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KAIST 휴보 ‘DARPA 로보틱스 챌린지(DRC)' 우승!

‘이번 우승’은 많은 의미를 담고 있습니다.

가장 큰 의미는 당연히 ‘희망’이겠죠. 그리고 또 있습니다.

KAIST 오준호 교수팀이 개발한 ‘휴보’가 6월 5일부터 이틀간 미국 캘리포니아주 포모나에서 열린‘DARPA 로보틱스 챌린지(DRC)'에서 우승을 차지하는 쾌거를 이뤘습니다.
이번 우승으로 오준호 교수팀은 200만 달러의 상금도 획득했습니다.
이번 대회는 세계 24개 팀이 개발한 휴머노이드가 ▲운전하기 ▲차에서 내리기 ▲문 열고 들어가기 ▲밸브 돌리기 ▲드릴로 구멍 뚫기 ▲돌발미션 ▲ 장애물 돌파하기 ▲계단 오르기 등 8개 미션에 대한 수행 평가로 진행됐습니다.
  DRC에 참가한 휴보(좌)와 우승 시상식(우) / KAIST 제공DRC에 참가한 휴보(좌)와 우승 시상식(우) / KAIST 제공

이번 우승 소식을 접하자마자 예전에 인터뷰 한 내용을 다시 찾아봤습니다.

세계를 깜짝 놀라게 한 휴보가 만들어지기까지의 과정을 알게 되면 다른 방향에서 다시 깜짝 놀라기 때문이죠.

아래는 2011년 인터뷰한 내용을 재구성 한 것입니다. 
 


휴먼형 보행로봇? 그까이꺼!

2000년, 오준호 KAIST 교수는 뉴스를 통해 일본의 휴먼형 로봇 '아시모'를 처음으로 보게 됩니다.

오 교수는 '저것이 가능할까?' 황당해 하면서도 한편으론 '나도 못할 것 없지'라고 생각했습니다.

그래서 오 교수는 (푼돈에 불과한) 연구비를 마련하기 위해 여기저기 제안서를 냈지만 '턱도 없다'며  거부당했습니다.

우리나라에 로봇 기반이 전혀 없는 상황에서 휴면형 로봇 개발은 불가능하다는 것이지요.

그는 동료 교수들 몇 명을 찾아가 각출하듯 6000만 원을 마련했습니다. 이 돈은 당시 'BK21 사업'을 통해 교수들에게 1000만 원 씩 지급된 일종의 보조금인데, 우여곡절 끝에 모을 수 있었다고 합니다.

그리고 2002년, 오 교수는 연구를 시작한지 단 6개월 만에 2족보행 로봇 'KHR-1'을 완성했습니다.

다른 나라 개발자가 알면 정말 까무러칠일이었지요.

여기에 자신감을 얻은 오 교수는 KHR-1을 학교측에 보여주면서 1년 연구비 1억 5000만 원을 신청했습니다.

오 교수의 결과물에 깜짝 놀란 학교측은 오히려 3년 과제로 선정해 제대로 해보자며 더 좋은 조건을 제시했습니다.

그러나 오 교수는 "일본이 이미 완성한 것을 3년이나 한다는 것은 자존심이 허락하지 않았다"면서 제안을 거절했다고 합니다.

그리고 이듬해 다시 연구에 착수한 오 교수.

이번에도 시작 6개월 만인 2003년 8월, 휴보의 전신인 'KHR-2'를 완성했고요. 

주변은 또 다시 깜짝 놀랐지요. 휴보의 탄생인 것입니다.

오 교수 표현으로는 이를 본 사람들이 '놀래서 자빠지더라'고 합니다.

휴보를 모르던 정부, 우리나라에 왜 왔냐는 일본

당시 정부는 우리나라 7대 성장동력사업 중 하나로 '로봇'을 채택했습니다.

그런데 오 교수는 이런 사실을 몰랐고요. 정부 역시 오 교수의 로봇 개발 사실을 알지 못했습니다.

당시 정부는 '우리나라 기술로는 로봇의 독자 개발이 불가능하다'고 판단, 일본이나 유럽 등과 기술 제휴를 추진하고 있던 상황입니다.

그래서 정보통신부 관계자들이 일본으로 날아가 로봇 개발 협력을 이끌어내기 위해 노력했다고...

그런데 일본 측 반응, "당신네 나라에 이미 KHR-2(휴보)가 있는데 왜 왔냐"고 하더랍니다.

결국 정부 관계자들은 일본에서 오 교수의 소식을 듣고 다시 KAIST로 찾아온 웃픈 사실.

그리고 그 무렵 KAIST에서 부총리가 참석하는 만찬 행사가 있었는데요.

그 때 총장이 "우리 학교 오 교수가 로봇을 만들었는데 그럴듯 하다"고 말했더니 부총리가 '볼 수 있냐"고 물었고, 바로 랩실을 찾아왔더랍니다.

오 교수는 랩실에서 변변찮은  저녁식사를 하다가 갑자기 부총리 일행 손님을 맞게 됐지요.

부총리는 KHR-2를 이리저리 살펴보더니 '과기부는 이런거 지원 안 하고 뭐하고 있었냐 는 등...' 이하 줄줄이.... 자세한 내용은 상상에 맞겨요.

아무튼 그래서 한바탕 난리가 났겠지요.

이런 우여곡절 끝에 2004년부터 오 교수에 대한 정부 지원이 시작됐습니다.

그리고 오 교수는 이번에도 1년도 안 되어 '휴보'를 완성했습니다.

초 단기간에 휴보를 만든 오 교수는 하루 아침에 전 세계의 주목을 받는 인물이 됐습니다.

심지어 외국의 정보기관에서도 그를 찾아왔다고.

특히 '아시모'를 개발한 일본은 한마디로 '까무러치게 놀랐습니다.'

자신들이 수백 억의 자금과 수십 명의 전문가를 투입해 10년 넘게 개발한 것을 한국의 한 과학자가 '푼돈'으로 단기간에 만들었기 때문입니다.

우리가 왜 로봇을? 제자들의 반란

당시 재미있던 일화가 있습니다.

