- 한국로봇학회-로봇신문 공동기획
'젊은 로봇공학자(Young Robot Engineer)' 코너는 한국로봇학회와 로봇신문이 공동으로 기획한 시리즈물로 미래 한국 로봇산업을 이끌어 갈 젊은 로봇 공학자를 발굴해 소개하는데 있다.
열다섯번째 인터뷰는 미국 조지워싱턴대학교 공학응용과학부(School of Engineering and Applied Science :SEAS) 바이오메디컬 엔지니어링학과 박정혁 교수다. 1977년생으로 단대부고를 나와 2000년 서울대에서 전기공학으로 학사, 2002년 전기공학 및 컴퓨터 과학으로 석사, 2012년 8월 조지아공대에서 전기 및 컴퓨터공학으로 박사학위를 받았다. 2002년부터 2005년까지 LG전자에서 연구원으로 근무하면서 SoC(System-on-Chip) 프로젝트에 함께했다. 2012년 8월부터 2013년 7월까지 조지아공대 박사후 연구원, 2013년 9월부터 2015년 8월까지 뉴욕 공대 조교수를 거쳐 2015년 9월부터 현재까지 조지워싱턴대 조교수로 재직중이다.
주요 연구 및 관심분야는 소셜로봇 등을 통한 실제적인 장애인들의 보조, 치료(therapy) 및 원격의료 환경에서의 로봇의 역할 증대 등이다.
LG전자 장학생, LG전자 최우수 R&D TDR상, 2009년 HRI 영 파이오니어 워크숍 초대, 2010 IEEE ICRA 트래블 어워드를 비롯해 조지워싱턴대에서 바이오메디컬 엔지니어링 포스터상, 발명 및 기업가정신상 등을 수상했다.
여러 연구과제와 논문 발표 등을 하였으며, 정서적 인터랙션 장치로 미국 특허, DSRC를 이용한 트래픽 라이트 컨트롤 시스템 외 2개의 한국 특허권을 갖고 있다.
Q. 최근 하고 계신 연구가 있다면 소개 부탁드립니다.
▲조지워싱턴대 박정혁 교수
저희 연구소 이름이 Assistive Robotics and Tele-Medicine (ART-Med) Lab.입니다. 연구소에서는 크게 두가지 주제의 연구테마를 중심으로 연구과제를 구성하고 있습니다. 첫번째는 Assistive Robotics (보조 로봇) 분야인데요, 다양한 파생주제가 있겠지만, 저는 주로 장애인들의 삶의 질(quality of life) 및 사회적인 상호작용 증대에 도움을 줄 수 있는 로봇기술 개발에 초점을 맞추고 있습니다.
아래에서 더 언급하겠지만, 박사과정동안 연구하면서 장애인들에 대해 더 알게 되면서, 기술적인 진보가 근골격계 보조 뿐만 아니라, 장애인들의 사회적인 의사소통의 통로 및 상호작용 매개체로서 로봇이 효율적인 기여를 할수 있다는것을 많이 경험해왔고, 이를 연구에 계속 적용하게 되었습니다.
최근 주로 연구하는 분야는 자폐아들의 사회적인, 그리고 감정적인 의사소통 및 교육, 훈련 매개체로서 로봇이 시각, 청각 정보를 바탕으로 자폐아들의 감정, 사회성 변화를 실시간으로 인지하고 이를 바탕으로 효율적인 상호작용을 통해 치료효과를 높이고 그 과정을 좀 더 정량적으로 측정하여 의사나 치료사들에게 추가적인 정보를 제공하는 연구를 하고 있습니다. 소셜 로봇이 최근 많이 개발되어서 상품화도 되고 있는 추세입니다만, 소셜 로봇이 실제 의료나 치료 현장에 쓰일 경우 효율성, 장기적인 효과, 개인차 등에 대해 아직도 연구되어야 할 부분들이 많이 있습니다.
두번째 주제인 Telemedical Robotics 는 아직은 저희랩도 초기 연구 단계이고 워낙 광범위한 분야라 많은 협력연구가 요구되는 분야이기도 합니다. 간단하게만 말씀드리면, 수술로봇 이외에도 의료현장에서 로봇의 역할을 개선하여 의료 서비스 향상을 도모함을 목적으로 하고 있습니다. 개략적인 연구내용으로는 의사들의 수술 기술을 학습, 인식 할수 있는 머신 러닝 기술, 시각/햅틱/음성 정보 및 3차원 정보들을 통합한 효율적인 원격로봇과의 커뮤니케이션 기술, 그리고 가상현실(Virtual Reality: VR) 기술들을 활용하여 사용자와의 인터페이스를 개선하고 상호작용을 증가시킬 수 있는 로봇 및 인공지능 기술들을 연구하고 있습니다.
