이창혁 한국전기연구원 정밀제어연구센터 선임연구원 - 로봇제어 기반기술 및 전기응용 분야로의 확장 연구 통해 대한민국 로봇기술 발전에 기여할 것
이창혁 한국전기연구원 정밀제어연구센터 선임연구원 - 로봇제어 기반기술 및 전기응용 분야로의 확장 연구 통해 대한민국 로봇기술 발전에 기여할 것
  • 박소연 기자
  • 승인 2022.03.30 12:13
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인간과 로봇의 공존으로 꿈꾸는 로보토피아, 대한민국 로봇산업 기술의 미래
이창혁 한국전기연구원 정밀제어연구센터 선임연구원 [사진=한국전기연구원]
이창혁 한국전기연구원 정밀제어연구센터 선임연구원 [사진=한국전기연구원]

원자력 발전소 제어장치, 자기부상 제어장치 등 고신뢰성 제어연구를 수행하는 계측제어연구그룹으로 시작한 한국전기연구원 정밀제어연구센터는 2014년 공작기계와 로봇 응용연구에 집중하기 위해 새롭게 출범한 연구기관이다. 센터 설립 후 공작기계의 전기기기 제어기술을 주력으로 연구해왔으며, 최근에는 전기기기 제어기술뿐만 아니라, 이미 확보한 제어장치 기술을 스마트팩토리, 웨어러블 로봇, 전동식 운동기구 등 다양한 로봇과 시스템에 적용하고 있다. 이처럼 센터가 로봇의 기반기술과 로봇시스템 연구를 병행할 수 있었던 이유에 관해 정밀제어연구센터의 이창혁 선임연구원은 센터원 개인별 전문분야가 로봇, 계측제어, 통신, 모터제어 등 전방위적으로 구성되어 있었기 때문이라고 말했다. 제조, 의료, 서비스 등 다양한 산업에의 적용에 앞서 로봇기술 상용화를 위한 기술적 인프라가 필요한 현재, 세부적인 연구 분야의 융합으로 기술적 차별성을 확보한 정밀제어연구센터의 역할이 더욱 중요해지고 있다.

 

먼저 인사 말씀과 함께 연구원님의 소개를 부탁드립니다.

안녕하세요. 저는 한국전기연구원 전기응용연구본부 정밀제어연구센터에서 로봇과 제어시스템을 연구하고 있는 선임연구원 이창혁입니다. 학창시절 여느 남자아이처럼 레고와 고장 난 가전제품 분해하는 것을 좋아했고, 지금도 집에 고장 난 가전제품이나 기기는 손수 고쳐서 사용하곤 합니다. 대학원 입학 후 로봇 머니퓰레이터 제어이론으로 처음 로봇연구를 접했지만, 실험을 진행하면 할수록 로봇 하드웨어 성능에 국한된 제어 실험결과에 흡족해하지 못했습니다. 이러한 이유로 현재는 한국전기연구원에서 모터드라이브, 제어시스템, 로봇 메커니즘 연구개발에 집중하고 있습니다. 정밀제어란 주어진 전기기계시스템에서 최대한 짧은 시간 내에 초정밀의 움직임을 제어하는 것으로 정의할 수 있으며, IT·BT·NT 산업의 공정 및 장비의 핵심 기술 중 하나입니다. 정밀제어연구센터는 그동안 응용기술에 비해 도외시 되어왔던 기초 원천 정밀제어기술의 국가 경쟁력 향상을 목표로 매진하고 있습니다.

 

센터를 비롯해 연구원님께서는 현재 어떤 연구들을 진행하고 계시는지 궁금합니다.

