장 태 현
한국과학기술정보연구원 전문연구위원

1. 머리말

.. 21세기의 성숙한 유비쿼터스 사회를 구축하기 위한 정보환경의 변화는 뇌신경과학·인지과학·인간공학·로봇 공학·감성공학 등이 융합된 의미의 뇌과학· 로봇·디자인의 융복합 기술개발의 필요성이 고조되고 있다. 미래의 지식은 뇌와 뇌과학·생명과학이 기존의 디지털·디자인 연구와 결합된 형태로 나타날 것이며, 컴퓨터가 인간의 감정까지 이해하게 하는 연구가 필요하다. 감성공학의 일환으로서 감성 컴퓨팅을 통해 얼굴에 부착된 센서가 눈·코·입의 움직임을 포착하여 감정 상태를 진단하는 “사이버 독심술”이 필요하다.
.. 이 기술은 심리학·컴퓨터 공학·로봇 공학·감성 디자인의 융복합 기술인 인간형 지능 로봇 기술로서 각광을 받게 될 것이다. 뇌과학의 발전으로 생활자의 활동지원 모습이 급속히 변화되어 가고 있다. 풍요롭고 안심·안전한 사회실현과 삶의 질을 향상시키기 위해 범죄, 재해, 노약자, 장애인, 의료분야에서 불안한 요소들을 인간형 지능 로봇을 이용함으로써 격감시킬 수 있을 것으로 기대되며, 생활자의 활동지원과 공공복지분야에서 시너지 효과를 극대화하는 데 그 목적이 있다. 아울러 인간형 지능 로봇 기술은 융합형 기술혁신을 추구하는 기술로서 인공지능, 뇌과학, 신소재, 생체공학, 정보기술을 융합시켜 신기술분야의 산업화를 촉진시키는 데 그 목적이 있다.

2. 뇌과학의 발전과 인간의 행동지원

2..1 뇌과학의 발전

.. 뇌과학의 발전으로 인간에 의한 정보의 획득·변경·보유·활용 등을 해석하는 인지과학에 의해 언어처리·사고·학습·의식의 메커니즘에 관한 지식이 축적되며, 뇌의 해부·생리·유전적 특질의 해명이 진전되고 인지기능과의 대응력이 충실해진다. 정보과학·전자공학·인간공학과 이들의 융합연구에 의해 인간의 인식·행동에 대한 역동성이 고도의 시뮬레이션으로 가능해지고 있으며, 이에 의한 뇌 및 신체의 이해와 더불어 인공 시스템에 의한 재현·모방이 상호관련을 맺으면서 진전되어 가고 있다. 머지않은 장래에 뇌신경과학·인지과학·의공학·로봇 공학·인간공학 등이 융합된 넓은 의미의 뇌과학이 진전되어 인간의 이해가 증진되면서 사회활동에 응용되는 기술이 급속히 진전되어 갈 것이다. 그 결과로 인간의 일하는 방법·학습방법·생활방법·인간관계 등에 많은 변화가 초래될 것이다. 뇌신경·운동계나 인지기능에 관련된 질환의 조기발견·예방·치료가 가능하게 되고 보살핌이 필요한 고령자나 장애자도 로봇 등의 기기 보급에 의해 가능한 한 자립해서 사회와의 공생 체제가 정비되어 갈 것이다. 또한, 건강하고 노동의욕이 왕성한 고령자가 늘어나고 도우미의 부담도 감소하고 다양한 세대의 인간들이 서로 존중하고 서로 도우면서 공생할 수 있는 사회 시스템이 충실해질 것이다. 가정용 로봇이나 지원기기가 보급되어 고령자나 장애자가 가능한 한 자립하는 것을 도와주게 되고, 그 결과로 사회에서 일 할 수 있는 능력을 유지할 수 있음과 동시에 가족이나 간병인의 부담을 경감하는 사회 시스템이 이룩될 것이다. 또한, 간병전문가의 육성·훈련체제나 노동조건이 정비되어 그 일환으로 심한 심신장애자의 간병용 도우미 로봇·기구 등이 보급될 것이다.

