'젊은 로봇 공학자' (22) 민병철 퍼듀대 교수

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

22번째 인터뷰는 미국 퍼듀대 민병철 교수다. 민 교수는 2008년 경희대 전자공학과를 졸업하고 2010년 경희대에서 전자공학으로 석사, 2014년 미국 퍼듀대에서 컴퓨터 및 정보기술로 박사 학위를 받았다. 2014년 6월부터 2015년 7월까지 미국 카네기멜론대 로봇연구소에서 박사후 연구원을 거쳐, 2015년 8월 부터 미국 퍼듀대 폴리텍 대학(Polytechnic Institute) 컴퓨터 및 정보기술학과 조교수로 재직하고 있다.

2009년 한국지능시스템연구원 최우수논문상, IRC2009 로봇축구부문 3등상, 2013년 ICROS 최우수논문상, 2019년 미국 과학재단 신진연구자상(NSF CAREER Award) 등 수많은 수상 경력을 가지고 있으며, 2016년 부터 퍼듀대 로봇액셀러레이터위원회 위원으로도 활동하고 있다.  

주요 연구 및 관심분야는 시스템 디자인과 로봇 기술과 알고리즘 통합, 멀티로봇 시스템, HRI , 로봇 디자인과 제어 등 이다. 

▲미국 퍼듀대 민병철 교수

Q. 2015년 8월부터 퍼듀대 조교수로 재직하고 계신데 학교 소개부터 부탁 드립니다.

퍼듀대학교는 미국 인디애나주에 위치한 연구중심의 주립대학교입니다. 1869년에 설립되었으며, 총 3개의 캠퍼스와 인디애나 대학교와의 2개의 통합 갬퍼스가 있습니다. 저는 본교인 웨스트 라파엣 캠퍼스의  폴리텍 대학(Polytechnic Institute)의 컴퓨터 및 정보기술학과(Department of Computer and Information Technology)에서 2015년부터 조교수로 재직하고 있으며, 스마트 연구소(Smart Machine and Assistive Robotics Technology Laboratory)를 운영하고 있습니다. 스마트 연구소에는 현재 저를 비롯해 다양한 학문적 배경을 가진 15명의 박사후 연구원, 대학원생, 학부생으로 구성되어 멀티로봇 시스템, 인간-로봇 상호 작용(Human-Robot Interaction), 로봇 설계 및 제어등의 분야에 대해 함께 연구하고 있습니다.

▲ 퍼듀대 스마트 연구소 내부

Q. 최근 하고 계신 로봇연구가 있다면 소개 부탁드립니다.

최근에 다양한 연구를 진행하고 있는데, 대부분의 연구는 멀티로봇 시스템과 관련이 있습니다. 가장 먼저 다수의 사람과 다수의 로봇이 서로 협력하는 적응형 로봇시스템에 대한 연구를 진행 중에 있습니다. 이 연구의 주요 목적은 인간과 다중 로봇간의 상호 작용 과정중에 발생하는 인간의 인지 및 감정 상태 데이터를 실시간으로 모니터링하고, 로봇 시스템의 변화와 인간의 인지 및 감정 상태에 능동적으로 적응하는 로봇시스템을 개발 하는 것입니다. 이 연구는 2019년 2월 미국과학재단(National Science Foundation)으로부터 신진연구자상(NSF CAREER Award)으로 선정되어 진행하고 있는 연구이며, 앞으로 5년동안 진행될 예정입니다.

▲다중 로봇의 동적인 움직임이 인간과 로봇간의 상호 작용에 미치는 영향에 대한 연구

또한, 수질 모니터링을 위한 멀티 수중 로봇시스템에 대한 연구도 진행 중에 있습니다. 이 연구는 페루의 아레끼파(Arequipa) 지역의 수질 개선을 목적으로 페루정부로 부터 지원을 받아 2018년부터 수행하는 연구입니다. 이를 위해 페루 Universidad Nacional de San Agustin de Arequipa(UNSA)대학과 협력하여 무인수상정(Unmanned Surface Vehicle)과 잠수정 형태의 로봇을 개발 중에 있으며, 이 로봇들을 이용한 실시간 수질 모니터링 방법에 대해서도 연구중에 있습니다.

