소프트 로봇, 카메라와 그림자로 사람 접촉 감지: 저비용 비접촉 솔루션

연구진이 부드럽고 변형 가능한 로봇이 터치에 전혀 의존하지 않고, 토닥이기부터 펀치, 포옹까지 다양한 물리적 상호작용을 감지하는 저비용 방법을 개발했습니다. 대신 로봇 내부에 위치한 USB 카메라가 로봇 피부 위 손동작 그림자 움직임을 포착하고 머신러닝 소프트웨어로 분류합니다.

터치의 중요성과 기존 방식의 한계

터치는 대부분의 유기체에 중요한 소통 수단이지만 인간-로봇 상호작용에서는 사실상 부재했습니다. 이유 중 하나는 전신 터치가 과거에 막대한 수의 센서를 필요로 해 구현이 비현실적이었기 때문입니다.

그림자 센싱(ShadowSense) 기술의 기원

ShadowSense 기술은 비상 대피 시 사람들을 안전하게 안내할 수 있는 팽창형 로봇 개발 작업을 통해 시작되었습니다. 그런 로봇은 극한 조건과 환경에서 인간과 소통할 수 있어야 합니다. 시끄럽고 연기 가득한 복도에서 사람 손 압력을 감지하며 물리적으로 안내하는 로봇을 상상해보세요.

대량 접촉 센서 설치(로봇에 무게와 복잡한 배선 추가, 변형 피부에 임베딩 어려움) 대신 팀은 직관에 반하는 접근을 취했습니다. 터치를 측정하기 위해 시각을 이용했습니다. 로봇 내부에 카메라를 배치하면 그림자 이미지만 보고 사람이 어떻게 만지는지, 의도가 무엇인지 추론할 수 있습니다.

프로토타입 및 성능

프로토타입 로봇은 원통형 골격(약 1.2m 높이) 주위에 늘어난 나일론 피부의 부드러운 팽창형 블래더로, 모바일 베이스에 장착됐습니다. 로봇 피부 아래 USB 카메라가 노트북에 연결됩니다. 연구진은 사전 기록된 훈련 데이터를 사용해 6가지 터치 제스처(손바닥 터치, 펀치, 양손 터치, 포옹, 가리키기, 비접촉)를 조명 조건에 따라 87.5~96% 정확도로 구별하는 신경망 기반 알고리즘을 개발했습니다.

로봇은 특정 터치와 제스처에 반응하도록 프로그래밍 가능합니다(멀어지거나 스피커로 메시지 발신). 로봇 피부는 인터랙티브 스크린으로 변환될 잠재력도 있습니다. 충분한 데이터 수집으로 로봇이 로봇 작업에 맞춰 맞춤화된 더 넓은 상호작용 어휘를 인식하도록 훈련시킬 수 있습니다.

확장성과 프라이버시

로봇이 꼭 로봇일 필요는 없습니다. ShadowSense 기술은 풍선 등 다른 소재에 통합돼 터치 감지 장치로 만들 수 있습니다. 향후 연구진은 렌즈·거울 같은 광학 장치로 추가 폼팩터를 가능하게 할 예정입니다.

ShadowSense는 프라이버시도 제공합니다. 로봇이 인간을 그림자 형태로만 볼 수 있다면, 외모 고화질 이미지를 찍지 않고도 사람이 무엇을 하는지 감지할 수 있습니다. 이는 물리적 필터와 보호, 심리적 안도감을 제공합니다.

신체적으로 상호작용하고 사람 움직임과 기분을 이해하는 능력은 궁극적으로 사람에게 로봇만큼 중요할 수 있습니다.