▲ Telemedical robot control
Q.주요 관심분야 및 연구분야가 소셜로봇 등을 통한 실제적인 장애인들의 보조, 치료(therapy) 및 원격의료 환경에서의 로봇의 역할 증대인데 관련 연구분야의 최근 동향에 대해 설명부탁 드립니다.
소셜 로봇과 관련하여서는 세계 여러나라에서도 최근 활발히 연구되고 있지만 전반적인 추세를 말씀드리자면, 초기의 소셜로봇 선구자들이 독창적인 로봇의 기술 및 인간과의 상호작용을 정의하는데 초석을 세웠다면, 현재 연구되는 주제들은 좀 더 다양한 인간의 복잡한 반응을 인지 및 모델링하고, 단일 의사소통 통로가 아닌 복합적인 의사소통 수단을 사용하며, 다양한 인간-로봇 상호작용 상황에 능동적으로 대처할수 있는 인공지능 기술이 융합되고 있는 추세입니다. 또한 이전의 소셜로봇들이 제한된 연구실 세팅에서 소규모 또는 단편적으로 연구되었다면, 현재 연구되는 과제들은 좀 더 사람들 곁으로 현실적으로 다가가서 학교, 병원, 그리고 도움이 필요한 가정에 실제 투입되어 현실적이고 복잡한 상황속에서 실제 로봇의 역할에 대한 결과를 더 정량적으로 측정하고 있습니다.
원격의료 분야는 의료 접근성, 환자들의 연령에 따른 기동성, 그리고 지역별 의료환경 차이 등으로 중요성은 예전부터 인식되어온 분야이지만, 워낙 현실적으로 넘어야 할 주제들이 많아 계속 연구되고 있는 분야입니다. 최근에는 협업로봇의 개념이 원격의료연구에도 도입되어 대형 연구기관들 중심으로 협동수술 로봇기술도 연구되고 있고, 또 의료환경에서 로봇이 제공할수 있는 서비스(약 배달, 원격 모니터링)는 물론이고, 그 이후의 연구 주제에 관해 모색이 이루어지고 있는 상황입니다.
▲ Surgical Simulator
Q. 서울대에서 전기공학으로 학사, 전기공학 및 컴퓨터 과학으로 석사, 조지아공대에서 전기 및 컴퓨터공학으로 박사학위를 받으셨는데 박사 학위 논문이 ‘Robot-based Haptic Perception and Telepresence for the Visually Impaired’ (시각장애인을위한 로봇 기반 햅틱 인식 및 텔레프레즌스)입니다. 어떤 논문인지 소개 부탁 드립니다.
제가 박사과정으로 있었던 조지아텍의 휴먼 오토메이션 시스템즈(HumAnS) 연구소(지도교수: Dr. Ayanna Howard)에서는 크게 필드 로봇과 휴먼-로봇 상호작용(HRI)의 두 가지 연구주제를 중심으로 학생들이 연구를 진행하였는데, 과제의 규정(시민권 제한 등)상 저는 주로 HRI 연구에 참여하게 되었습니다. 참여했던 몇가지 과제중 장기적인 과제가 ARoPAbility (Assistive Robotic Programming for students with disability) 였는데요, 제목에서 시사하는 바와 같이 장애인들의 장애에 초점을 맞추기 보다는 로봇 및 프로그래밍을 통한 장애학생들의 역량을 키워주는 연구과제였습니다.
대상학생들은 시각장애인, 자폐아, 그리고 뇌성마비 환자들이었는데, 저는 당시 주로 시각장애인들을 대상으로 연구를 진행하면서, 연구활동 이외에도 실제 시각장애인 센터에 가서 워크샵 및 방과후 활동 자원봉사 등을 통해 로봇 프로그래밍을 가르져주는 경험을 1년정도 하게 되었습니다.