바로 오 교수 밑에 있던 대학원생들의 반란입니다.

그들은 당초 자신이 배우고자 했던 공부는 못하고 '담당 교수의 취미만 뒤치닥거리 한다'는 불만으로 가득했다고 합니다.

게다가 당시 현실로는 '턱도 없는' 로봇이라니...

이런거 왜 만드냐고 투덜대는 제자들은 급기야 오 교수를 찾아가 집단 항의하는 사태까지 벌어졌습니다.

그리고....지금 그 학생들은 어떻게 됐을까요?

"그 학생들 휴보 만들다가 출세해서 다들 교수됐어."

물 만난 고기

자신의 대학시절을 그는 한마디로 '물 만난 고기'라고 표현합니다.

당시 그의 최대 관심 사항은 자동제어나 연결 시스템 등 이었고, 이는 이미 중·고교 시절 독학으로 전자공학도 터득했던 터였습니다.

오 교수는 학교에서 금세 두각을 드러냈습니다.

대학교 3학부터는 대학원 선배 실험실에서 살다시피 했습니다.

필요한 실험장치가 있으면 직접 청계천에 가서 부품을 사와 만들고, 실험실 장비가 고장나면 혼자 수리도 했습니다.

당시 실험실에는 과거 한일협정 당시 대일 청구권으로 들어온 일제 과학기제자가 쌓여있었다고 합니다.

이중 고장나서 방치된 것들이 많았는데, 이것을 수 없이 뜯어보고 기능을 살려냈습니다.

연대 대학원에 진학한 그는 바이오메커니즘을 공부했습니다.

대학원을 마치고 2년동안 원자력연구소에 근무하다가 시스템자동제어(동역학자동제어)를 배우러 미국 버클리대로 유학길에 오릅니다.

버클리대에서도 그는 무엇이든 잘 만들어내는 재주로 인기를 끌었습니다.

학문에 관심없던 KAIST 교수

3년 반만에 학위를 받고 한국으로 돌아와 KAIST 교수가 됐습니다.

그러나 그는 논문을 쓰거나 연구 프로젝트를 따내는 것에는 관심이 없었고, 그 때 그 때 흥미롭다고 생각하는 것에 몰두하는 경향을 보였습니다.

그렇게 해서 교수로 부임하고 얼마 지나지 않은 오 교수는 이미 탄소섬유로 제작한 초경량 로봇을 만들어봤고, 1990년 초반에는 무인헬기의 호버링에 대해 연구하기도 했고, 1993년에는 요즘 한창 미국에서 실용 연구가 4족보행 로봇도 만들었지만 당시 발표조차 안했다고 합니다.

또 1994년에는 러시아와 공동으로 초정밀 자이로스코프와 리얼타임컨트롤장치 등을 개발했습니다.

이렇게 오 교수는 기계설계, 마이크로프로세서, 폼웨어, 실시간제어기술, 자동제어, 안정화기술, 센서기술, 계측기술 등 연구인지 취미인지 모르게 로봇에 관한 기반 연구를 하나하나 완성하고 있었습니다.

가장 오랜 어릴때 기억은 호기심
 


오 교수의 취미인 '연구'는 그가 가장 더듬어 기억할 수 있는 어린시절부터 시작됩니다.

오 교수는 "3~4살 때 그런 기계에 매료됐던 기억이 생생하다"고 말합니다.

'꼬마 오 박사'는 할머니의 재봉틀이 움직이는 것부터 째깍째깍 움직이는 시계, 각종 공구 등을 보는 것 자체가 즐거웠습니다.

어린이에게 공포의 대상인 병원조차 '꼬마 오 박사'에게는 신기한 호기심의 대상이었다고 합니다.

병원에 간 꼬마 오 박사는 각종 진단기기와 장비들을 보는 것이 즐거워 무서운 것도 잊어버렸다고.

초등학교 3학년이 만든 다단계 로켓

이런 오 교수의 학창시절은 줄곧 탐구와 만들기의 연속이었습니다.

초등학교 때는 종이로 몸체를 만들고, 노즐부는 분필에 구멍을 뚫은 3단 로켓을 직접 만들었습니다.

추진체는 문방구에서 파는 빨간 종이화약을 사용했고, 나중엔 화려한 폭발효과를 내기위해 알루미늄 가루까지 넣은 흑색화약을 직접 만들기도 했습니다.

또 그의 연습장에는 작동 메커니즘을 담은 로봇이나 비행기 스케치로 가득했습니다.

중학교에 들어간 오 박사는 곧 전자공학에 빠져들었습니다.

지금처럼 조립 키트가 없던 시절이었기에 회로부품을 구하려고 청계천 고물상으로 출퇴근을 하다시피 했다고 합니다.

쇠를 깍아 만든 증기기관차

어느날은 증기기관차를 만들어보기로 했습니다.

집 근처의 공작기계 업체에 가서 직접 설계한 실린더를 쇠를 깍아 만들고, 추진력은 알코올램프로 끓인 증기를 이용했습니다.

또 발사목을 다듬어 비행기를 만들었고, 큰 연을 만들어 어디까지 날아가나 끝없이 날려보기도 했습니다.

렌즈를 구입해 직접 천체망원경을 만들어 목성 관찰에도 성공했습니다.

장판을 걷어내야했던 그의 공부방

그런 그의 공부방은 사실상 공장의 작업실과 같았다고 합니다.

나중엔 아예 장판을 걷어내 시멘트 바닥이었고, 책상도 치워버렸습니다.

대신 그 곳에는 온갖 연장이 가득한 선반과 작업대로 변했습니다.

학창시절 오 교수는 장래 희망은 당연히 이공계를 진학해 교수가 되는 것이었습니다.

그는 진로에 대해 고민을 해본 적이 없었다고 회상합니다.

그러나 학창시절 오 박사의 객관적인 성적은 그리 희망적이지 못했습니다.

아니 교수는 고사하고 웬만한 대학진학 조차 힘든 수준이었습니다.

수학과 과학만 특출나게 잘했지만, 국어, 사회, 영어 등 나머지 과목은 대부분 과락 수준이었습니다.