▲페루 과제를 함께 수행중인 퍼듀대 동료 교수님들과 함께

그리고 사회적 행동기반의 멀티로봇 시스템에 대한 연구도 진행 중에 있습니다. 예를 들어 황제펭귄들이 추위를 이겨내기 위해 허들링이라는 행동을 하는데, 이 허들링 행동을 모델링하여 멀티 로봇시스템에 적용하는 방법에 대해 연구 중에 있습니다. 이 연구를 통해 다수 로봇들이 서로 협력하고 자기 조직화하여 극지 환경에서나 오랜시간을 필요로 하는 임무를 좀 더 효율적으로 수행할 수 있을거라 기대하고 있습니다.

▲펭귄 허들링에서 영감을 얻는 다중 로봇 시스템간의 에너지 공유 및 형성 방법에 대한 개념도

Q. 경희대 전자공학과를 졸업하고 동 대학원에서 전자공학으로 석사, 퍼듀대에서 컴퓨터 및 정보기술로 박사학위를 받으셨는데 박사 학위 논문이 Optimizing Self-organizing, Largescale, Mobile Robotic Broadband Networks인데 어떤 내용인지 간단한 소개 부탁 드립니다.

석사 학위 연구는 경희대 자동제어 연구실(현재는 HRI 연구실)에서 김동한 교수님의 지도 아래 수행하였고, 지능제어를 이용한 쿼드 로터의 경로 생성과 추종에 대한 연구로 학위를 받았습니다. 박사 학위 연구는 퍼듀대 사물통신 연구실(Machine to Machine Lab)에서 에릭 멧슨(Eric Matson) 교수님 지도 아래 수행하였습니다. 제 박사 학위 논문은 기존의 전방향성 안테나를 이용하던 이동로봇들간의 통신 수단을 지향성 안테나로 대체하고 이를 통해 로봇들간의 통신거리 및 품질을 향상시키는 방법을 포함하고 있으며,  지향성 안테나를 센서로 이용해 사물을 감지하고 움직이는 로봇의 위치를 추정하는 방법에 대해서도 다루고 있습니다. 그리고 다수의 이동로봇들과 분산제어 방법을 이용해 먼거리 무선통신을 동적인 환경에서 빠르게 건설하는 방법에 대해서도 다뤄 재난 상황과 같은 현실적인 문제에 적용하는 방법을 포함하고 있습니다.

▲박사학위 논문을 위한 필드로봇 실험중에

Q. 주요 관심분야 및 연구분야가 시스템 디자인과 로봇 기술과 알고리즘 통합, 멀티로봇 시스템, HRI , 로봇 디자인과 제어 등으로 알고 있습니다. 멀티로봇 시스템과 로봇 디자인 관련하여 최신 기술 동향이나 세계적인 흐름이 있다면 어떤 것이 있을까요?

멀티 로봇 시스템에 대한 연구는 다수의 로봇들로 이뤄진 팀에 대한 설계, 제어, 구현 등을 다루는 분야로 2000년대 초반에 시작되어 현재까지도 활발하게 연구가 진행되고 있는 분야입니다. 특히 2010년 초반부터 현재까지 멀티 로봇 시스템에 대한 연구는 급격한 발전을 이루었는데, 이는 오픈 소스와 ROS(Robot Operating System)의 활성화, 로봇 하드웨어의 소형화 및 보급화, 그리고 통신기술의 발달로 인해 많은 로봇들을 보다 손쉽게 제작하고 제어하는 것이 가능해 졌기 때문입니다. 그리고 예전에는 멀티 로봇 시스템을 중앙제어 하는 방법에 대해 많이 다루었다면, 최근에는 분산제어 방법을 통해 시스템의 확장성과 안정성을 확보하는 방법에 대해 다루어지고 있는 추세 입니다. 또한 무선 통신 발달과 함께 통신을 통한 멀티 로봇 제어방법이 많이 소개되고 있는 추세입니다. 그리고 로봇의 형태가 다양해 지고, 사용범위가 넓어짐에 따라 동일한 형태가 아닌 다른 형태의 로봇들로 멀티 로봇 시스템을 구성하고 제어하는 방법에 대해서도 활발한 연구가 진행되고 있습니다. 로봇의 활발한 보급과 사용이 용이해짐에 따라 사람과 멀티 로봇 시스템간의 상호작용에 대한 연구도 최근 활발하게 진행되고 있습니다.

