2. IHMC에서의 연구활동에 대해 자세한 이야기를 부탁드립니다.

IHMC는 제가 참가했던 DARPA Robotics Challenge에 참가했던 팀 중 하나입니다. 덕분에 연구분야가 비슷하고 바라는 로봇 연구개발의 지향점이 같았습니다. IHMC에 합류하여 가장 먼저 기여했던 부분은 보행제어의 지능화였습니다. TEAM IHMC는 뛰어난 동적 보행제어 기술을 가지고 있었으나 DARPA Robotics Challenge에서 임무 수행의 자동화 수준을 끌어올리지 못한데에 갈증이 있었습니다. 보행제어 기술은 기본적으로 발착지점의 조합에 따라 무게중심과 발의 궤적, 그리고 여유자유도 제어가 요구됩니다. 이때 발착지점의 조합을 목표 지점까지 최적으로 찾는 것이 Footstep Planning입니다. 목표 지점이 멀수록 수많은 해가 존재하여 높은 연산 부하가 예상됩니다. 저는 인간형 로봇의 경로를 형성하는 Path Planning과 해당 Path를 만족하는 하위 레벨의 Footstep Planning을 조합하여 Two-staged Footstep Planning을 제안하였습니다. IHMC의 리더인 Dr. Jerry Pratt은 해당 접근법의 효용성을 높게 평가하여 고도화를 위해 Robert Griffin, Stephen McCrory등 동료들의 지원을 받을 수 있도록 배려해 주었습니다. 해당 연구는 2019년 국제 인간형 로봇 학회인 International Conference on Humanoid Robots에서 Best Paper를 수상하였습니다[3].

Footstep Planning을 활용하기 위한 환경상태인식 개발을 하였습니다. Lidar 센서 혹은 Depth Camera를 통해 얻은 Point Cloud 데이터를, Footstep Planning에서 활용할 수 있는 가장 효율적으로 압축된 데이터 형태인 평면 영역(Planar Region)으로 인식하는 것이 목표입니다. 수십만개의 Point 데이터를 Octomap으로 효과적으로 압축하고, 일련의 Clustering 기법을 통해 평면을 이루고 있는 Node들만을 묶어 평면의 중심점 위치, 법선 벡터, 모서리를 인식합니다. 해당 연구는 2020년 IROS 학회에 발표하였고 현재도 IHMC의 인간형 로봇들(Atlas, Valkyrie, Nadia)이 보행하는데 활용되고 있습니다. 추가로 State Estimator, 전신동작생성, 손가락 제어, Nadia 인간형 로봇의 전기 모터 개발 등을 하였습니다.


3. 족형 로봇의 자율 운용을 위한 기초 연구로 무인 순찰시스템과 시각장애인을 위한 로봇 안내견 개발을 진행중이신걸로 알고 있습니다. 자세한 이야기를 부탁드립니다.

경찰청과 치안센터, 과학기술정보통신부로부터 지원받은 본 연구개발사업은 부산 해운대 해수욕장 근처를 자율적으로 순찰하는 사족보행 로봇 개발을 목표로 합니다. 순찰 경로에 포함된 경사로, 계단 등의 지형을 이동할 수 있어야 하며, GPS상 목표 지점까지 행인들과 시설물에 충돌되지 않도록 도달해야 합니다. 기존의 상용화된 외산 사족보행 로봇과 견줄 수 있는 새로운 사족보행 로봇 개발이 요구됨에 따라 저를 포함한 부산대학교 연구팀은 다음과 같은 사족보행 로봇 canine을 개발하였습니다. 현재 별도의 머신 비전 센서 없이 평지, 잔디, 경사로 등의 지형에서 보행이 가능하며 최대 2m/s의 속도를 가집니다. 장시간의 보행을 위해 에너지 효율에 입각한 보행제어기 개발, 경로 생성, 충돌회피, 환경인식 등 다양한 연구를 진행 중입니다. 사족보행 로봇을 활용한 또 다른 연구사업은 로봇 안내견 개발입니다. 로봇 안내견 개발 프로젝트는 사족보행 로봇 개발과 더불어 시각장애인과 안내견이 서로 상호작용하는 하네스 개발을 목표로 합니다. 본 연구개발과제는 한국정보통신연구원의 지원을 받아 수행하고 있으며 2023년 1월에 시작하여 아직 가시적인 성과는 없으나 곧 좋은 연구결과를 공개할 수 있도록 하겠습니다.