그래서 고교 2학년때가지 그의 성적은 한 학급 60명 중 50등 대를 벗어나본 적이 없었다고 합니다.

전교 꼴찌가 6개월만에 전국 20등

고교 2학년 시절.

그나마 좋아했던 수학마저 '시시하다'는 생각에 손을 놓고 말았습니다.

그러다가 '극한'을 접하면서 그는 득도하듯 커다란 충격을 받았다고 합니다.

그 때가 고등학교 2학년 여름 때입니다.

마치 학문의 원리를 깨친것 마냥 그는 미친듯 파고 들었습니다.

그리고 그동안 방치하다시피 했던 국어, 사회 등 다른 과목에도 빠져들며 자신의 호기심을 채웠습니다.

그렇게 6개월 동안 고교 3년 과정의 전 과목을 탐독했습니다.

그의 성적은 전교 꼴찌 수준에서 순식간에 전교 20위 권으로 급상승했습니다.

고 3이 되기 전 이미 고교 전 과정을 독학으로 끝낸 그는 다시 학억에 흥미를 잃었다고 합니다.

그래서 그는 고3 시절 플룻 등 악기를 배우며 소일했습니다.

오 교수는 물리학과로 진학해 순수 과학자가 되고 싶었지만, 선생님들이 의대나 공대를 추천했습니다.

그래서 진학한 곳이 연세대 기계공학과입니다.

서울대는 왜 안 갔냐고 물었더니, 독일어 때문이랍니다.

독일어에는 흥미가 없었다고. 

아엠 유어 파더! 아시모는 아버지가 없지만, 난 휴보 아버지

휴보의 아버지 오 교수는 현재(2011년 당시) 보다 개선된 성능의 휴보를 만들고 있습니다.

또 기술력을 인정받은 휴보는 미국 등 해외에서 연구용으로 발주 받아 수출도 되고 있습니다.

오 교수의 바램은 휴보가 전 세계 로봇 연구자들의 표준 플랫폼으로 사용되는 것입니다.

현재 오 교수는 휴보보다 안정화된 KHR-2+ 개발을 진행하면서 동시에 자신의 취미인 '또 다른 연구거리'를 찾고 있습니다.

 

 

오준호 교수와의 1문 1답

-천재 아닌가?
"영재의 정의는 아이큐가 높은것인가? 나는 이렇게 정의한다. 그 일을 하고 싶은데 안하면 못배기는 사람이다. 나는 내 기억이 있는 한 기계를 좋아했다. 할머니 재봉틀이 너무너무 좋았고, 시계며 공구 등을 가지고 노는 것 자체가 재미있었다."

-초등학교 시절은 어땠나?
“3~4살때부터 기계에 매료됐던 기억이 생생하다. 오죽했으면 병원이 무서운게 아니라 장비들을 보고 오히려 신기해 했다. 모든 자연현상과 기술에 매료됐다. 초등학교 때 별명이 꼬마 박사였다. 그래서 더 아는척 하려고 백과사전도 찾아보고 공부도 더 열심히 했다.”

-초등학교 때 기억에 남는 발명품은?
“초등학교 3학년 때인가...몸체는 종이로 만들고 노즐은 분필에 구멍을 내어 만든 다단계 로켓을 만들었다. 추진체는 화약을 넣었는데, 화약을 구하기 힘들어서 직접 흑색화약 원료를 구입해 만들기도 했다. 나중엔 화려한 폭발효과를 내기 위해 알루미늄 가루까지 넣었다. 또 설계에도 취미가 있어서 로켓이나 비행기, 로봇 등의 작동 메커니즘을 그려보기도 했다.”

-그렇다면 중학교 시절은?
“중학교 들어가서는 라디오 전자공학에 빠졌다. 청계천, 세운상가, 고물상 등을 해매며 라디오, 전축, 무전기 등을 만었다. 당시에는 과학 어린이 잡지가 없던 시절이어서 전파공학 전공책을 구해 공부했다. 또 통나무를 깍아서 배를 만들거나 렌즈를 구해 천체망원경 만들어 목성을 관찰하기도 했다. 증기기관차를 만들었던 것이 기억에 남는다. 동네 공작기계 공장에 가서 실린더를 깍은 증기기관차였는데, 알콜램프로 물을 끓여 움직였다. 갖고 싶은게 있으면 으례 만들었다. 기성품은 재미가 없었다. 발사목을 깍아서 비행기를 만들기도 했다. 엄밀히 말하면 중학교 때는 만들었다기보다 부시면서 보낸것 같다. 신촌에서 신설동을 가는 버스가 청계천을 지나갈 때는 그냥 못지나가고 내렸다. 모든 엔지니어링에 대해 관심이 있었다.”

-그 당시 생활이 궁금하다.
“지금은 헐값인 전자 부품들이 그 때는 비쌌다. 트랜지스터 하나를 사면 여러 곳에 때었다 붙혔다를 많이 했다. 내 방에서 작업을 많이 하다보니 아예 장판을 걷어내고 신발을 신고 들어갔다. 책상도 치우고 공구 다이를 놓았다. 고물상을 방불케 했다. 그 방에서 화약이 터지기도 하고, 풍선으로 불꽃놀이도 했다. 언젠가는 큰 연을 만들어서 어디까지 날아가나 끝없이 날려보기도 했는데, 얼레를 공업용 와인더를 썼었다. 그 땐 백과사전이 내 가이드라인이었다.”

-당시 장래 희망은?
“당연히 박사까지 따는 것이고 직업은 교수였다. 이외의 진로에 대해 고민을 해본 적이 없다. 수학과 과학을 특히 잘했다. 그런데 고등학교 때 수학이 시시하다는 건방진 생각을 해 잠시 흥미를 잃기도 했다. 물리와 화학, 생물, 지구과학 등은 점수가 굉장히 좋았다. 반면 영어, 사회, 국어는 거의 빵점이었다. 반 60명 중 50등도 못했다. 그런데 내 동창들은 내가 그 당시 공부를 잘했다고 생각하더라.”

