학생 눈높이에 맞는 로봇 체험

인간과 로봇 과학관

과학관 체험교실, 학내 동아리 활동 등을 살펴보면 빠지지 않고 등장하는 것이 있다. 바로 로봇관련 수업이다. 단순히 로봇을 조립하는 단계부터 직접 설계하고 제작하는 과정까지 난이도는 다르지만 학년별로 다양한 커리큘럼이 마련돼 있다.

우리가 이처럼 로봇에 열광하는 이유는 무엇일까? 로봇의 형태가 인체와 유사하다는 점이 호기심과 탐구심을 자극하는 것은 아닐까? 한국생명과학연구소가 만든 ‘인간과로봇과학관’에서 그 해답을 찾아봤다.

인간과로봇과학관(관장 정구민)에서는 인간의 일대기를 전시 형태로 관람할 수 있고, 생체모방 공학기술을 접목한 최첨단 로봇을 만나볼 수 있다. 모든 로봇을 직접 관찰하고 체험할 수 있으며 로봇의 발달사와 기본원리에 대한 해설사의 설명도 들을 수 있다.

센서로 반응하고 2차전지로 구동

▲ 정교한 움직임과 인간과 의사소통이 가능한 인공지능형 휴머노이드 로봇 나오(NAO) ⓒ권시연

로봇이 인간의 행동에 반응하는 것은 로봇 안에 다양한 센서가 탑재돼 있기 때문이다. 이 센서는 대상물의 상태를 파악하는 역할을 하며 사람의 감각에 해당하는 기능을 수행한다.

물체가 접촉했을 때 발생하는 정전용량(Capacitance)의 변화를 감지하는 터치 센서, 스위치를 눌러 압력을 가하게 되면 자체 내의 전압에 유기돼 로봇이 작동되는 압전 센서, 특정한 각도 이상의 경사로 기울어지면 전류가 흘러 쓰러짐을 감지할 때 사용되는 기울기 센서 등이 있다.

김지원 인간과로봇과학관 해설사가 움직이는 로봇을 손으로 막자 로봇이 멈췄다. 이를 본 학생들은 로봇의 눈에 카메라가 달려있어서 물체를 인식한 로봇이 스스로 멈춘 것이라 유추했다. 아쉽게도 정답은 아니었다. 정답은 로봇 안에 있는 적외선 센서가 작동했기 때문이다.

그는 학생들이 적외선 센서를 이해하기 쉽도록 “우리가 유리문 가까이에 가면 문이 저절로 열리죠. 이 자동문에도 바로 적외선 센서가 달려있기 때문”이라고 설명을 곁들였다.

또한 휴머노이드 로봇이 직립 보행을 잘 하기 위해서는 발이 크면 좋다는 것을 “우리가 굽이 뾰족한 구두를 신었을 때보다 바닥이 평평한 운동화를 신었을 때 움직이기 편하다는 점을 생각하면 이해하기 쉬울 거예요”라고 설명하며 학생들의 눈높이에서 해설을 이어갔다.

로봇의 표현은 주로 기쁨, 슬픔, 화남, 두려움, 삐침과 같은 5가지 감정으로 구성된다. 사람의 얼굴표정 및 몸짓을 감지하고 프로그래밍된 단어에 반응하며 접촉 센서를 통해 감정의 변화를 겪는다. 또한 타이머로 24시간 주기 리듬을 계산해 표정을 바꾸는 로봇도 있다.

로봇의 에너지원으로는 2차전지가 보편적으로 사용되며 납축전지, 니켈 수소전지 등에서 리튬전지로 이동하고 있는 추세다. 미래에는 2차전지의 단점을 보완한 연료전지, 태양전지, 압전소자 충전, 다이오드 구동장치 등이 사용될 전망이다.

로봇을 만드는 재료로는 금속, 세라믹, 다공질 등이 각 용도에 따라 다양하게 쓰이고 있다. 최근에는 로봇의 형태가 인체와 유사해지면서 로봇의 외피를 금속 재질에서 실리콘 형태로 바꾸고 있다. 인공 피부를 갖춘 모습으로 변모하고 있는 것이다.

반려동물처럼 반응하는 감성로봇

로봇 개발은 1962년 자동차 공장용 로봇팔 유니메이트(UNIMATE) 제작을 시작으로 본격화됐다. 이후 인간과 교감하고 반려동물처럼 반응하는 감성로봇, 인간과 의사소통이 가능한 5세대급 휴머노이드 로봇까지 기술은 진화했다. 우리나라는 2004년 한국과학기술원에서 ‘휴보’라는 이름의 휴머노이드(Humanoid)를 처음 개발했다.

▲ 김지원 인간과로봇과학관 해설사가 애완공룡 로봇 ‘플레오(PLEO)’를 아기처럼 안고 먹이를 주는 모습. 이 로봇은 40여개의 감각 센서를 통해 3단계 성장과정을 보여주는 학습형 로봇이다. ⓒ권시연


IT기술의 발전에 힘입어 네트워킹을 기반으로 작동되는 유비쿼터스 로봇이 등장하면서 사람과 컴퓨터간의 양방향 정보 전달과 상호작용도 가능하게 됐다.

유비쿼터스 로봇에는 음성인식기능이 탑재돼 있어 실제 사람처럼 대화를 나눌 수 있는 대화로봇, 주인이 길들일 수 있는 로봇으로 멋대로 뛰어다니거나 주인의 말을 듣지 않을 때는 혼을 낼 수도 있는 감성지능 로봇, 사람처럼 자신의 감정을 표현할 수 있으며 3살까지 성장하는 애완용 로봇인 발달형로봇 등이 있다.

▲ 세계 최초로 치료기능(우울증, 스트레스)을 가진 감성 로봇 파로(PARO) ⓒ권시연

김 해설사는 “아파트에 살거나 혹은 아토피가 있어서 애완동물을 키우지 못하는 아이들의 경우, 애완용 로봇을 몹시 갖고 싶어한다”고 말하며 “일방적으로 스위치를 누르면 움직이는 장남감과 달리 애완용 로봇은 다양한 반응을 하고 이를 통해 교감 할 수 있다는 점에서 아이들에게 정서적으로 도움이 된다”고 말했다.

일례로 물개 모양의 로봇 파로(PARO)를 손으로 쓰다듬어 주면 로봇이 고개를 갸우뚱거리며 애교를 부리지만, 털을 건드리면 찡그리는 표정을 짓는다.

이 모습을 지켜본 아이들은 “제가 좋게 말하고 만지면 로봇도 똑같이 반응하네요. 제가 잘 해야겠어요”라고 표현했다. ‘로봇은 나쁘고 사람보다 똑똑하다’고 표현했던 관람 전과는 사뭇 다른 모습이다

한편 인간과로봇과학관에서는 다양한 과학교육 수업도 운영하고 있다. 초등 저학년 아이들이 궁금증을 갖기 쉬운 주제들을 체계적이고 과학적으로 접근해 분석하고 실험을 통해 이를 증명하는 호기심과학교실, STEAM교실, 과학영어 프로그램 등이 마련돼 있다.

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