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    • IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM) 참관기

         하창완 () / 2011-07-18 오후 3:50:47



    1. 학회개요


     10번째 생일은 맞은 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM) 학회는 1992년에 시작되어 매년 열리는 국제학술대회이다. 본 학회에서는 기계와 전기전자 분야를 아우르는 메카트로닉스 (Mechatronics) 분야를 다룬다. AIM 2011 학술대회는 지난해 캐나다 몬트리올에서 개최한 데 이어 올해에는 7월 3일부터 7일까지 5일까지 헝가리 부다페스트에서 개최되었다. IEEE Robotics and Automation Society (RAS), IEEE Industrial Electronics Society (IES), ASME Dynamics System and Control Division (DSCD)의 후원을 받는 AIM 학회는 올해에도 예년과 마찬가지로 엄선된 약 200편의 연구결과를 구두발표 (Oral Presentation) 형태로 서로 아이디어를 공유하고 향후 연구방향을 토론하는 귀중한 시간을 가졌다. 올해에도 어김없이 세계 각지의 산 학 연에서 메카트로닉스 관련 연구자 300여명이 참석하여 뜨거운 호응 속에 진행되었다. 이번 학술대회에서는 새로운 형태의 구동기 (Acuator), 센서 (Sensor), 로봇 (Robot) 의 개발과 최적화, 기계와 전자가 융합된 시스템의 제어 및 알고리즘 개발 등 기계와 전자가 융합된 학문이 많이 소개되었다. 특히, 세계적인 메카트로닉스 분야 거장 (KUKA社 CEO-Ralf Koeppe, Prof. Carnegie Mellon Univ.–Metin Sitti, Prof. Eotvos Univ.–Adam Miklosi, National Institute of Advanced Industrial Science and Tech.–Takanori Shibata) 들을 모시고 특별세미나를 열어 최근 연구동향을 공유하고 향후 나아가야 할 방향에 대해 열띤 토론이 이루어졌다. 본 특별세미나를 듣는 동안 개별적으로 연구되어오던 연구가 서로간의 시너지를 극대화하기 위해 긴밀히 융합되고 있다는 것과 기계와 전기전자 융합 뿐만 아니라 감성로봇 또는 인간과 로봇의 상호작용을 다루는 분야에서는 심리학과 같은 인문학까지 복합적으로 융합되고 있다는 것을 느꼈다. 본 AIM 학회는 IEEE ASME Transaction on Mechatronics (TMECH) 저널의 대표 학회이기도 하다.






    2.주요 연구 발표 내용


    2.1. Plenary Talk – Metin Sitti, Professor of Carnegie Mellon University, USA – Miniature Mobile Robots Down to Micron Scale.




    “Miniature Mobile Robots Down to Micron Scale”
    이라는 주제로 초청세미나를 하신 카네기 멜론 대학 교수 Metin Sitti 는 1999년 도교대학에서 Atomic Force Microscope (AFM) 주제로 졸업한 후 마이크로 스케일 사이즈 분야 연구를 꾸준히 진행하여 현재는 새로운 개념의 초소형 모바일 로봇을 만들고 있다. 1시간 남짓한 세미나 동안 목이 터져라 열변하신 그의 모습에 자신의 연구분야에 대한 확신과 열정을 느낄 수 있었다. 또한 최근 4년 동안 실험실 학생들과 50편에 가까운 SCI급 저널을 출판했다는 사실에 얼만큼 치열하게 연구에 몰입했었는지 짐작하게 했다.  Macro Scale과 달리 Micro Scale에서는 관성에 비해 표면장력과 항력의 영향이 커진다. 이런 특징을 이용하여 Fig.7과 같이 강한 접착 특성을 지닌 버섯모양의 마이크로 섬유 접착제를 개발하였고, 이를 다양한 모바일 로봇에 적용하였다. 그 대표적인 사례가 Fig.8의 Gecko 로봇이다. 이뿐만 아니라 현재는 마이크로 사이즈의 개별 또는 그룹 별로 제어 가능한 초소형 로봇을 개발하고 있다. Fig.9는 현재 개발 중인 마이크로 로봇으로 초소형의 영구자석을 외부의 자기장 변화를 이용하여 개별 또는 그룹별로 제어 가능하다. 개발된 기술이 상용화되기까지는 가야 할 길이 많이 남아있지만 박사 졸업 후 10년 만에 한 분야의 대가가 된 그의 발자취는 많은 연구자들에게 신선한 자극이 되리라 사료된다.