-그러면 어떻게 대학을 갔나?
“고 2때 극한을 배우면서 머리에 반짝 불이 들어왔다. 그날 수학의정석을 사서 독학하기 시작했다. 성적이 반 학기만에 전교 꼴찌그룹에서 전국 20등까지 순식간에 올라갔다. 그런데 사람들이 왜 서울대를 안갔냐고 물어보는데, 그 때는 독일어 때문에 그랬다. 독일어까지 하기는 싫었다. 고 3때는 놀아줄 사람이 없어서 심심했다. 그래서 풀릇 같은 악기를 배우며 소일했다.”

-6개월만에 고등학교 전과정 공부를 마친 것인데?
“천재 아니면 바보라고 생각했다. 시험 보는 것에는 흥미가 없었다. 그런 것을 뭐하러 하나 생각했다. 수학 문제를 푸는 게 무슨 의미가 있나? 그게 수학의 의미를 아는 것인가? 예를 들어 국어에서는 문단 나누기, 중요한 뜻 찾기..이런것을 왜 해야 하는지 이해할 수 없었다. 내 스스로 고집이 있었던 것 같다. 내가 어렸을 때 시계 뚜껑을 열고서 작동 원리를 봤다는 것이 중요한 것이다. 그 전에 내가 알고 있는 시계가 가는 원리는 아무 의미가 없는 것이다.”

-그런데 어떻게 공부를 잘하게 됐나? 수험생이나 학부모가 관심있을 내용이다.
“한 발 떨어져 문제의 본질을 보기 시작하니까 그렇게 싫어하던 국어와 사회 같은 과목의 성적이 순식간에 올랐다. 원래 외우는 것을 싫어했는데, 원리를 이해하니 그것도 너무 재밌더라. 구조를 알면 외울 필요도 없다. 연세대 물리학과를 가서 순수 과학자가 되고 싶었다. 그런데 기계과를 가게 됐다.”

-대학생활은 어땠나?
“대학에 간 나는 물 만난 고기였다. 배우면서 전율했다. 그동안 궁금해했던 것을 이해하면서 너무 재미있었다. 전 학년 수석이었다. 당시 최대 관심사항은 자동제어였다. 연결된 시스템, 구조적으로 움직이는 것, 이런 것들이다. 스터디 그룹 만들어서 토론도 하고, 3학때부터는 대학원 선배 실험실에서 살았다. 남들 도망갈 때 오히려 남아서 더 했다. 청계천에 가서 부품을 사와 실험장치를 만들어 주고, 계측장치, 전자 스위치 등 고장난 장치를 수리해줬다. 앞서 대일 청구권으로 들어온 일제 과학 기자제가 실험실에 쌓여 방치돼 있었다. 전자분야도 좋아했기 때문에 이것들을 수 없이 뜯어봤다.”

-대학 졸업 후는?
“미국 유학 전 2년동안 원자력연구소에서 근무했다. 그러다가 시스템자동제어(동역학자동제어)를 배우러 버클리대학을 갔다. 대학원에서 바이오메카니즘(생체공학)을 공부했다. 학위를 3년 반 만에 끝냈다. CNC 제어도 했다. 유학시절에도 장치 같은 것을 잘 만들어서 인기가 있었다. 노는 것에 관심이 많아 아마도 40%는 놀며 딴짓했던 것 같다. 집사람이 미국에서 공부하는 것을 보지 못했다고 하더라.”

-KAIST 교수가 되어서는?
“논문 쓰고 프로젝트 따는 것들에는 관심이 없었다. 솔직히 교수 초기에는 방향성이 없었다고 봐도 된다. 자동제어 이론, 무인항공기 등 그 때 그 때 관심있던 것들을 했다. 1990년 무렵에는 무인헬기의 호버링에 대한 연구를 했는데, 그 때는 아무도 안하던 분야였다. 흥미롭다면 몰두하는 경향이 있었다. 그래서 어플리케이션이 다양했다. 1993년에는 4족보행 로봇을 만들기도 했는데 발표조차 안했다. 앞서 탄소섬유 초경량로보트를 만들기도 했다.”

-지금은 로봇 전문가인데?
“로봇을 목적으로 배운적은 없다. 대신 많은 센서 개발을 해봤다. 1994년 경엔 초정밀가속도계를 러시아와 공동개발했다거나...리얼타임컨트롤 등도 있다. 로봇은 그동안 공부했던 것들을 종합적으로 적용하기 좋았던 것이다. 특허내고 논문 쓰는 것에는 흥미가 없었다. 로켓과 인공위성에 대해서도 공부했다.”

-로봇 공학에 대해 설명한다면?
“로봇을 구성하는 모든 분야 학문을 1990년대 중반까지 해봤다. 기계설계, 마이크로프로세서, 폼웨어, 실시간제어기술, 자동제어, 안정화, 센서기술, 계측기술(가속도, 관성센서), 자이로스코프 등 연구인지 취미인지 모르게 했다. 또 각종 센싱 기술 등을 15년 동안 다양하게 연마했기 때문에 무엇이든 만들 수 있었다. 오토메틱컨트롤 전문가가 되어 있었다. 이론이 갖춰졌기 때문에 가능한 것이었다.”

-휴보는 어떻게 만들게 됐나?
“로봇에는 관심이 없었던 시절이고, 로봇 학회도 가본적이도 없었다. 그런데 2000년 아시모가 발표되는 것을 TV로 봤다. 황당했다. 저것이 가능한가? 그렇게 1년을 생각해보니 못할 것도 없다고 생각했다. 돈이 필요해 여기저기 프로포즈 했는데, 모두들 택도 없다며 거절했다. 2000년부터 BK21이 시작됐는데, 교수에게 1000만 원을 주던 시절이다. 주로 컴퓨터 몇 대 사면 끝나는 돈이었다. 동료 교수 몇 명을 찾아가서 나에게 투자해라고 해 6000만 원을 만들었다. 2002년 KHR-1 최초로 만들었다. 시작 6개월만이다.”