Mov 2. 부산대학교가 개발한 사족보행 로봇 canine의 야간 보행 실험

5. 2015년 휴보랩에서 DRC HUBO로 다르파 로보틱스 탤린지에서 우승을 하신걸로 알고 있습니다. 자세한 이야기를 부탁드립니다.


DARPA Robotics Challenge를 경험했던 후배들, 동료들과 모이면 항상 이야기 꽃이 핍니다. 치열하게 준비했던 시간만큼 이것이 전우애일까라고 생각될 만한 애틋한 마음을 당시의 동료들에게 가지고 있습니다. Challenge 이후 미국에서 지낸 덕에 인간형 로봇을 바라보는 주요 연구 지원 기관들과 일반인들의 평가, 대회에 참여했던 참여하지 않았던 세계 각 팀들의 의견들까지 정말 많은 이야기도 많이 들어 다 담기에는 부족할 것 같습니다. DARPA Robotics Challenge를 준비과정과 제가 기여했던 부분들, 그리고 느꼈던 점들을 간략히 말씀드리겠습니다. DARPA Robotics Challenge는 두 번에 걸쳐 개최 되었습니다. 2013년 12월 Trials와 2015년 6월 Finals이고 저는 이 두 대회에 모두 참가하였습니다. Trials에서 제가 속했던 TEAM KAIST는 사실 실패에 가까운 결과를 얻었습니다. 목표를 저희에 실력에 비해 높게 잡았기 때문인지 내부적으로도 실망감이 컸다고 생각합니다. 하지만 그만큼 Finals에서는 저희가 얻었던 교훈을 잘 반영하여 정말로 많은 점들을 개선하고 발전시킬 수 있었고, 덩달아 구성원 모두의 성장으로 이어졌다고 느낍니다. 저는 카메라-라이다 융합 센서 시스템 개발과 지면인식, 자기충돌감지, 전신 역-기구학 및 전신 동작 생성에 기여하였고, 시스템 개발 면에서는 배선 작업과 임베디드 시스템 개선 등에 기여하였습니다.

한 가지 아쉬웠던 점은 저희가 준비한 것을 다 보여주지 못한 것 입니다. 잘 알려진 대로 저희 로봇 DRC-HUBO+는 무릎 아래 부분에 바퀴를 부착한 상태로 임무를 수행하였습니다. Trials이후 로봇시스템을 완전히 바꾸었으며 이로 인해 하드웨어의 동적 특성과 깊은 관련이 있는 보행 기술 개발에 충분한 시간이 필요하였습니다. 저를 비롯한 Autonomous Manipulation팀은 로봇 운용의 자율성 테스트를 하루라도 빨리 시작해야 했던 이유로 임시로 바퀴를 부착하여 임무와 임무 사이의 이동방법을 대체하였습니다. 여담이지만 TEAM MIT의 리더였던 Russ Tedrake가 저희 팀을 좋게 보아주었던 점은 저희가 대회 전에 100번에 달하는 Dry run을 했다는 것이었습니다. 이를 통해 바퀴를 사용한 임무 수행과 바퀴를 전혀 사용하지 않은 임무 수행 시나리오 두 가지에 대한 통계를 얻을 수 있었습니다. 조금은 당연하게도.. 바퀴를 사용한 임무 수행의 성공률이 높고 임무 수행 시간은 짧다는 결론입니다.