결론부터 말씀드리면, 영어 표현으로 새로운 시야를 갖게 되는(eye-opening) 경험이었습니다. 연구 논문도 여러편 나왔고, 제가 진행한 워크샵 경험을 바탕으로 에세이를 쓴 한 여학생은 전미여성정보기술센터(NCWIT) Aspirations in Computing에서 수상으로 장학금도 받는 좋은 소식도 듣게 되었습니다만, 무엇보다도 제 자신의 장애인에 대한 편견을 깰 수 있는 시간이었습니다. 물론, 장애의 정도나 증세에 따라 정말 다양한 어려움과 힘듦이 있고, 저는 아직도 일부 장애인들만 상대해 보았을 뿐이지만, 정말 많은 장애 학생들이 자신의 어려움에도 불구하고 너무나 일반 아이들처럼 뛰어놀고, 농담하고, 심지어는 스마트 폰도 자연스럽게 사용하는 모습을 보며 일단 이 친구들은 단지 시각장애(맹인 혹은 약시)로 인해 생활에 몇가지 제약이 있을 뿐이지 일반 학생들과 똑같은 사람이구나 하는것을 깨닫게 되었습니다.
그리고 연구를 진행하면서 로봇기술을 통해 이들의 제약을 일부나마 해결해줄수 있을까 생각하다가 원격 로봇과 햅틱 기술을 통해 실시간으로 원격상황을 3차원으로 시각장애인이 경험할 수 있는 텔레프레젠스 로봇의 기술에 대해 연구하게 되었습니다. 원격 상황의 3차원 정보의 실시간 햅틱 렌더링과 음성 피드백을 통한 세부정보(색감, 거리)를 사용자(시각장애인)에게 제공하고 시각장애인이 이를 이용하여 효율적으로 원격로봇을 제어하여 원격현장감(텔레프레젠스)을 느끼게 할수 있는 연구였습니다.
▲ Telepresence robot control
물론 현재는 더 발전된 기술로 다양한 연구 및 시스템 구현이 가능해졌습니다만, 당시에는, 특히 시각장애인들에게는, 원격로봇의 눈을 통해 3차원 공감각을 제공받고, 또 로봇을 직관적으로 제어할수 있는 점에 대해 많은 참여자들이 긍정적이고 좋은 피드백을 주고 갔던 기억이 있습니다. 박사연구를 진행하면서 느꼈던 점은, 질문에서 제 학력을 언급하셨듯이, 학사, 석사, 그리고 심지어는 회사연구기간동안에 얻은 지식 및 경험이 모두 제가 박사과정 동안의 어려움을 해결하는데에 도움이 되고 밑거름이 되었던 점입니다. 학부때의 기본 공학지식은 물론, 석사과정 동안 직접 로봇을 제어하고 프로그래밍하며 또 새로이 접했던 햅틱분야의 개론, 그리고 회사에서 연구원으로 근무하며 체험한 임베디드 시스템에 대한 지식 및 경험이 다같이 연결되어 제 박사과정 및 그 이후의 연구에 도움이 되었던것 같습니다.
▲ Hand gesture learning
Q. 뉴욕대, 조지워싱턴대학교에서 ‘ASD(자폐스펙트럼장애) 어린이를 위한 음악 기반 대화형 로봇 오케스트레이션’ 연구를 하셨는데 어떤 내용인가요?
▲ 시각장애인 로봇 프로그래밍 캠프
자폐증(autism spectrum disorder)은 신경발달장애 (neurodevelopmental disease) 중에서 가장 급격한 증가를 보이고, 현재까지 확실한 원인규명 및 치료법이 개발되지 않은 의학계의 난제 중 하나입니다. 무엇보다도 너무나 많은 아동들이 증세를 보이고 있어 미국에서는 현재 68명중 1명이 자폐증세를 보이고 있다고 집계가 되고 있습니다. 한가지 아쉬운 점은, 한국에서는 이를 정신병의 일종으로 보고 숨기려 하여 연구 및 치료에 어려움을 겪는다는 소식을 많이 들었습니다.
자폐아동들의 대표적인 결핍증세로는 사회성 및 감정적인 상호작용의 어려움을 들 수 있습니다. 눈맞춤 기피, 감정적인 상황 기피, 또한 감각이나 자극 등에 대한 과민 반응 등이 대표적인 증세입니다만, 스펙트럼 이라는 단어가 시사하듯이 너무나 다양하고 광범위한 증세의 차이가 있습니다. 초기 소셜로봇 연구에서 발견된 부분중 하나가, 자폐아들이 대인관계에는 어려움을 겪지만, 로봇과는 좀 더 수월히 상호작용을 할수 있음을 알게되고, 이를 행동치료 등에 활용하게 된 점입니다. MIT의 신시아 브레질(Cynthia Breazeal) 교수님, 예일대 브라이언 스카셀라티(Brian Scassellati) 교수님, 서던캘리포니아대학(USC)의 마자 매터릭(Maja Mataric) 교수님, 그리고 하트퍼드셔대학의 커스틴 다우텐한(Kerstin Dautenhahn) 교수님 등이 이 분야의 선구자격인 연구를 진행해 오셨지요.