-당시 제자들까지 반대가 심했다고?
“학생들은 이런거 왜 만드냐고 투덜댔다. 급기야 단체로 찾아와서 항의까지 했다. 만들어 보니까 재미있더만...그 학생들 출세해서 다들 교수됐다.”

-로봇 개발 계획은 어떻게 발전했나?
“KHR-1을 만들고 자신감이 확 생겼다. 그래서 학교에 1억 5000만 원을 신청했다. 처음엔 안주려고 하더니 로봇을 보여주니까 오히려 1년, 1억 5000만으로 되겠느냐며 3년 짜리로 재대로 해보자더라. 그래서 일본은 다 끝난 연구인데, 이걸 1년 이상 끌면 오히려 실패라며 내가 거절했다. 1억 5000만 원 중 5000만 원은 디자인 교수님에게 드렸다. 나머지 1억 원으로 휴보의 전신인 KHR-2를 만들었다. 2003년 초 시작해서 6개월만에 끝냈다.”

-정부 과제로 선정되기까지 우여곡절이 있었다고?
“2002년 7대 성장동력사업이 시작됐는데, 그 중 하나가 로봇이다. 당시 정보통신부 진 장관이 5년 이내에 아시모 수준의 로봇을 만들겠다고 정부에 보고했다 한다. 그러나 자체적으로 기술을 만들기 불가능하다고 판단해 일본, 유럽과 기술 제휴가 논의되고 있던 상황이었다. 이런 사실은 난 관심이 없어 모르고 있었다. 2003년 KAIST 내에서 KHR이 알려지기 시작했고, 곧 일본도 알게 됐다. 국내 정부 관계자들이 일본에 갔을때 일본인들이 오히려 KAIST에 로봇이 있는데 왜 왔냐고 했다더라. 그리고 정통부에서 연락이 왔다. 또 과학기술부 오 부총리가 KAIST에 와서 만찬을 했을 때, 당시 총장이 ‘오 교수가 로봇을 만들었는데 그럴듯 하다’고 말했다. 부총리가 갑자기 ‘볼 수 있냐’고 말하더니 그날 저녁 7시 반에 찾아왔다. 엎드려 이리저리 처다보더니 과기부는 이런거 지원안하고 뭐하고 있었냐는 등...과기부가 난리가 났다.”

-정부 지원은?
“2004년부터 정부 지원이 시작됐다. 2004년 3월부터 돈이 나왔다. 그리고 그해 11월 15일, 시작 1년 만에 휴보가 나왔다. 그해 12월 중순 홍보실에서 연락이 왔다. 하루 아침에 난리가 났다. 전 세계에서 인터뷰,가 밀려들고, 외국 정보기관에서도 왔다. 방문객도 굉장히 많았다. 이전까지 로봇은 일본의 전유물이라고 생각했던 것이다. 일본은 까무러치게 놀랐다. 오준호, 제가 언제 로봇을 했냐는거다. 그리고 또 1년만에 알보를 만들었다.”

-KHR 시리즈를 간단히 설명한다면?
“khr-1은 이족보행이 가능한 로봇을 만드는 것이다(286도수 컴퓨터-제어를 간단하기 하기 위해). khr-2는 완벽한 휴면로봇으로, 눈, 손가락, 멀티테스킹까지 되는 풀 시스템을 가볍게 만드는 것이다. khr-3(휴보)는 이것들을 세련되게 만드는 것이다. 현재는 안정화 된 khr-2+를 만드는 중이다. 휴보는 최초, 최고의 의미를 부여한 게 아니다. 아시모의 아버지는 없다. 조직이 만들었기 대문이다. 그렇지만 나는 휴보의 아버지이다.”

-휴보의 의미는?
“휴보를 브랜드 네임으로 간직하고 싶다. 그래야 아이덴티티가 있다. 현재 싱가폴이 2대, 미국이 6대를 가져다가 연구하고 있다.”

-또 무엇으로 세상을 놀라게 할 것인가? 바램은?
“긴본적인 관심은 시스템이다. 바램이 있다면 휴보나 휴보의 부품, 팔 다리기 다른 곳에도 쓰이고, 또 교육용이나 연구용으로 보급돼 세계 연구자들의 표준 플랫폼으로 사용되는 것이다. 그러면 휴보가 진정한 기술표준이 되는 것이다.”

 

휴보2 제원

항목

사항

본체

125 cm

중량

45 kg

자유도

40 DOF

이족보행

보행방식

무릅펴고 걷기, 뛰기

보행속도

1.8 km/h(걷기),

2.6km/h(뛰기)

제어부

주 제어기

Intel embedded PC, 933Mhz with CAN 모듈

부 제어기

2채널 BLCD 모터 구동 제어기

제어 아키텍쳐

CAN을 이용한 실시간 분산제어

액튜에이터

BLDC 모터

전원부

사용/충전시간

1시간/2시간반

배터리

48V 8Ah Li-ion Battery

센서부

FT 센서

발바닥 3축 힘/모멘트센서,

손목 3축 힘/모멘트 센서

IMU 센서

3축 각도, 각속도 센서

운영체계

운영체계 OS

Windows XP with RTX

Network

네트워크 방식

무선, 유선

지원 S/W

개발환경

Visual C++ 6.0

프로토콜

휴보에 특별화된 CAN 프로토콜

 

 

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posted by 글쓴이 과학이야기

허리가 아프다는 분들 재활치료 때 바른 자세로 걷는 게 개선의 지름길이라고 합니다.

올바른 걸음걸이는 발뒤꿈치부터 시작해 발의 중앙과 앞부분이 차례대로 닿아야 한다는 데요. 하지만 오랜 습관은 이를 어렵게 하지요.

한국표준과학연구원(KRISS) 질량힘센터 김종호 박사팀이 촉각센서와 LED를 이용해 올바른 걸음걸이를 확인할 수 있는 스마트 신발을 개발했습니다.

이 신발은 힘 또는 압력의 세기를 측정할 수 있는 촉각센서와 빛을 발하는 LED로 구성되는데요. 압력에 반응하는 촉각센서는 신발의 앞, 중간, 뒷부분에 각각 배치됐고, 이는 빨강, 초록, 파랑의 색 조합이 가능한 LED 6개와 연결돼 있습니다.
 