Q. 필드 로봇 분야에도 관심이 많은 것으로 알고 있고, 카네기 멜론 필드로봇 센터에서 박사후 연구원으로 근무하신 경험이 있는데 카네기 멜론에서 주로 하신 연구가 무엇인지요?

카네기 멜론대학에서는 필드로보틱스센터(Field Robotics Center) 에서 버나다인 다이아스(Bernadine Dias) 교수님과 애런 스테인펠드(Aaron Steinfeld) 교수님 지도아래 시각장애인들을 위한 멀티 보조 로봇시스템 개발에 대해 연구 하였습니다. 이 연구는 미국과학재단에서 주관한 국가 로보틱스 이니셔티브(National Robotics Initiative) 프로그램의 지원을 받아 수행하였으며, 연구 목적은 시각장애인들의 독립적이며 안전한 이동을 위한 보조 로봇 시스템 개발에 있었습니다. 이를 위해 상반신으로 구성된 휴머노이드 형태의 안내 로봇과 안내견 형태의 이동 로봇, 그리고 스마트폰으로 멀티 로봇 시스템을 구성하고 시각장애인이 이 시스템과 원할하게 상호작용할 수 있도록 인간과 로봇간의 상호작용(HRI)과 멀티 로봇제어 방법에 대해 연구하였습니다.

▲시각장애인들이 안내로봇과 상호작용 하는 모습

Q. 로봇을 하시게 된 동기와 로봇을 연구하면서 가장 어려운 점은 무엇인지요?

대학재학 시절, 영국 레딩대학교(University of Reading)의 케빈 워릭(Kevin Warwick) 교수님을 방송과 책 (‘나는 왜 사이보그가 되었는가’)을 통해 접할 기회가 있었습니다. 케빈 워릭 교수님은 사이보그를 연구한 로봇 과학자로 자신의 팔에 컴퓨터 칩을 이식해 텔레파시로 전자기기와 로봇을 작동시키는 연구를 진행하였습니다. 그리고 배우자의 팔에도 컴퓨터 칩을 이식해 텔레파시로 생각을 공유하는 연구를 진행하기도 했습니다. 전자기기 혹은 로봇을 생각만으로 조종 할 수 있다는 것이 너무 신기하게 느껴져 그 이후부터 로봇에 대한 큰 관심과 흥미를 갖게 되었습니다. 로봇동아리에서 다양한 로봇을 직접 만들어 보고, 대학원에 진학하면서 로봇에 대한 전문 지식을 쌓을 수 있게 되었습니다. 그리고 좀 더 많은 경험과 지식을 넓히기 위해 미국으로 유학을 오게 되었고, 지금까지 로봇과 관련된 연구를 하고 있습니다.

저는 제가 수행하는 모든 로봇 연구는 되도록이면 실용적이면서 이론적인 접근법을 함께 사용하고자 노력합니다. 이는 제가 카네기 멜론 대학에서 박사후 연구원으로 근무할 때 많은 시각장애인들과 만나고 대화하면서 그분들이 실제로 필요로 하는 로봇들과 로봇연구자가 연구하고 개발하는 로봇들과는 많은 차이가 있다는걸 알게 되었기 때문입니다. 따라서 현재 많은 로봇 시스템을 직접 제작하고 구현하고 있는데, 이를 위해서 이론 지식뿐만 아니라, 전문적인 구현 기술 지식까지 함께 습득하고 개발하기 위해 많은 노력을 기울이고 있습니다.