<그림 1> 외부 뇌 활용에 의해 지적 활동의 효율화가 가능한 시스템

.. <그림 1>에 나타낸 바와 같이 뇌와 외부 뇌가 연결됨으로써 어려운 작업을 가능하게 하는 행동지원 시스템, 외부 뇌와의 연결을 의식하지 않아도 되는 자연스러운 인터페이스, 인간에게 적합한 기술에 의해 만들어지는 맞춤형 제품·생활지원 시스템이 갖춰지게 될 것이다. 그 결과로 일하는 보람이 있는 노동방법과 노동환경이 실현될 것이다.
.. 인간과 기계 (체내 및 체외 액추에이터 등)의 융합, 인간과 센서·전자 시스템의 융합, 인플란트 컴퓨팅, 뇌직결형 인터페이스 등에 의해 인간과 기계의 융합 시스템 (융합형 사이보그)의 개발이 진행될 것이다. 그 결과로 전반적인 인지·능력이 낮은 인간도 정상인 부분의 능력을 확장시킬 수 있게 되어 고령자나 장애자라도 의의가 있는 사회참여가 가능하게 될 것이다.

2.2 인간형 로봇의 개요

.. 인간형 로봇이란 대상물을 인식하고 움직일 수 있는 기능을 가지면서 프로그램된 작업을 수행하는 자동기계이며, 또한 전기적, 그리고 자기적인 작용을 이용하여 인간의 동작과 닮은 운동을 수행하는 기계장치를 의미한다. 인간형 로봇의 새로운 응용으로서는 게임이나 엔터테인먼트 등 생활을 즐기는 것과 물리적인 동작이나 이동을 수반한 생활지원 서비스로 대분류된다. 후자에 대해서는 21세기에 있어서 저 출산 고령화 사회에의 대응과 풍부하고 내실이 있는 충실한 사회를 구축하기 위해 일상생활로부터 사회산업활동까지 폭넓게 지지하는 지능형 로봇에의 기대가 높아지고 있다.
.. 인간형 로봇의 구성요소 중 첫째, 구동부에서는 유압, 모터를 통한 신체 각 부위의 구동, 음성출력 등을 수행하며, 둘째, 센서부에서는 시각, 청각, 후각, 장애물 식별, 열감지 등을 수행한다. 셋째, 제어부에서는 연산, 메모리, 네트워크, 영상 및 신호처리, 통신 등을 수행하며, 넷째, 전원부에서는 파워의 저장, 변환, 공급 등을 수행하고, 다섯째, 프로그램/알고리즘에서는 각종 프로그램을 수행한다. 머지않은 장래(약 10년 후)에 상용화가 예상되는 인간형 로봇의 경우 기술발전에 대한 상징성이 매우 커서 현재 사람들이 생활하고 있는 생활공간(문턱, 층계 및 경사면과 같은 복잡한 환경)에 직접 투입하여 활용할 수 있으며, 인간과 유사한 외형을 갖추고 있어 인간친화적인 서비스를 제공할 수 있다는 측면에서 개발을 위한 노력이 전 세계적으로 지속되고 있다.