촉각센서와 LED가 융합된 모듈로 시범 제작된 신발촉각센서와 LED가 융합된 모듈로 시범 제작된 신발


이 신발을 신고 바르게 걸으면 3가지 색이 모두 나타나고요. 그렇지 않을 경우, 일부만 색이 나오기 때문에 잘못된 보행습관을 알고 개선할 수 있는 것입니다.

특히, 이 신발이 기존 제품에 비해 갖는 가장 큰 차이점은 신발 위치에 따라 가해지는 압력을 구분하고, 이를 빨강, 초록, 파랑의 색 조합이 가능한 RGB LED로 가시화하는 것입니다. 

기존 유사 제품의 경우 단일 LED와 가속도센서로 연결돼 걸음걸이에 따른 다양한 색상 및 패턴을 구현하지 못했습니다.

또 이 신발에 사용된 촉각센서는 0.2mm 이내 두께를 갖는 필름형태로 깔창에 삽입돼 있고요. 사용자는 LED 모드를 변경해 자신만의 색과 패턴을 개성으로 표현할 수도 있습니다.
 

촉각센서와 LED가 융합된 모듈촉각센서와 LED가 융합된 모듈


이 신발은 스마트폰 어플이나 블루투스 기능을 이용해 신발의 각 위치별 촉각센서 반응을 실시간으로 확인할 수 있는데요.

스마트 신발과 연결된 스마트폰 어플스마트 신발과 연결된 스마트폰 어플 캡쳐 사진. 걸음걸이에 따른 발의 압력 위치가 그림으로 표현되고 이에 따른 정상걸음수를 확인 가능하다


이를 통해 보다 쉽게 자신의 보행 자세를 교정할 수 있고, 보행 모니터링으로 정상걸음의 횟수도 확인할 수 있습니다.

24시간 동안 지속되는 밧데리는 케이블로 충전할 수 있고요. 전력 소모를 줄이기 위해 촉각 센서만 작동시킬 수도 있습니다.

연구팀은 이번 연구와 관련해 7개 특허를 출원 및 등록 완료했고요. 추후 상용화를 위한 기술이전도 가능한 상태입니다.

 

 연 구 개 요


최근 웨어러블 기기 개발이 대두됨에 따라 스마트 신발을 통하여 걸음 수와 자세교정을 통하여 신체활동을 모니터링 하는 노력을 하고 있다. 기존 스마트 신발은 힘/압력을 측정하는 센서만을 사용하거나 단일 LED만을 사용하여 다양한 색상 구현이 되지 않았다.

그러나 본 연구에서 개발한 LED 스마트 신발은 촉각센서와 빨강, 초록, 파랑 색 조합이 가능한 RGB LED를 융합하여 발의 압력에 따라 빛의 세기 및 다양한 패턴을 만들어 낼 수 있다. 따라서 보행 모니터링을 통한 정확한 걸음 수 측정뿐만 아니라 LED 시각 피드백을 통한 걸음걸이 교정을 할 수 있다. 그리고 야간에 횡단보도, 도로 갓길 보행 시 안전을 제공할 수 있다. 또한 최근 자기만의 개성을 살리고자 패션에 신경을 쓰고 있는 세대에게는 다양한 색 표현이 가능한 LED 신발은 패션 아이템으로 활용될 수 있다.

올바른 걸음걸이를 위한 발의 착지 및 무게중심 이동을 체크하기 위하여 LED 스마트 신발에 사용된 촉각센서 수는 신발마다 3개로 뒤꿈치, 중간, 엄지발가락 부근에 각 각 배치하였다. 올바른 걸음 수는 뒤꿈치, 중간, 엄지발가락 부근에 위치한 촉각센서가 각 각 힘의 최대치가 나타날 때만을 고려하였다. 개발된 스마트 신발은 충전이 가능한 밧데리 방식을 채택하였고 LED 사용으로 인한 밧데리 소모를 줄이기 위해 촉각센서만을 작동시킬 수 있는 제어 기능을 부여 하였다.

사용된 촉각센서는 충격과 마모에 강하며 0.2 mm 이내 두께를 갖는 필름형태이기 때문에 신발 깔창에 삽입이 가능하여 발의 압력을 정확히 측정할 수 있는 장점이 있다. 스마트폰을 통한 스마트 신발의 LED 제어 및 촉각센서 데이터 획득을 위해 블루투스기반 모듈을 개발하여 사용 편의성을 제공하였다. 또한 스마트폰이 없을 경우 스마트 신발만으로 촉각센서를 통하여 LED 제어할 수 있는 기능을 부여하였다.

연구팀은 본 기술과 관련하여 국내/외 7개 특허를 출원 및 등록했으며, 앞으로는 신발, 안전 관련 업체와 협력해 상용화를 추진할 계획이라고 밝혔다. 또한 향후에 수십 개로 이루어진 다채널 촉각센서를 신발에 적용하여 더 정확한 발의 힘/압력 분포를 측정하여 치매, 낙상 등 조기예측 및 중풍, 당뇨병 등 재활 모니터링을 계획하고 있다. 그리고 밧데리 방식이 아닌 에너지 자가발전 기술 역시 관련기관과 공동으로 개발하여 남녀노소 언제든 사용 가능한 건강 모니터링 LED 스마트 신발 개발 계획을 밝혔다.

한편, 촉각센서와 LED 융합기술은 힘, 압력의 세기에 따라 다양한 색 및 패턴이 가능하기 때문에 스마트폰/태블릿 PC, 자동차 그리고 가전제품용 스위치 및 버튼에 적용되어 사용자에게 감성을 제공할 수 있다. 또한 향후에는 스마트 TV 리모콘, 키보드, 게임기 그리고 감성로봇 등 다양한 분야에 적용될 것이다.