    2.2. Research Paper – Ha, Chang-Wan, Rew, Keun-Ho, and Kim, Kyung-Soo (KAIST, Korea) – “Formulating a Laplace domain approach for tuning motion profile”, Proceeding of AIM2011, pp. 356-360. (TA1.2)


    필자가 본 학회에서 발표한 논문으로 본 연구에서 초고속 초정밀 이송장비 또는 로봇의 핵심 기술인 잔류진동 (Residual vibration) 을 최소화하면서 빠른 움직임을 얻기 위한 모션프로파일 (Motion profile) 설계방법을 Laplace domain 상에서 해석적으로 규명하였다. 본 연구에서는 사다리꼴 속도 프로파일 (Trapezoidal velocity profile), S-curve (S-curve), 비대칭적 S-curve (Asymmetric S-curve, AS-curve) 에 대해 극영점상쇄 (Pole-Zero cancelation) 개념을 이용하여 통합된 설계방법론을 제시하였다. 본 논문의 핵심아이디어는 시스템의 진동모드를 표현하는 극점 (Pole) 을 모션프로파일에 의해 만들어지는 영점 (Zero) 으로 상쇄시킴으로 잔류진동을 최소화한다는 것이다. 또한 모델링오차 (Modeling error) 에 대해 제안된 설계방법론의 강인성을 분석하였고, 이를 시뮬레이션과 실험으로 검증하였다. 본 발표는 피드백에서만 다루던 강인성 해석을 오픈루프 제어기법인 모션프로파일 설계에 반영했다는 점에서 많은 관심이 주목되었다. 제안된 설계방법론은 해석적이고 간단하다는 점에서 잔류진동을 최소화하면서 빠른 움직임을 만드는 모션프로파일 설계에 효과적이고 효율적인 디자인 가이드라인을 제공하리라 사료된다.

     





    2.3. Research Paper – Kim, Young-Keun, Koo, Jeong-Hoi, Kim, Kyung-Soo, and Kim, Soohyun (KAIST, Korea) – “Developing a Real Time Controlled Adaptive MRE-based Tunable Vibration Absorber System for a Linear Cryogenic Cooler”, Proceeding of AIM2011, pp. 287-290. (MC3.1)


     본 연구는 KAIST에서 발표한 논문으로 Magnetorheological Elastomer (MRE) 라는 스마트물질(Smart material) 을 이용하여 가변진동흡수체 (Tunable vibration absorber, TVA) 를 개발한 내용이다. 특히, 정찰인공위성에서 이미지센서 냉각을 위해 극저온 냉각기 (Cryogenic cooler) 를 사용해야만 하는데 냉각기에서 발생하는 진동으로 인해 이미지센서로부터 선명하고 깨끗한 이미지 획득이 쉽지 않다. 이 문제를 해결하기 위해 냉각기에서 발생하는 진동을 흡수하는 진동흡수체 설계가 필수적인데, 본 논문에서는 MRE 라는 스마트물질을 이용한 가변진동흡수체를 설계하였다. MRE 물질은 가해주는 자기장에 따라 강성이 변하는 물질로 이 성질을 이용하여 가해주는 자기장에 따라 가변진동흡수체의 작동주파수를 변화시킬 수 있다. 저자는 정찰인공위성의 프로토타입 (Prototype) 을 만들고 제안한 가변진동흡수체을 장착하여 그 효용성을 검증하였다. 본 논문은 신소재 물질이 진동절연 분야에도 적용할 수 있다는 좋은 참고문헌이 되리라 사료된다.




    2.4.Research Paper – Daisuke Hirroka, Koichi Suzumori, and Takefumi Kanda (Okayama Univ., Japan) – “Continuous Air Control Using Particle Excitation Valve”, Proceeding of AIM2011, pp. 291-296. (MC3.2)




    본 연구는 Okayama 대학에서 발표한 논문으로 피에조 구동기를 이용한 새로운 형태의 공압밸브 개발에 관한 내용이다. Fig.17과 같이 구멍이 있는 얇은 박막에 Particle들이 구멍을 막고 있을 때 얇은 박막 둘레로 설치된 피에조 구동기가 가진 되면 Particle들이 가해지는 진폭에 의해 선택적으로 진동하여 유량이 제어되는 밸브이다. 이를 검증하기 위해 가해지는 공기 압력과 가진 되는 진폭에 따라 Particle들이 진동하는 관계를 수치적으로 계산하였고, 이를 시뮬레이션으로 확인하였다. 피에조의 가진 진폭이 작을 때에는 변형이 많은 얇은 박막 중심부분에 위치한 Particle만 진동하며, 피에조 진폭이 커짐에 따라 Particle 진동이 얇은 박막 가장자리까지 확장된다. 이런 수치적 결과를 바탕으로 Fig.18과 같이 프로토타입을 제작하고 Fig.19와 같이 가해지는 진폭 별로 Particle 들이 선택적으로 진동하여 유량이 제어된다는 것을 검증하였다.






