로봇이 통증을 느끼고 스스로 치료하는 '미니 뇌' 개발

로봇이 사람처럼 다쳤을 때 피부에서 통증을 느끼고 스스로 복구할 수 있는 '미니 뇌'가 개발됐다.

싱가포르 난양공과대학(NTU Singapore) 연구팀은 사람 뇌에서 영감을 받아 로봇이 인공지능(AI)을 통해 통증을 인식하고 손상 시 자가 복구하는 방법을 개발했다.

연구 결과(논문명: Self healable neuromorphic memtransistor elements for decentralized sensory signal processing in robotics)는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 8월 12일(현지시각) 실렸다.

이 시스템은 물리적 힘에 의해 가해지는 압력에서 발생하는 통증을 처리하고 이에 대응하는 AI 지원 센서 노드가 있다. 특히 로봇이 사람의 개입 없이 경미한 부상을 입었을 때 스스로 손상을 감지하고 수리하도록 설계했다 .

지금까지 로봇은 센서 네트워크를 사용해 주변 환경에 대한 정보를 생성한다. 이를테면 재난 구조 로봇은 카메라와 마이크 센서를 사용해 잔해 아래에서 생존자를 찾은 다음 팔에 있는 터치 센서 안내에 따라 사람을 끌어낸다. 조립 라인에서 작업하는 공장 로봇은 비전을 사용해 팔을 정확한 위치로 안내하고 터치 센서를 사용해 물체를 집을 때 미끄러지는지를 확인한다.

따라서 현재 센서는 자체적으로 정보를 처리하지 않고 중앙 처리 장치로 보낸다. 이는 결과적으로 기존 로봇은 응답 시간이 지연될 수밖에 없다. 또한 손상에 따른 유지보수 및 수리가 필요한 경우 시간과 비용이 많이 든다.

하지만 NTU 연구팀의 접근 방식은 로봇 피부에 분산된 여러 개의 작은 처리 장치 연결 센서 노드 네트워크에 미니 뇌’처럼 작동하는 AI를 탑재했다. 즉, 학습이 로컬에서 이루어지기 때문에 로봇의 응답 시간이 기존 로봇에 비해 5 ~ 10배 이상 빠르다.

특히 시스템에 자가 치유 이온 겔 재료를 이용하면 로봇이 날카로운 물체로 절단되는 부상을 입었을 때 사람의 개입 없이 기계적 기능을 복구할 수 있다.

로봇이 사람과 함께 협력하려면 로봇과 안전하게 상호 작용할 수 있도록 하는 방법이 중요하다. 전 세계의 과학자들은 통증을 느끼고 반응하며 다양한 환경 상황 인식을 로봇에 전달하는 방법을 찾아 왔다.

연구팀은 로봇에게 통증을 인식하고 손상을 주는 자극을 배우는 방법을 가르치기 위해 기억과 정보처리가 가능한 '뇌와 유사한' 전자 장치인 멤트렌지스터(memtransistor)를 인공 통증 수용체와 시냅스로 만들었다.

실험을 통해 로봇이 부상에 대해 실시간으로 대응하는 법을 배울 수 있는 방법을 시연했다. 또한 로봇이 손상 후에도 압력에 계속 반응해 시스템의 지속성이 나타났다.

날카로운 물체의 절단으로 '부상'을 당하면 로봇은 빠르게 기계적 기능을 상실한다. 이때 자가 치유 이온 겔의 분자가 상호 작용해 로봇이 상처를 감지하고 기능을 복원한다.

연구팀은 “이러한 새로운 장치의 자가 치유 특성은 생물학적 시스템이 작동하는 방식을 모방했다”며, “대부분의 연구자들은 점점 더 민감한 센서를 만드는 데 초점을 맞추고 있지만, 우리는 어떻게 효과적으로 의사 결정을 내릴 수 있는지에 대해 도전하고 있다”고 말했다.

인간의 뇌를 모방할 수 있는 새로운 개념의 소자인 ‘멤트랜지스터(memtransistor)’는 인공지능(AI) 구현 기술에 있어 현재 하드웨어를 이용하는 인공지능 기술의 한계점을 돌파할 수 있는 ‘멤리스터(memristor)’ 기반 ‘뉴로모픽(neuromorphic)’ 기술이다.

김들풀 기자 itnews@