먼저 센터의 보유기술에 대해 구체적으로 말씀드리면 로봇은 임의의 에너지를 기계에너지로 변환시키는 구동계를 반드시 포함하는데, 저희는 그중에서도 전기에너지를 기계에너지로 변환시키는 전기액추에이터(모터)를 정밀하고도 효율적으로 구동시키는 모터드라이브와 각각의 모터드라이브를 연결하는 제어 네트워크 플랫폼 기술을 수년간 진행해왔습니다. 공작기계에 활용 가능한 개방형 네트워크 기술은 독자적으로 국제 표준 인증을 확보하였고, 모터드라이브 또한 상용화 수준의 신뢰성 확보를 위해 가혹한 조건에서의 안정성 시험을 내외부에서 순차적으로 진행하고 있습니다. 이 두 가지 기술이 정밀제어연구센터 기술력의 근간입니다. 본 센터의 근간기술을 바탕으로 현재 수행 중인 연구주제로는 고성능 고신뢰성 멀티 공정용 구동기 기술, 클라우드 컴퓨팅 및 AI기반 제조라인 로봇제어, 저전력 지능형 모듈 기반 산업용 인공지능 엣지 시스템, 근골격계 감소를 위한 상지 웨어러블 로봇개발이 있습니다. 연구 의 핵심은 본 센터의 근간기술인 전기기기 제어기술의 성능 및 신뢰성 향상과 더 나아가 범용성까지 확보하는 것이고, 연구 5G 네트워크 기반의 4차산업혁명에 대응하는 기술이며, 연구 의 목적은 인공지능 및 스마트팩토리와 관련된 미래 시장의 핵심기술을 선점하기 위함입니다. 마지막으로 연구 는 제가 주도적으로 진행하고 있는 연구로, 상세히 설명드리겠습니다. 웨어러블 로봇은 단기적 미래에 우리의 삶 깊숙이 파고들게 될 것입니다. 세계 여러 시장조사기관에서도 웨어러블 로봇 시장의 확대를 주목하고 있습니다. 이 시장의 세부기술 점유율 50% 이상이 바로 임베디드 컴퓨팅, 임베디드 센서입니다. 저희 센터의 전문기술인 임베디드 제어기술이 웨어러블 로봇 분야에서 중추적인 역할을 하게 될 것으로 기대되어 본 연구과제를 성실히 수행하고 있습니다. 또한, 연구개발에서 그치는 것이 아니라 일반인을 대상으로 한 기기 사용성 평가를 서울대학교병원과 협업하여 진행할 계획입니다. 웨어러블 로봇은 구조적으로 강체 기반(Exoskeleton)과 유연소재 기반(Exo-glove, Exo-suit )으로 구분됩니다. 현재 저희가 개발하고 있는 웨어러블 로봇은 유연소재 기반에 가까우며, 이 로봇에 필요한 전기기기 제어장치인 모터드라이브, 시스템제어기, 센서데이터 수집장치를 독자적으로 개발하고 있습니다. 모터드라이브의 특징으로는 하나의 마이크로프로세서유닛(MCU)이 세 개 모터제어의 전류제어주파수를 20kHz로 유지함과 동시에 수십 나노초(ns)로 동기화된 18개의 Pulse-width modulation(PWM) 파형을 발생시켜 모든 모터를 구동할 수 있다는 것입니다. 또한, 멀티 코어를 이용하여 시스템제어기까지 구축할 수 있기 때문에, 가격 경쟁력과 기술적 우위를 모두 선점할 수 있습니다. 연구 초반기에는 기초탐색 연구로 이를 탄탄히 검증해왔고, 2021년부터 본격적으로 진행하고 있는 이 기술은 향후 웨어러블 로봇과 다자유도 로봇 시장의 핵심 기술로 자리매김할 것으로 기대하고 있습니다.

 

연구원님께서는 국내 로봇산업의 동향과 더불어 향후 경쟁력 확보를 위해 가장 중요한 부분은 무엇이라고 생각하시는지 궁금합니다.