    2.5. Research Paper – Takashi Sonoda and Ivan Godler (Fukuoka Industry, Science & Tech. Foundation and Univ. of Kitakyushu, Japan) – “Position and Force Control of a Robotic Finger with Twisted Strings Actuation”, Proceeding of AIM2011, pp. 611-616. (TC1.3)


      본 연구는 일본의 Fukuoka Industry, Science & Tech. Foundation 과 Univ. of Kitakyushu 에서 공동으로 수행한 연구로 2010년도 동일 학회 (AIM) 에서 소개된 줄꼬임 (Twisted String Actuation) 메커니즘을 이용하여 로봇 손가락 설계 및 제작과 이를 제어하는 것을 발표하였다. 줄꼬임 메커니즘은 Fig.21과 같이 두 가닥의 줄을 꼼으로써 기어와 같이 힘을 증폭하는 메커니즘이다. 줄꼬임 메커니즘은 가볍고 간단한 구조이기에 로봇손가락과 같은 초소형 구조체에 적용하기 알맞다. 본 연구진은 줄꼬임 메커니즘을 이용하여 사람 손가락 크기의 큰 파지력을 얻을 수 있는 로봇 손가락을 설계하고 제작하였다. 또한 비선형적인 특성을 갖는 로봇 손가락에 PI제어기를 이용하여 위치제어 및 힘제어를 수행하였다. 본 발표를 들으며 초소형 사이즈의 하드웨어 부재로 소강상태에 있었던 로봇분야에 일상에서 흔히 볼 수 있는 줄꼬임이 어떤 파장을 일으킬지 무척 궁금하다.






     


    2.6. Research Paper – Cheng Chiao-Hua and Hung Shao-Kang (National Chiao Tung Univ., Taiwan) – “The Design and Characteristic Research of a Dual-Mode Inertia Motor” – Proceeding of AIM2011, pp. 605-610. (TC1.2)


     본 논문은 타이완의 National Chiao Tung 대학에서 발표한 논문으로 2개의 피에조 구동 조합을 이용하여 직선과 회전 운동을 만들 수 있는 dual inertia motor 개발과 그 특성 분석에 관한 내용이다. Inertia motor는 Fig.25와 같이 피에조 구동기에 비대칭적인 입력신호를 가하여 rotor를 이동시키는 구동기로 (1)-(2)와 같이 느린 입력신호에 대해서는 stator와 rotor간의 마찰력이 rotor의 관성보다 커서 stator와 rotor가 같이 움직이고, (2)-(3)과 같이 빠른 입력신호에 대해서는 관성이 마찰력보다 커서 stator만 움직인다. 이를 이용하여 rotor를 이동시키는 것이 inertia motor이다. 본 논문은 2개의 inertia motor를 병렬로 연결하여 26과 같이 직선운동 또는 27과 같이 회전운동이 가능하도록 설계하였고 이를 실험적으로 검증하였다. 제안한 dual mode inertia motor는 동시에 직선과 회전운동을 얻을 수 없지만 inertia motor 1개를 이용할 때에 비해 더 큰 파워를 얻을 수 있다는 장점을 가지고 있다. 또한 더 다양한 입력파형의 조합을 이용할 경우 더 많은 자유도를 얻을 수 있으리라 기대된다.