3. 인간형 로봇을 위한 융복합 기술개발 동향

.. 인간-로봇 시스템 중에서 로봇이 인간의 부적절한 행동에 대응하기 위해서는 인간의 동작을 검지하기 위한 패턴 인식과 휴먼 에러를 예측하는 능력 등이 로봇에게 필요하게 된다. 여기서 휴먼 에러란 휴먼 팩터 공학 중에서 인간이 가지는 한계와 시스템 등의 설계를 비교하여 안전성을 실현할 때에 이용되는 개념이다. 다시 말해서 휴먼 에러란 시스템에 의해 정의된 허용한계를 넘는 인간행동의 집합이고, 시스템이란 다수의 구성요소가 유기적인 질서를 유지하고 동일 목적을 향해 기능하는 것이라고 말할 수 있다. 휴먼 에러는 인간의 의식적인 사고의 결과로 의도하는 바를 잘 형성하지 못하는 인지과정의 에러와, 형성된 의도는 올바르나 거동이 부적절하게 되는 운동 에러로 나뉜다. 인간-로봇 시스템에 있어서 휴먼 팩터와 안전을 위해서는 인간의 운동 에러에 관련된 휴먼 팩터를 취급해야 한다. 휴먼 에러에 대해서는 인지심리학의 영역에서도 연구되고 있는데, 인지심리학에서는 인간의 과오를 그 발생 메커니즘에 따라 두 가지로 분류하고 있다. 그 하나는 동작의 실행단계에서의 실패로 “액션 슬림” 혹은 “슬립”이라는 것이며, 다른 하나는 동작을 하기 전의 인식이나 판단단계, 그리고 동작의 계획단계에서의 실패로 이를 “미스테이크”라고 부른다.
.. 우리들의 일상동작은 패턴화되어 있어 어떤 계기가 부여되면 반자동적으로 실행되어진다는 것을 이해해 둘 필요가 있다. 이 반자동화된 동작패턴을 “액션 스키마”라고 하며, 그 프로세스를 늘 무의식적으로 모니터하고 있는 것이 주의이다. 그리고 이 주의의 작용이 잘 되지 않았을 때 에러가 일어나는 것이다. 휴먼 에러에 대한 이해는 안전을 생각할 때 중요하며, 인간은 과오를 범할 수 있다는 것을 전제로 에러가 일어나는 구조를 이해하여 슬립이나 미스테이크를 감소시키는 연구를 할 필요가 있다. 더욱이 중요한 것으로서 환경을 정비하면 인간의 위험한 행동을 취하기 쉽다는 경향을 염두에 둘 필요가 있다.

4. 맺는말

.. 유니버설 디자인이란 폭넓은 사람에 대응하는 물건 만들기로 설명되는 일이 많으나, 폭넓은 사람이란 어떤 의미를 뜻하고 있는지를 설명하면 사람의 기능변화와 대응해야 할 사람의 수를 그림으로 표시하였을 경우 대략 피라미드형의 삼각형상으로 나타나게 된다. 한편 대응해야 할 사람 수의 확대는 고객의 다양한 사용자, 니즈에 대응한 추진으로, 현장 적합도에서 나타내는 방향이다. 이들 쌍방이 확대되는 것이 폭넓은 사람의 다양한 사용자 대응으로 이어진다. 사람의 기능 폭에 대응하게 하기 위하여 인간의 기능변화를 우선 알아야 하는 것이 중요하다. 이것은 나이가 늘어남에 따라 기능 저하나 초보자 등의 능력을 파악하는 것으로 시작되며, 이들 기능변화가 자동차에 주는 영향을 평가하여 필요한 대응책을 고안하는 단계이다.
.. 일본의 도요타나 혼다와 같은 유명 자동차 메이커들은 고령자용 또는 장애자용 자동차를 만들기 위하여 인간 신체의 특성이나 장애 정도를 조사하고 특성에 맞는 자동차용 기계장치류를 연구하여 고령자와 신체 장애인용 차량 개발을 시도하고 있다. 즉 시력 저하나 근력 저하, 또는 양팔이 없으나 다리부분은 사용에 불편이 없을 정도의 경우 등에 대하여 이에 맞는 기계장치의 설계나 자동차 실내의 공간을 넓게 확보할 수 있도록 설계한 것이 한 예이다. 모바일 기기의 IT 산업이 추구하고 있는 고객 선호의 취향에 맞는 기기의 생산뿐만 아니라 자동차 산업에 있어서도 다양한 고객, 즉 고령자나 신체 장애인을 위한 폭넓은 고객 범위에서 만족도를 증진시키기 위한 노력이 서서히 현실화되어가고 있음을 보여주고 있다. 따라서, 우리나라도 법규가 인정하는 가능한 범위 내에서 장애인이나 고령자용 자동차 생산이 더욱 폭넓게 이루어지기를 기대한다.

• 약력
  저자: 장태현
  • 미국 University of Wales(Swansea) 공학박사
    
  • 전 경남대학교 기계자동화공학부 교수
    
  • 현 한국과학기술정보연구원 전문연구위원