고 싶은데 뒷받침이 않되는 것입니다.

Q. 연구에 주로 영향을 받은 교수님이나 연구자가 계시다면...

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