Q. 한국의 대학이나 연구기관 등과 원하는 협력분야가 있다면...

현재 다수의 인간과 다수의 로봇이 서로 협력하는 적응형 로봇시스템에 대한 연구를 진행 중인데, 기본 아이디어는 사람의 인지상황과 감정 그리고 작업량을 측정하고 예측하여 사람들과 로봇들간의 작업량을 알맞게 분배하는 것 입니다. 이를 위해 인간의 인지적 상황과 감정적 상태, 그리고 작업량을 측정하는 방법에 대한 연구가 진행되어야 하는데, 제가 이 분야에 대해서는 아직 전문지식이 부족한 편입니다. 따라서 이러한 분야를 선도하고 있는 한국의 대학이나 연구기관 등이 있다면 협력하여 해당 분야를 함께 발전시키면 좋을 거 같습니다. 또한, 최근 수중 로봇과 관련된 과제를 수행하면서 관련 분야에 많은 관심을 갖게 되었는데, 선박해양플랜트연구소와 같은 우수 연구기관과 함께 협력연구를 수행하면 해당 연구발전에 좀 더 많은 기여를 할 수 있을거라 생각됩니다.

Q. 미국에서 생활하신지 9년차에 접어든 것 같은데 미국 로봇 산업의 강점은 어디에 있다고 보시나요?

미국 로봇산업의 강점은 미국 로봇 시장 규모와 산업의 다양성에 있다고 생각됩니다. 미국 로봇 산업 시장은 세계에서 규모가 가장 크고, 분야 또한 제조, 군사, 서비스, 의료등 다양하게 걸쳐 있습니다. 그리고 이러한 규모와 다양성과 함께 로봇 연구 및 개발을 위한 다양하면서 꾸준한 지원이 있기 때문에 로봇 산업이 발전하고 있지 않나 생각 됩니다.

그리고 연구 지원 기관들은 다제간 학문과 여러 다른 그룹의 협업을 장려하는 분위기입니다. 이를 통해 연구자들 간의 교류가 활발하게 이루어지며, 새로우면서 다양한 연구가 수행되고, 이러한 연구들이 미국 로봇산업 발전에 긍정적인 영향을 미치고 있다고 생각합니다.

Q. 연구자로서 앞으로의 꿈과 목표가 있다면?

연구자로서 앞으로의 목표는 다중 로봇 시스템과 인간 로봇 상호 작용 분야의 격차를 메꿔 인간 다중 로봇 시스템의 전반적인 성능을 향상시키고 보다 다양하게 활용할 수 있도록 하는 것입니다. 좀 더 구체적으로 예를 들자면, 여러 가지 서로 다른 로봇들과 사람들이 어떤 상황에서도 원활하게 상호 작용할 수 있게 하는 메커니즘을 개발하여 누구나(예: 로봇을 접하지 못해 본 사람들 혹은 장애인들) 다양한 로봇들과(예: 적거나 무수히 많은 로봇들) 함께 팀을 이뤄 탐색 및 구조 작업이나, 환경 감시등과 같은 복잡한 미션을 효과적으로 수행할 수 있도록 하게 하는 것입니다.

Q. 로봇공학자가 되려는 학생들이 늘어나고 있습니다. 그러기 위해서는 어떤 준비와 노력이 필요한지 또 해외 대학에서 박사 학위를 받으려면 어떻게 준비해야 하는지 후배들에게 조언을 해주신다면?

모든 공학이 그러하듯 로봇 공학도 수학과 물리를 기본으로 하는 학문입니다. 따라서 이러한 기초과목을 충실히 학습하는 것이 중요하다고 생각합니다. 그리고 이 기초학문을 토대로 실제 로봇에 대한 연구 및 개발로 연결 될 수 있도록 컴퓨터 프로그래밍 등과 같은 응용과목을 학습하는 것도 도움이 될 것이라 생각됩니다.