 

 김 종 호 박사 프로필


김종호 박사김종호 박사

1. 인적사항
○ 성 명 : 김 종 호
○ 소 속 : 한국표준과학연구원 기반표준본부 질량힘센터
○ e-mail : jhk@kriss.re.kr

2. 학력
○ 1992 경북대학교, 기계공학과 학사
○ 1994 KAIST, 기계공학과 공학석사
○ 2001 KAIST, 기계공학과 공학박사

3. 경력사항
○ 2002.1 – 2002. 3, Wisconsin-Madison, 의공학과, 방문연구원
○ 2001 – 2010, 한국표준과학연구원 선임연구원
○ 2012 – 2013, 감성터치협의회, 기술이사
○ 2011 – 현재 한국표준과학연구원 책임연구원

4. 전문 분야 정보
○ 촉각센서/액츄에이터 분야

5. 발표논문 및 특허
○ "Tactile sensor for curved surfaces and manufacturing method thereof“, No. 8049591, 미국특허등록, 2011
○ "접촉힘 세기 또는 압력 세기를 감지하는 촉각센서가 구비된 조도 조절 가능한 전계 발광소자, 이를 포함하는 평판표시장치, 이를 포함하는 휴대기기 키패드 및 이의 작동방법“, No. 1071672, 국내특허등록, 2011
○ "곡면형 촉각센서 및 그 제조방법“, No. 1258897, 국내특허등록, 2013
○ "촉각센서의 곡면 부착구조 및 촉각센서의 곡면부착방법“, No. 1312553, 국내특허등록, 2013
○ "Structure and method for attaching tactile sensor to curved surface“, No. 8564397, 미국특허등록, 2013
○ "스마트 엘이디 신발“, No. 10-0104438, 국내특허출원, 2014
○ "촉각센서와 발광소자를 융합한 스마트 스위치 및 그 제어방법“, No. 10-0033225, 국내특허출원, 2015

posted by 글쓴이 과학이야기

아침 산책길에 이슬을 머금어 영롱하게 빛나는 거미줄.잘 보이지도 않을 정도로 가는 거미줄이지만, 그 강도는 놀랄만합니다.

거미줄은 강철에 버금가는 강도는 물론 매우 높은 인성까지 있어 기계적으로 매우 우수한 섬유인데요. 이를 이용하면 방탄복, 초고장력 케이블 등의 제품을 만들 수 있구요. 게다가 생체적합성을 지녀 상처의 봉합, 인공장기 제장 등에서 매우 유용하게 사용될 수 있습니다.

하지만 자연산 거미줄을 배양하는 것은 사실상 불가능한데요. 거미는 누에처럼 고치를 만들지도 않을 뿐만 아니라, 양식을 하려 해도 영역을 이루고, 다른 거미와 싸우는 습성 때문에 경제성이 없기 때문입니다.

이에 따라 세계의 많은 연구진들은 거미줄과 유사한 조직을 만드는 자연모사 인공섬유 개발에 열을 올리고 있는데요.

하지만, 박테리아 유전자에 거미줄 단백질을 삽입해 생체 섬유를 만들려는 시도는 시행착오에 의존해 진행된 실험이 대부분인 실정입니다.
 

거미줄 모사 인공 생체섬유 개발 성공

KAIST 기계공학과 유승화 교수팀은 컴퓨터 모델링을 이용해 거미줄을 모사한 인공 생체섬유를 최근 개발했습니다.
 

KAIST 기계공학과 유승화 교수팀이 합성에 성공한 인공거미줄KAIST 기계공학과 유승화 교수팀이 합성에 성공한 인공거미줄

 

이번 연구로 앞으로 자연에서 생성되는 다양한 생체섬유의 합성과정에 대한 이해가 가능해져 거미줄에 버금가는 인공 생체섬유의 설계 제작을 앞당길 것으로 기대되는데요.

연구팀은 예측 가능한 모델링을 기반으로 다양한 단백질을 선제적으로 탐색하고, 인공 거미줄 설계 및 제작과정에 반영해 기존의 시행착오를 극복했습니다.

거미줄은 물속에서 안정성을 갖는 친수성과 반대로 물과 쉽게 결합되지 않는 소수성을 가진 영역이 교차로 존재하는 펩타이드 단백질이 가교를 이루며 결합한 구조인데요.

거미줄은 거미의 실 분비 기관인 실샘에 존재하는 단백질 용액이 실관을 통과하며 전단유동을 통해 고체화돼 형성됩니다.

연구팀은 새롭게 개발된 컴퓨터 모델을 이용해 다양한 종류의 단백질 용액의 전단유동 하에서의 변화를 조사, 이를 통해 단백질의 아미노산 체인이 충분히 길면서 적절한 비율의 소수성과 친수성 영역을 가질 때만 단백질 간의 연결도가 급격히 증가해 높은 강성과 강도를 갖는 생체섬유 합성이 가능하다는 것을 밝혔습니다.

전단유동 전후의 단백질 용액 모델링 결과 및 네트워크 연결도 분석 결과전단유동 전후의 단백질 용액 모델링 결과 및 네트워크 연결도 분석 결과 - 균일하게 연결되어 있던 단백질 네트워크가, 전단유동을 거치면서 유체 흐름 방향으로 정렬된 더 높은 밀도의 연결도를 가진 네트워크로 바뀌는 것을 볼 수 있으며, 이로 인해 더 높은 강성과 강도를 갖게 된다. 모델링을 통해 이러한 네트워크 연결도 증가는 적절한 친수성-소수성 아미노산 비율을 갖고 길이가 충분히 긴 단백질에 대해서만 관찰되는 것을 확인하고, 이를 실험에 반영하여 인공 거미줄 합성에 성공하였다.



이를 통해 연구팀은 모델링으로 제시된 단백질을 박테리아의 유전자 조작으로 합성, 실관을 모사한 방적과정을 통해 인공 거미줄을 제작하는 데 성공했습니다.

연구팀은 강한 거미줄 생성 원리가 밝혀지기 시작했기 때문에 향후에는 실제 거미줄 강도에 버금가는 생체 섬유 제작이 가능할 것으로 전망하고 있는데요.

또 생체 적합성을 갖기 때문에 인체 내에서도 부작용이 발생하지 않아 바이오메디컬용으로 사용이 가능할 것으로 보고, 궁극적으로는 부작용이 없는 바이오메디컬에 특화된 생체 섬유 제작을 목표로 하고 있습니다.