    2.7. Research Paper – Yoshihiro Hirayama, Kazuyuki Suzuki, and Taro Nakamura (Chuo Univ., Japan) – “Development of a Peristaltic Pump Based on Bowl Peristalsis” – Proceeding of AIM2011, pp. 748-753, (WA1.4)


     본 연구는 일본의 Chuo 대학에서 발표한 논문으로 장(腸)의 연동운동을 응용하여 새로운 형태의 범프를 개발한 내용이다. 장의 연동운동은 점성이 큰 액체 뿐만 아니라 액체와 고체가 썩인 혼합물까지 별 무리 없이 운반할 수 있다. 또한 운동력이 장 전반에 고르게 분산되어 있어 심한 굽힘으로 마찰력이 심한 곳에 사용이 용이하고 소형 구동기를 분산배치 할 수 있는 장점이 있다. 이런 장점을 이용하여 본 연구에서는 Fig.30과 같이 인공근육형 공압 구동기를 이용하여 장의 연동운동을 모사한 펌프를 개발하였다. 개발된 펌프는 점성이 큰 액체 뿐만 아니라 Fig.31과 같이 액체와 고체가 혼합된 물질까지 이동시킬 수 있었다. 또한 동력을 최적화하기 위해 연동운동 메커니즘에 대한 해석을 수행하였다. 본 논문은 소형의 구동기들을 분산 배치하여 하나의 구동기로는 얻을 수 없는 장점을 얻었다는 점과 기존의 방법과 차별화된 새로운 형태의 펌프를 제안했다는 점에서 좋은 참고자료가 되리라 사료된다.

     







    3. 참관 후 느낀 점


    AIM 학회는 2009년도부터 필자가 관심을 가졌던 국제학술대회로 많은 지식과 창의적인 아이디어를 제공해 줄 뿐만 아니라 필자의 연구에 대한 강한 자극을 주는 학술대회이다. 이번 학술대회에서도 느꼈듯이 항상 아쉬운 점은 한국 연구자들이 다른 나라에 비해 상대적으로 그 수가 매우 적다는 점이다. 이번에도 300명이 넘는 참가자 중 한국 연구자들은 20여명에 그치는 수준이었다. 반면 일본과 중국은 해가 거듭하면 할수록 참여자가 늘어나고 있다. 임원진 구성만 보아도 임원의 25%를 일본과 중국이 차지하고 있다. 내년 AIM 학회는 가까운 타이완에서 개최될 예정인데 금년보다 더 많은 한국 연구자들이 참석하여 세계적인 거장들과 최신의 연구 동향을 공유하고 열띤 토론을 통해 활발한 교류가 이루어 지길 바란다. 끝으로 본 학회에 참석을 할 수 있도록 논문을 지도해 주신 필자의 지도교수인 김경수 교수님과 류근호 교수님께 감사의 말씀을 전한다.


     


    필자: 하창완(KAIST, 기계공학과, MSC 연구실, 박사과정)


     

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    전체댓글 18

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    |2017.12.26
    유용한 정보 감사드립니다.

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    |2016.12.14
    감사합니다 잘 보았습니다.

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    |2015.01.15
    내용중에 twisted string mechanism이 흥미롭네요.

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    |2013.01.10
    참으로 참신한 아이디어이네요. 소재의 내구성만 확보한다면 좋은 동력전달방법이 될것같습니다.

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    |2012.04.04
    로봇 분야에서 지능쪽을 연구하고 있습니다. 하드웨어와 연결되는 다양한 정보를 알게 되어서 감사합니다.

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    |2012.04.04
    생생한 현장 소식에 감사드립니다.

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    |2012.04.04
    흥미로운 내용 잘 보고 갑니다.

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    |2012.01.13
    현업에만 종사하다가 학술자료 접하니 좋네요.앞으로도 계속 내용 부탁합니다.

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    |2012.01.13
    마이크로 섬유 접착 부문은 잘 응용한다면, 보다 많은 부문에 적용 가능하리라 사료됩니다.

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    |2012.01.12
    실제로 학회에 온듯한 느낌입니다 좋은 내용 잘 보았습니다 감사합니다

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    |2012.01.12
    정말 정리를 잘 해주셨네요, 감사드립니다.

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    |2012.01.12
    학술대회의 생생한 소식을 들을수 있으 감사드립니다.

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    |2012.01.12
    국제학술대회로 많은 지식과 창의적인 아이디어를 제공해 주는 소식 전달에 감사드립니다.

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    |2012.01.12
    생생한 전달에 감사드립니다.

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    |2012.01.12
    좋은 정보 관심있게 잘보았습니다.

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    |2012.01.12
    잘 정리되어 있어서 읽기 재미있었습니다. 많은 도움이 &\#46124\;어요

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    |2012.01.12
    로봇분야를 전공할 예정인데 많은 도움이 되었습니다.

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    |2011.07.26
    로봇쪽의 현재 연구진행상황을 잘 알수 있었던거 같습니다. 잘정리해 주셨네요.

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