한국전자통신연구원(ETRI) 지능형부품센서연구실 김혜진 책임연구원팀이 토마토를 움켜쥐어 크기와 신선도, 촉감까지 판단하는 지능형 로봇 그리퍼를 개발했다. 이 로봇은 유연한 멀티모달 센서를 활용해 다양한 물체의 크기, 형상, 물성을 정확하게 인지하고 효과적으로 제어할 수 있는 지능형 로봇이다. 연구팀은 해당 로봇이 유연한 다종센서 집적 기판 플랫폼과 에어갭 구조 기반의 부드러운 멀티모달(압력/굽힘) 센서, 물체의 크기, 형상, 물성 등을 판별하는 인공지능 알고리즘 모델, 로봇 그리퍼의 촉각 피드백 제어 기술 등이 결합된 결과물이라고 설명했다.
연구팀은 기존 로봇 그리퍼의 수동적 제어 시스템의 문제점을 극복하고 물체의 크기와 물성을 정확하게 감지하며 능동적으로 피드백을 제공할 수 있는 기술을 발표했다. 일상생활에서 채소나 과일을 손으로 눌러보면 무른지 단단한지 알 수 있는 것처럼 유연 멀티모달 촉각센서를 활용하면 물체의 초기 크기와 변형의 정도를 감지, 물체의 정확한 물성을 판단할 수 있다. 또 이를 기반으로 물체를 최적의 힘으로 옮길 수도 있다.
유연 멀티모달 센서는 감지소재와 전극 사이의 에어갭을 미세하게 조절해 압력 및 굽힘센서의 감지 범위와 민감도를 선택적으로 조절하게 개발됐다. 또 로봇 그리퍼에 장착하고 물체에 가해지는 압력과 그리퍼의 굽힘 정도를 동시에 감지해 물체의 영률(단단한 정도)을 정확하게 판단한다. 이어 보호층과 인터페이스 공정을 최적화해 1만 번 이상의 반복 압력과 굽힘 반복 시험 후에도 매우 안정적인 성능을 보였다.
저온 및 고습 환경에 대한 신뢰성도 검증됐다. 멀티모달 촉각센서가 집적된 지능형 로봇 그리퍼는 다양한 크기와 물성을 갖는 토마토 11종을 98.78%의 정확도로 구분했다. 이는 해당 로봇이 시간에 따라 완숙 여부가 달라지는 토마토의 숙성도까지 실시간으로 선별해낼 수 있다는 의미다. 아울러, 지능형 로봇 그리퍼는 유연 멀티모달 센서를 통해 어떤 물체를 집는지 능동적으로 이해하고 안정적으로 물체를 파지하는 시점을 결정하며 상응하는 그리퍼의 힘(토크)을 조절해 피드백도 제공할 수 있다.
이 로봇은 운송, 의료, 제조, 우주 산업 등 다양한 자동화 산업 영역에 효과적으로 적용될 전망이며, 연구팀은 개발한 기술을 자동화 산업 관련 기업에 기술이전하여 상용화할 계획이다. 김혜진 책임연구원은 “개발한 촉각센서는 로봇 그리퍼에 다양한 촉각 기능을 부여해 자동화 라인 및 협업 로봇 분야에서 혁신적인 응용 가능성을 제시한다”고 말했다.
해당 연구 결과는 『어드밴스드 인텔리전트 시스템즈(Advanced Intelligent Systems)』에 게재되었다.
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