이번 연구는 체계적 설계를 통한 인공 생체섬유의 제작이 가능함을 증명한 것으로, 향후 인공 생체섬유 합성의 새 가능성을 열은 것으로 평가받고 있습니다.

한편, 이번 연구에는 미국 매사추세스 공대, 플로리다 주립대, 터프츠 대학 등이 참여했고, 연구 결과는 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 5월 28일자 온라인 판에 게재됐습니다.

 

 연 구 개 요


거미줄은 강철에 버금가는 강도와 Kevlar에 버금가는 인성(섬유가 끊어질 때까지 흡수하는 에너지)를 가지는 매우 뛰어난 기계적 성질을 지니고 있으며, 생체적합성을 지니고 있어서 상처봉합이나 인공장기 등 다양한 바이오메디컬 분야에 응용이 가능하다.

그러나 거미는 누에처럼 고치를 만들지도 않고 자기영역을 침범하면 싸우기 때문에 사육을 통한 거미줄을 생산 방법은 경제성이 없고, 유전자 조작을 통한 인공거미줄 제작이 많이 시도되어 왔다. 그러나 실샘에 있던 거미줄 단백질 용액이 실관을 따라 이동하며 자가조립을 통해 거미줄이 만들어지는 과정을 실험을 통해 밝히기 어려웠으며, 원자레벨의 시뮬레이션은 다수 거미줄의 상호작용을 모사하기에 충분히 효율적이지 않아서, 인공거미줄의 설계와 구현에 많은 어려움이 존재하였다.

본 연구에서는 다수의 거미줄의 상호작용을 모사할 수 있는 간단하지만 효율적인 컴퓨터 모델을 개발하여 거머줄의 조립에 영향을 미치는 인자들을 밝혀내었고, 박테리아에 유전자 조작을 통하여 실제와 유사한 재조합 거미줄 단백질을 합성한 후, 거미실관과 유사한 유체흐름(전단유동*)을 모사한 공정을 통해 인공거미줄을 제작하였다.

연구진은 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 거미줄 단백질이 녹아있는 용액이 미세한 관을 통해 배출되는 방적과정을 통해 분자들이 한쪽방향으로 정렬되어 높은 강도의 섬유를 만드는 것을 알아내었다. 거미줄 단백질 분자는 친수성과 소수성 영역이 교차로 존재하는 고분자이고, 전단유동을 통해 유속 방향으로 정렬하며 서로 다른 분자들의 소수성 영역끼리 가교를 만들고 연결도가 좋아지면서 높은 강성과 강도를 갖게 된다. 소수성 영역의 비율이 너무 적으면 강성이 약해지고 너무 많아지면 거미줄이 생성되지 않고 뭉치기만 한다는 사실을 밝혀내어, 적절한 비율의 단백질 합성이 중요함을 밝혀내었다. 또한, 거미줄 단백질 길이가 충분히 길어야만 전단유동 과정을 통해 연결도가 좋아진다는 사실을 밝혀내었다.

박테리아 유전자 조작을 통한 단백질 합성 과정은 수개월이 걸리기 때문에, 시뮬레이션을 통한 다양한 친수성-소수성 영역 비율과 길이를 가진 단백질의 선제적 탐색은 매우 중요하다. 시뮬레이션을 통해 제시된 단백질은 박테리아 유전자 조작을 통해 합성되었고, 거미실관을 모사한 주사기를 이용한 간단한 방적과정을 통해 인공거미줄이 합성될 수 있었다. 상온의 단백질 수용액에 기반한 본 연구진의 제작방식은 추후 대량생산으로 전환되기에 용이할 것으로 보인다.

본 연구를 통해 생산된 인공거미줄의 강도와 탄성은 자연의 거미줄에 비해 아직 미흡하지만, 근본적인 거미줄 자가조립과정을 이해하기 시작한 것에 큰 의의가 있으며, 추후에는 원하는 대로 강도, 인성, 탄성을 조절할 수 있는 인공 거미줄 제작 공정 및 그 응용 방법을 개발하는 것이 궁극적 목표이다.


  용 어 설 명

전단유동
전단유동유체의 흐름방향과 수직하게 변하는 유속의 분포가 존재할 때, 유체 혹은 유체 내의 물질은 전단력을 느끼게 되는데, 이런 형태의 유체흐름을 전단유동이라고 한다. 유체와 고체의 마찰력 때문에 강물의 유속은 중앙부분이 가장자리보다 빠르고, 마찬가지로 주사기 바늘 속의 유체의 흐름도 가운데가 가장자리보다 빠른데, 이와 같은 유체의 흐름이 전단유동의 예이다. 

 

 유승화 교수 이력사항

□ 인적사항
KAIST 기계공학과 조교수
E-mail: ryush@kaist.ac.kr

□ 학 력
2000. 03 ~ 2004. 02 학사 KAIST 물리학과
2004. 09 ~ 2006. 01 석사 Stanford University 물리학과
2004. 09 ~ 2011. 09 박사 Stanford University 물리학과

□ 경 력
2011. 10 ~ 2012. 03 연수연구원 Stanford University 기계공학과
2012. 04 ~ 2013. 01 연수연구원 MIT 건설 및 환경공학과
2013. 07 & 2014. 07 방문교수 University of Trento 건설환경기계공학과
2013. 02 ~ 현재 조교수 KAIST 기계공학과

□ 연구 분야
물질의 강도와 어셈블리를 결정하는 근본적인 메카니즘을 나노부터 벌크까지 다양한 스케일의 이론과 모델링을 통해 이해하고, 기계적으로 강건한 신물질 합성에 적용하는 것이 핵심 연구 주제이다.
나노물질-고분자 복합재, 그래핀, 금속 유리, 나노결정 등 다양한 물질들의 합성과 기계적 성질에 대한 멀티스케일 모델링 연구를 진행하고 있다.

□ 수상 실적
2013-2014 University of Trento, Invited Professor Grant
2006-2008 Stanford Graduate Fellowship

posted by 글쓴이 과학이야기
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