▲ ASD Kids
저는 지난 연구들의 공통적인 환경인 정적 상호작용에서 좀 더 나아가서 자연스럽고 동적인 환경에서 자폐아들과의 상호작용 및 치료 (Intervention) 방법을 찾고자 음악 및 로봇의 동작을 통한 자극(musio-physical stimulus)을 통해 자폐아들의 감정을 자극하고, 또 실제 훈련세션에서의 효율성을 증대함을 목표로 합니다. 좀 더 구체적으로는 아동의 얼굴표정, 목소리, 동작 등을 실시간으로 분석하고, 이를 활용하여 로봇의 동작을 효율적으로 디자인, 채택하는 알고리즘을 연구중입니다.
이 연구주제는 박사과정때부터 알고 지냈던 미시건텍(Michigan Technological University)의 전명훈 교수와 함께 진행하고 있고, 음악 파트는 전명훈 교수쪽에서 더 자세히 진행하는 중입니다.
이 과제 이외에도 제가 겸직하고 있는 GW Autism and Neurodevelopmental Disorders Institute (ANDI)의 연구소장인 케빈 펠프레이(Dr. Kevin Pelphrey : 전 예일대 교수)와 GW Graduate School of Education and Human Development (GSEHD)의 제니퍼 프레이(Dr. Jennifer Frey)와 공동으로 로봇을 이용하여 아동의 언어발달치료를 개선하는 연구도 진행중에 있습니다.
Q. 미국 로봇산업의 경쟁력은 어디에 있다고 보시나요?
▲동료 연구원들과 함께
4-5년 정도의 산업체 경험과, 10여년의 박사과정, 학계 경험으로 짧게나마 의견을 말씀드리자면, 일단 연구결과물이 실제 제품에 적용되어 제품화까지 되는 경우가 많고, 또 역으로 실제 산업현장에서 필요한 부분들이 심도있는 논의를 통해 실제 연구개발 과제로 생성되어 새로운 연구 결과물 및 산업환경의 개선에 기여되는 경우가 많은것 같습니다. 물론 시장의 규모 및 다양성으로 인한 장점이 우선적인 요인이겠지만, 해결책을 좀 더 다양한 시각과 열린 생각으로 찾으려 하는 기본 접근법을 자주 발견하게 됩니다.
Q. 로봇을 하시게 된 동기와 로봇을 연구하면서 가장 어려운 점은 무엇인지요?
오래된 기억이지만, 어렸을때 뉴스에서 마이크로 마우스 대회를 보고 너무 신기하여 로봇을 공부하고 싶다는 생각을 했습니다. 대학에 와서도 제어 분야가 재미있어서 계속 로봇에 대한 꿈을 키우며 로봇분야를 타겟으로 공부하였고, 서울대 지능로봇 연구실 (지도교수: 이범희 교수님)에서 석사과정을 마치며 로봇에 대한 경험과 열정을 더 키울수 있었습니다. 전문연구요원으로 LG전자에서 근무할 동안에는 반대로 로봇을 연구하지 않는 팀에서 일하게 되면서 다른 분야의 지식을 좀 더 얻으며 동시에 더 로봇 연구에 대한 열망을 키울수 있었구요, 그 경험들을 바탕으로 유학을 나와 지금까지 로봇과 관련된 연구를 하게 되었습니다.
어려운 점이라면, 일단 복합적인 분야라 정말 다양한 지식들이 요구되구요, 따라서 다양한 인재들이 필요합니다. 다행히 지금까지 많은 좋은 협력연구자 및 실력있는 학생, 연구원들을 만나서 즐겁게 연구하고 있습니다만, 정말 연구에서 가장 중요한 부분은 훌륭한 연구원들과의 지속적인 아이디어 창출인것을 매일 느끼고 있습니다.