국내 로봇연구는 정부출연연구소를 제외하더라도 네이버랩스, 삼성전자, 서울대학교, KAIST, 현대자동차 등 고도의 기술력과 공격적인 금전적 투자를 바탕으로 활발히 진행하고 있으며, 현재 대한민국은 명실공히 로봇기술 강대국입니다. 이러한 성장 배경에는 유수한 국내 연구원들이 수행한 유연소재를 활용한 소프트 로봇, 5G 네트워크를 활용한 로봇제어, 인공지능을 활용한 로봇인지 기술 등 경탄할 만한 연구 성과가 세계연구동향에 발맞추어 창출되었기 때문입니다. 하지만, 지속적인 로봇 강대국 입지를 유지하기 위해서는 세계연구동향을 이끄는 연구뿐만 아니라 이를 뒷받침할 수 있는 로봇 기반기술에도 관심을 가져야 합니다. 가령, 대부분의 인공지능 알고리즘은 구글 사의 텐서플로우와 페이스북 사의 파이토치라는 프레임워크에서, 다자유도 로봇의 제어시스템은 Elmo Motion Control 사의 모터드라이브와 Beckoff 사의 통신기술에 편중되어 작동하고 있습니다. 이 밖에도 모터, 감속기, 전력반도체 등 상당히 많은 기술들이 해외 기술에 의존적입니다. 이러한 상황이 지속된다면, 국내 로봇산업 또한 결국 해외 의존도가 높은 산업으로 평가되는 것은 예견된 미래입니다. 경쟁력 확보를 위해 가장 중요한 점은 최신동향을 이끄는 연구와 그리고 이를 뒷받침하는 기반기술입니다. 현재 우리나라는 치열한 세계 로봇연구 경쟁 속에서 지속적인 기술적 우위를 선점하기 위해 무엇 하나 등한시할 수 없는 상황에 직면하였습니다. 하지만, 만약 제게 개인적으로 둘 중 하나를 반드시 선택해야 한다고 질문하신다면, 저는 기반기술을 선택하겠습니다. 무엇이 더 중요하다기보다 역할의 차이라고 생각합니다. 왜냐하면, 저희 센터에서는 수년 동안 공작기계 핵심제어기술을 연구해왔기에 이 기술을 확장시킨다면, 국내 로봇기술을 뒷받침할 핵심기반기술로 활용될 것임을 확신하기 때문입니다.

 

연구원님께서 최근 추진하시는 연구 가운데에서 주목하고 있는 중요이슈가 있다면 무엇인지 궁금합니다.

제가 개인적으로 주목하고 있는 로봇 연구이슈는 이질성의 공존입니다. 성질이 다른 두 개 이상의 객체가 서로 도우며 존재하는 것이죠. 대표적인 예로, 강체(Rigid body)와 유연소재(Soft material) 성질의 공존, 모델기반(Model-based)과 데이터기반(Model-free) 제어의 공존 등이 있습니다. 비전공자분들께서는 한국기술교육대학교의 BLT 그리퍼 설명을 참고하시면 쉽게 이해하실 수 있을 것 같습니다. 딱딱하면서도 유연한 소재나 구조, 수학으로 초기에는 정의되지만 학습적으로 성장해야만 풀 수 있는 문제의 해결, 즉 불가능할 것 같은 학문적·기술적 연구에 국내외 많은 연구자분들께서 노력하고 계십니다. 초기 연구단계인 분야도 있지만, 말단 면은 단단하면서도 중간 면은 부드러운 로봇 그리퍼는 현재 구매도 가능합니다. 실생활에서는 폴더블폰도 비슷한 맥락으로 접근할 수 있습니다. 다행스럽게도 국내 대학을 중심으로 이와 같은 연구들도 활발히 진행하고 있고, 저희 또한 옷처럼 착용감이 편하면서도 기계처럼 동력전달이 확실한 웨어러블 로봇개발 방향성에 대해 끊임없이 고민하고 있습니다. 이처럼 불가능할 것 같은 기술들이 지속적인 발전을 거듭하여 실생활에서 활용 가능하다면, 미래인류는 공상과학영화에서 나올 법한 장면들을 일상생활에서도 경험할 수 있지 않을까요?

 

한국전기연구원 정밀제어연구센터가 앞으로 어떤 부분에 더 집중해서 연구를 진행하면 좋을지, 연구원님께서 생각하시는 센터의 방향성이 있다면 무엇인지 여쭙고 싶습니다.