또한 로봇 공학자가 되려는 학생들에게 자신의 지식을 검증 및 구현해 줄 수있는 하나 이상의 툴을 갖추는데 노력하라고 조언하고 싶습니다. 여기서 툴은 컴퓨터 시뮬레이터나 실제 로봇 제작기술등을 말하는데, 이를 통해 자신이 알고 있는 지식과 생각하는 아이디어를 간,직접 구현해 봄으로서 문제점을 파악하고 개선시킬 수 있기 때문입니다.

미국에서 박사과정, 박사후 연구원 그리고, 교수생활을 하며 한국 학생들이 다른 어느나라 학생들보다 우수하다는 것을 많이 경험하였습니다. 그래서 미국과 같은 해외 대학에서 박사학위를 받는데 큰 어려움이 없을거라 생각되는데,  한국에서처럼 학습과 연구에 대한 열정과 끈기를 유지 한다면 성공적으로 박사학위를 받을거라 생각됩니다. 그리고 그 대학의 공식언어를 원활하게 구사 할 수 있으면 연구를 발전시키는 데 큰 도움이 될거라 생각됩니다. 원활한 의사 소통은 지도교수님과 다른 연구자들과 연구에 대해 심도있는 대화와 토론을 가능하게 해주기 때문입니다.

Q. 국내 로봇산업 발전이 한 단계 더 발전하기 위해 조언을 해 주신다면...

이미 한국은 로봇 선진국 중 하나인만큼 그동안 많은 발전을 이루었다고 생각합니다. 그래도 더 많은 발전을 위한 조언을 하자면, 로봇 연구 및 개발을 국내 환경과 시장에 한정 짓기 보다는 세계 시장을 목표로 수행하면 더 많은 발전이 있지 않을까 생각됩니다. 이를 위해서는 국가의 정책이 뒷받침 되어야 하고, 연구자들과 기업들은 다른 나라의 우수 연구자들 그리고 우수 기업들과 협업하는 것이 국내 로봇산업을 한 단계 발전시키는 방법이라고 생각합니다.

▲퍼듀대 스마트 연구소 연구원들과 함께

Q. 연구에 주로 영향을 받은 교수님이나 연구자가 계시다면...

제 연구는 많은 교수님들로부터 영향을 받았습니다. 그 중, 제 석사지도 교수님이신 경희대 김동한 교수님으로 부터 로봇연구에 대한 열정과 긍정의 마인드로 즐겁게 연구하는 방법을 배 울 수 있었고, 제 박사지도 교수님이신 퍼듀대 에릭 멧슨(Eric Matson) 교수님으로부터 학생과 교수간에 서로를 존중하고 격려하면서 사제지간을 넘어 하나의 연구팀으로 연구를 수행하는 방법을 배웠고, 이는 현재 제 대학원생들과 박사후 연구원들을 지도하고 함께 연구하는데 큰 도움이 되고 있습니다. 또한 박사후 연구원 시절 지도교수님이셨던 카네기 멜론대 버나다인 다이아스(Bernadine Dias) 교수님과 애런 스테인펠드(Aaron Steinfeld) 교수님으로 부터는 로봇연구를 실용적이면서 다양한 접근법으로 수행 하는 방법과 해당 연구를 선도하는 연구자로서 가져야 하는 마음가짐에 대해 배울 수 있게 되었습니다.

또한 박사과정동안 퍼듀대학에서 안식년을 보내신 동국대 정진우 교수님으로 부터 연구를 꼼꼼하게, 그리고 깊이있게 하는 방법에 대해 배울 수 있었고, 이를 통해 이론적인 면에 있어 많은 발전을 이룰 수 있게 되었습니다. 마지막으로 미네소타 대학의 볼칸 아이슬러(Volkan Isler) 교수님, 펜실베니아 대학의 비제이 쿠마(Vijay Kumar) 교수님, 조지아텍 대학의 매그너스 에거슈테트(Magnus Egerstedt) 교수님도 제 연구에 큰 영향을 주신 분들입니다.