미국 연구진이 두 개의 인공지능(AI) 모델을 사용해 사람과 눈을 맞추면서 상대의 표정을 예측, 실리콘 얼굴 피부를 통해 사람과 동시에 미소 지을 수 있는 얼굴 로봇을 개발했다.

미국 컬럼비아대 공학 및 응용과학 대학 호드 립슨 교수팀은 28일 과학 저널 사이언스 로보틱스(Science Robotics)에서 두 개의 AI 모델과 작동기(actuator)로 실리콘 피부를 움직이는 얼굴 로봇을 결합, 사람의 표정을 예측해 사람과 동시에 같은 감정을 표현할 수 있는 얼굴 로봇 '이모'(Emo)를 개발하는 데 성공했다고 밝혔다.

챗GPT(ChatGPT) 같은 거대언어모델(LLM) 덕분에 언어적 의사소통에 능숙한 로봇은 많이 개발되고 있지만 표정 표현 능력을 갖춘 로봇 개발은 훨씬 뒤처져 있다. 다양한 표정을 지을 수 있게 하는 것은 물론 언제 어떤 표정을 지어야 하는지 로봇을 훈련하는 게 그만큼 어렵기 때문이다.

연구팀은 이 연구에서 복잡한 하드웨어와 작동 메커니즘으로 다양한 표정을 표현하는 얼굴 로봇을 기계적으로 설계하는 방법과 로봇에게 자연스럽고 시의적절하며 진짜처럼 보이도록 사람의 표정을 예측해 사람과 동시에 표정을 짓게 훈련하는 방법을 제시했다.

'이모'는 실리콘 피부 아래에 26개의 액추에이터와 자석이 장착돼 있어 미묘한 표정을 다양하게 표현할 수 있는 얼굴을 가졌다. 양쪽 눈동자 안에는 고해상도 카메라가 들어 있어 사람과 비언어적 의사소통에 중요한 눈맞춤을 할 수 있게 설계됐다.

연구팀은 '이모'에 소통 대상자 표정의 미묘한 변화를 분석해 그 사람의 다음 표정을 예측하는 AI 모델과 해당 표정에 상응하는 표정을 실리콘 피부로 재현할 수 있게 운동 명령을 만들어내는 AI 모델을 개발해 결합했다. 그런 다음 첫 AI 모델을 이용해 사람이 거울을 보며 표정 연습을 하는 것처럼 Emo가 카메라를 통해 자기 모습을 보면서 26개의 액추에이터 움직임으로 다양한 표정을 만들어 낼 수 있도록 훈련하고, 두 번째 AI 모델로는 사람 표정을 담은 동영상을 관찰하면서 표정을 예측하는 훈련을 시켰다.

그 결과 이모는 사람이 미소를 짓기 약 0.84초 전에 미소를 예측하고 그 사람과 동시에 얼굴에 미소를 표현할 수 있게 됐다.

연구팀은 이 연구에서 로봇이 사람의 미래 표정을 예측해 사람과 동시에 같은 표정을 짓도록 훈련하는 방법을 제시했다며 지연된 표정 모방은 가짜처럼 보이지만 감정 상태를 정확히 추론해 그 사람과 동시에 표정으로 표현하면 더 진정성 있게 느껴질 것이라고 말했다. 연구팀은 다음 단계로 챗GPT 같은 거대언어모델을 사용해 이모에 언어 소통 기능을 통합하는 연구를 하고 있다고 밝혔다.

립슨 교수는 "사람 표정을 정확하게 해석하고 모방하는 로봇이 발전하면서 로봇이 일상생활에 자연스럽게 통합되는 미래가 가까워지고 있다는 점은 매우 흥미롭다"며 "이런 기능은 가정 도우미에서 교육 보조에 이르기까지 많은 긍정적인 응용 가능성이 있지만 개발자와 사용자는 윤리적 측면도 신중하게 고려해야 한다"고 말했다.

◆ 출처 : Science Robotics, Hod Lipson et al., 'Human-Robot Facial Co-expression', https://doi.org/10.1126/scirobotics.adi4724