앞으로 센터의 연구 방향성은 로봇제어 기반기술의 견실성과 전기응용 분야로의 확장이라는 두 가지의 목표를 가지고 로봇의 핵심기술 연구를 병행해 나가는 것입니다. 현재 저희 센터는 국가가 당면한 기술적 사회적 문제를 해결하기 위해 산업용 로봇제어 기반기술에 집중해 왔습니다. 향후에는 보유한 기술의 용도를 의료·서비스·개인용으로, 기술은 시스템 및 통합기술로 확장시켜야 한다고 생각합니다. 두 가지를 병렬로 진행한다는 것은 사실 어렵습니다만, 다행히 저희는 지금까지 로봇제어 기반기술 단 하나에만 집중해 왔습니다. 이제는 다른 하나를 병행해도 될 만큼 모터드라이브와 네트워크 플랫폼의 기술적 노하우를 축적해왔기 때문에, 로봇 등 다양한 전기응용 분야에서도 높은 기술력을 확보할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 앞서 설명드린 연구 방향성도 중요하지만, 공공기관으로서의 역할도 꾸준히 고민해야 합니다. 공작기계용 전기기기 제어기술을 진행하면서 저희는 인증 및 시험환경에 적지 않은 불편함을 겪어왔습니다. 비단 공작기계 관련 연구뿐만 아니라, 상용화까지 이르지 못하고 연구차원에서 그치는 우수한 국내 기술들이 생각보다 많습니다. 이러한 문제를 해결하려면, 저희 센터의 노력만으로는 역부족이라고 판단됩니다. 때문에, 지자체와 산학연 협의체를 구성하여 연구-개발-인증-상용화까지 수행해야 하는 전()주기적인 장기연구개발 사업 증진 및 상용화 인증 편의성을 위한 기반 구축에도 관심 깊게 노력해야 한다고 생각합니다.

 

이창혁 한국전기연구원 정밀제어연구센터 선임연구원 [사진=한국전기연구원]
이창혁 한국전기연구원 정밀제어연구센터 선임연구원 [사진=한국전기연구원]

끝으로, 연구원님께서 가장 기억에 남았던 순간이 있다면 무엇인지 궁금합니다.

어릴 적부터 로봇을 좋아하긴 했지만, 로봇연구자로 직업을 결정한 계기는 대학교 3학년 시절에 농촌봉사활동을 경험했을 때였습니다. 내리쬐는 햇살아래 피부가 까맣게 그을린 농부의 농사일을 대신할 농업자동화 로봇을 막연하게 개발하고 싶었습니다. 하지만, 저의 첫 로봇연구주제는 장애인분들을 위한 재활로봇관련 연구였습니다. 농업자동화는 아니었지만, 큰 관점에서 보면 동일한 목적의 로봇연구라고 여겨졌습니다. 돌이켜 생각해보면 저는 참 운이 좋았던 것 같습니다. 재활로봇을 연구하면서 여러 장애인분들을 만날 수 있게 되었고, 그분들께서 정말 필요로 하는 기기를 개발하고 싶었습니다. 우연찮은 기회로 장애를 가지고 계셨던 단 한 분을 위해 간단한 기기를 개발한 적이 있었는데, 아직도 그분께서 당시 동료 연구원분과 제게 하신 말씀이 기억납니다. “제 신체의 일부를 얻은 것 같아요.” 일생일대의 성취감이었고, 이 경험이 제 연구의 원동력이 되었습니다. 그 후로 모두에게 이로운 로봇공학이 제 꿈이 되었고, 저의 연구결과물이 세상에 올바른 형태로 널리 이롭게 사용되기를 항상 희망하고 노력하고 있습니다.

 

마지막으로 전하고 싶은 말씀 있으시면 부탁드리겠습니다.

먼저, 모든 관계자분들께 감사의 인사를 드립니다. 감히 말씀드리면, 사회의 모든 구성원은 항상 실패와 실수를 경험하며 이를 극복하고 성장해나간다고 생각합니다. 이러한 구성원들이 모인 공동체는 당연히 성장할 수밖에 없겠지요. 지금까지 국가과학기술연구발전을 위해 끈기를 바탕으로 집요하게 연구하고 성장해오신 모든 구성원들께 그동안의 노력들이 결코 헛되지 않았고, 미래를 선도하게 될 것이라는 응원의 메시지를 보냅니다. 마지막으로, 지금까지 앞만 보고 연구에 매진하신 정밀제어연구센터 연구원분들께 이 자리를 빌려 진심으로 감사를 전합니다.


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