Day 1과 Day 2 이틀에 걸쳐 경연이 이루어 지고 최고 기록을 기준으로 성적을 매기기 때문에 Day 1에는 바퀴를 활용, Day 2에는 순수 보행만을 활용한 임무 수행 시나리오를 준비하였습니다. 보다 안정적인 방법으로 준비한 임무를 다 수행하자는 마음이었고 Day 2에서는 바퀴가 없이도 임무 수행을 할 수 있다는 것을 보여주기 위함 이었습니다. 100번의 Dry run으로 겪을 수 있는 시행착오는 다 겪어보았다고 여겼건만 자기충돌모델에 드릴 팁을 포함시키지 않아 Day 1에 드릴 팁이 부러지는 사고가 발생하였습니다. 이러한 이유로 Day 2에서도 바퀴를 부착한 상태로 경연에 임하게 되어 준비한 보행 시나리오를 보여주지 못한 점이 아쉬움으로 남습니다.

DARPA Robotics Challenge를 기점으로 저의 커리어에 큰 변화가 생겼습니다. 대회를 준비하면서 생긴 노하우들이 다른 팀에서도 당당히 구성원으로서 역할을 할 수 있는 힘이 될 수 있을지 궁금함과 기대감이 참 많아서 박사 후 과정을 희망하고 있었습니다. 그러던 와중에 경연장에서 석사과정동안 가장 감명 깊게 읽은 Capture Point 논문의 저자 Dr. Jerry Pratt이 이끄는 TEAM IHMC를 만났고, 대회 이후 박사 후 과정을 약속 받았습니다. 추가로, TEAM IHMC의 Garage 특유의 밝고 유쾌한 분위기에 이끌렸던 이유도 있었습니다.


6. 현재 운영중이신 부산대학교 CAMEL(Computer And Machine Engaged Lab.)에 대해서 소개를 부탁드립니다. (연구분야, 소속연구원, 희망하는 학생 모집, 비젼 등)

저희 연구실 Computer And Machine Engaged Lab.(CAMEL:https://sites.google.com/view/pnu-camel/home)은 박사과정 2명, 석박사통합과정 4명, 석사과정 6명, 학부연구생 6명, 위촉연구원 1명으로 구성되어 있습니다. 로봇이 융합과정인 만큼 다양한 전공의 학생들이 합류하여 기계/전자/컴퓨터/조선 공학과 학생들이 서로의 장점을 나누며 성장하고 있습니다.

현재 집중하고 있는 연구 프로젝트는 드론에 팔을 부착하여 임무를 수행하기 위한 자율 공중조작(Autonomous Aerial Manipulation) 연구와 사족보행 로봇을 이용한 순찰, 시각장애인을 보조하기 위한 안내견 개발이 있습니다. 드론에 부착할 경량 팔 제작과 제어, 팔을 포함한 모델 예측제어(Model Predictive Control)을 연구하고 있으며, 사족보행 로봇을 직접 설계하고 제작하여 순찰 업무와 안내견 역할을 할 수 있도록 보행, 환경인식, 인간-로봇 상호작용(Human Robot Interaction) 연구를 진행 중입니다.

연구과제 달성을 위해서 이기도 하지만 제가 추구하는 연구지도 방식으로 인해 저희 연구실에서는 로봇 기구 설계, 구동기/임베디드 설계 및 제어, 보행, 조작, 강화학습, 머신 비전, 동작 계획 등 full-stack 연구자가 되기 위해 필요한 실무교육을 겸하고 있습니다. 다양한 활동을 통해 목표로 하는 바는 “꽉 찬 육각형” 인재양성 입니다. 저는 언젠가 학생연구원들이 연구실을 졸업하여 회사나 연구소의 구성원이 되었을 때 다양한 일과 환경에 잘 적응하여 팀을 견인 할 수 있는 인재가 되기를 소망합니다. 이러한 이유로 19명 모두 다양한 skill set과 두 개 이상의 연구분야를 가지도록 유도하고 있으며 매 주 금요일 랩 세미나와 미팅을 통해 연구적인 부분과 다양한 skill의 노하우 공유를 꾸준히 하고 있습니다. 또, 국내외 학계 및 산업계에 있는 로봇 전문가를 매 달 초청하여 눈높이를 넓히려 노력하고 있습니다.



Mov 4. canine demo 영상