Q. 연구자로서 앞으로의 꿈과 목표가 있다면?
▲동료 연구자들과 함께
아직도 HRI 및 Assistive Robotics 분야에서는 연구적인 측면이나 실제 사회에서의 활용 측면에서 더 나아가고 연구되어야 할 문제들이 많이 있습니다. 개인적인 연구의 꿈과 목표가 있다면, 로봇 및 인공지능 시스템을 통해 인간과의 공존 환경에서 위에서 말씀드린 제 연구주제를 통해 정말 사람들에게 도움이 될수 있는 연구결과를 내고 싶습니다. 로봇분야가 더 심화될수록 연구결과를 평가, 증명하기 위해서는 전보다 더 복합적이고 다분야의 지식과 연구가 요구되기에, 많은 좋은 공동연구자들과 좋은 팀웍을 이루며 연구하고자 합니다. 또한, 이를 위해 꾸준히 창의적인 연구주제를 발견하고, 좋은 학생들과 활발한 연구환경을 지속적으로 만들어 나가고자 합니다.
Q. 로봇공학자가 되려는 학생들이 늘어나고 있습니다. 그러기 위해서는 어떤 준비와 노력이 필요한지 후배들에게 조언을 해주신다면?
정말 많은 훌륭한 로봇 공학자들이 계시고, 이미 많은 조언들을 주셨다고 생각합니다. 반복될수도 있지만, 본인이 정말 흥미롭게 생각하고 더 탐구하고 싶은 분야를 목표로 꾸준히 나아가는게 중요하다고 생각합니다. 그 분야가 로봇이 될 수도 있고, 로봇이 아닐 수도 있습니다. 중요한 것은, 시류나 주변사람들의 조언에 앞서 먼저 자신의 꿈과 역량을 맞춰서 키워나가는 것이 중요하다고 생각합니다.
그리고, 만약 정말로 로봇공학자가 되고 싶다면, 기본 소양인 수학, 과학, 물리, 전자/기계/컴퓨터공학 등에 충실함은 물론, 화학, 소자, 심리학, 신경학 등 복합적인 연계분야에도 소양을 쌓고 (이 분야의 좋은 지인과 연구자들을 알게 되는것 또한 좋은 방법입니다), 또한 주변과 사회의 다양한 분야에 주의를 기울이고 세세한 필요에도 관심을 가지는 훈련도 중요하다고 생각합니다. 이러한 다양성 및 균형잡힌 준비가 오히려 다가올 미래사회의 다양한 필요성에 더 전문적인 해결책을 제시할 수 있는 방법이 되지 않을까 생각해 봅니다.
Q. 국내 로봇산업 발전을 위한 조언을 한다면...
조언이라기 보다는, 다만 개인적인 소견으로, 해외에서 보았을때 정말 훌륭한 로봇공학자 및 기술들이 많이 있습니다. 지금도 학계 및 연구계에선 적극적으로 해외 학술활동 등을 통해 잘 알려주고 계십니다만, 제품화 측면에선 조금 조심스러운 접근을 많이 하시는 점이 국민으로써 조금 아쉬운 측면입니다. 여러 특화된 분야에 집중하여 독창성을 가미한다면 충분히 세계적인 결과물이 나올것으로 생각됩니다.
Q. 연구에 주로 영향을 받은 교수님이나 연구자가 계시다면...
▲연구소에서 OP2와 함께...
일단 제 석사지도 교수님이신 이범희 교수님께서 학부생 시절의 제게 로봇의 다양한 연구분야와 연구진로를 열정으로 소개시켜 주셨기에 제가 계속 로봇분야의 꿈을 키우며 매진할수 있었습니다. 또한 제 박사 지도교수님이신 아야나 하워드(Ayanna Howard)교수님은 아이디어와 열정으로 연구함이 어떤 모습인지를 가르쳐 주셨습니다. 또 박사과정동안 안식년으로 조지아텍을 방문하셨던 박종우(Frank Park) 교수님과 권동수 교수님을 통해 정말 한결같고도 활발하게 연구하시는 모습을 배울수 있었습니다. 이 외에도 제게 유학기간동안 많은 조언을 주신 최승문 교수님께도 감사드리고 싶고, 미국에서 연구의 열정과 자유를 잘 보여주시는 데니스 홍 교수님, 후학들에게 조언도 많이 주시고 밥도 잘 사주시는 폴 오(Paul Oh) 교수님과 김민준 교수님께도 늘 많이 배우고 있습니다.
한 분만 더 말씀드리자면, 낯간지럽지만 이 자리를 빌어 제 아버지를 존경한다고 말씀드리고 싶습니다. 물론 아버지는 경제지리를 연구하셨기에 제 분야와는 거리가 멀지만, 연구의 결과와 개인의 영달을 철저히 분리하시고, 우리나라의 균형적인 지역발전을 위해 평생 연구에 매진하시는 모습에서 여전히 많이 배우고 있습니다.▒
조규남 ceo@irobotnews.com
