인간을 즐겁게 해주는 '엔터테인먼트 로봇'의 연구

글: 김용태 연구원 (융기원 게임융합미디어연구센터)

1. 연구 배경

로봇기술은 과거 산업분야에서부터 다양한 방법으로 사용되어 왔습니다. 최근, 로봇기술은 산업분야이외의 다양한 분야로 폭넓게 적용되며 빠르게 발전하고 있습니다. 인간의 편리를 위한 서비스 로봇, 인간의 치료에 사용되는 의료로봇, 재활로봇, 재난구조에 활용되는 재난구조용 로봇 등등 로봇의 적용분야는 무한하게 확장되고 있습니다.

그 중에서, 제가 하고 있는 연구는 인간을 즐겁게 해주는 ‘엔터테인먼트 로봇’입니다. 이 글을 읽는 독자분들도 과학행사, 과학관 등 다양한 쇼에서 로봇이 춤을 추는 모습을 직접 보거나 방송 등을 통해 보신경험이 있을텐데요.

이번 '리서치하이라이트'를 통해 엔터테인먼트 중 가장 큰 영역을 차지하는 음악을 연주하는 로봇에 대해 연구를  소개하고자 합니다.
 

[그림 1] 본 연구에 사용된 드럼 시연 로봇 qbmate (Italia)

  [그림 1]은 지난 1년 반동안 제가 이탈리아의 피사 대학교에서 교환연구을 하면서 사용한 qbmate라는 드럼 시연 로봇이랍니다.


2. 연구 목표

 본 연구의 목표는 '드럼연주를 하는 로봇'이 목표입니다. 그렇게 하기 위해서는 인간이 드럼 연주를 하듯이 로봇이 똑같이 행동하면 되겠지요. 하지만 인간과 로봇에는 큰 차이점이 있습니다.

바로 강성(Stiffness)입니다. 강성이라는 것은 딱딱함의 정도를 의미합니다. 예를 들어서 스펀지와 쇠막대가 있다고 생각해 보세요. 스폰지는 작은 힘으로도 쏙 들어가죠? 하지만 쇠막대는 그렇지 않습니다. 이를 물리적으로는 스폰지의 경우는 강성이 작다고 표현하고 쇠막대의 경우는 강성이 크다고 표현 한답니다.

인간은 강성 조절이 매우 자연스럽습니다. 드럼 연주시 드럼스틱을 자연스럽게 조절하여 연주를 합니다. 드럼 스틱을 쎄게 내리치거나 살살 내리거나, 쎄게 내리칠 때에도 짧게 끊어서 친다던지 꾸욱 눌러서 친다던지 강성을 자유롭게 변화하면서 연주를 한답니다. 그렇기 때문에 드럼이라는 단순한 악기 하나만으로도 다양한 소리를 나타낼 수 있는 것입니다.

이러한 강성 변화를 위해 로봇에 Variable Stiffness Actuator(가변 강성 액추에이터)를 이용하여, 기존의 딱딱한 로봇이 구현하지 못했던 탄력적인 모션을 구현할 수 있었습니다. 일반적으로 로봇에 사용하는 모터(액추에이터)들은 강성이 정해져 있지만, '가변 강성'이라는 말 그대로 강성을 자유롭게 바꿀 수 있는 모터를 사용하여 인간처럼 연주할 수 있는 로봇을 구현하였습니다.

 본 연구에서는 Variable Stiffness Actuator들을 이용하여 노래 한 곡을 연주해보는 연구를 수행하였으며, 또한 Variable Stiffness의 성질을 이용하여, 탄력적인 drum roll을 구현하였습니다.


3. 이론적 배경

  이 처럼 드럼소리를 구현하기 위해서 강성 조절이 가능한 가변강성액추에이터를 사용하는 연구를 하였습니다. 이 때, 인간이 드럼 스틱을 이용하여 강성 조절하는것을 측정하기 위해서 [그림 2]와 같이 드럼스틱이 드럼에 접촉하지 않았을 때와 접촉하였을 때로 분류하여 강성 조절 매커니즘을 작성하였답니다.

[그림 2] 드럼의 소리 분석

 결과적으로 드럼을 치지 않을 때와 드럼을 칠 때, 강성을 다르게함으로써 인간처럼 드럼 연주를 할 수 있다는 겁니다. 복잡한 물리 이야기는 최대한 배제 하고 다음의 실험영상을 보시면 쉽게 이해하실 수 있을 겁니다.

4. 실험 영상

엔터테인먼트 로봇분야는 무엇보다 사람들이 직접 보았을 때 흥미로워야 합니다. 그를 위해서 우선 유명한 곡 중에 하나인 ‘My Sharona’를 연주해 보았습니다. 다만 유튜브 상에서 원곡의 저작권 문제 때문에 영상 없이 음악만을 들려드리는 점 미리 양해 바랍니다.

그리고, 본 연구의 주된 연구성과인 drum roll 시현 영상입니다.

5. 앞으로의 연구 계획

 엔터테인먼트 로봇 연구분야는 아직 그 기술수준이 미미하지만 발전가능성이 매우 높은 분야입니다. 앞으로 제가 새롭게 해보고 싶은 연구분야는 애완용 로봇, 그리고 스포츠 로봇입니다. 이 두 분야는 아직 기술 수준이 낮은 단계이며, 제대로 개발만 된다면 많은 부가가치를 창출해낼 수 있는 분야라 하겠습니다. 물론, 이 글에서 소개했던 음악연주 로봇 역시 앞으로 개선을 거듭하여 완성해 나갈 계획입니다.



6. 글쓴이 소개

이름 : 김용태 연구원 (alphanoid@snu.ac.kr)
소속: 융기원 게임융합미디어 연구센터
전공: 지능형융합전공 Dyros Lab 박사과정
관심분야: 탄성 액추에이터, 웨어러블 로봇, 엔터테인먼트 로봇, 스포츠 메커니즘