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Nikkei X-TECH_2023.2.22

첨단기술 뉴스 플러스
원격 조작 로봇의 감각을 리얼하게
NTT도코모와 게이오대, 무선 저지연 기술로 실현

NTT도코모와 게이오대학 햅틱연구센터(이하, 게이오대)는 향후 상용 5G망에 구현될 가능성이 있는 초고신뢰 저지연 기술 ‘URLLC(Ultra-Reliable and Low Latency Communications)’를 이용해 사람 손을 움직였을 때 감지하는 반응을 무선으로 원격지로 전송, 최대 96% 재현하는 데 성공했다.

그 성과를 NTT도코모가 23년 2월 2일부터 28일에 걸쳐 온라인 개최하고 있는, 연구개발이벤트 ‘docomo Open House 2023’에서 공개하고 있다. NTT도코모는 URLLC의 구현에 대해 “현시점에서는 구현 자체도 포함해 검토하고 있다. 상용을 위해 검토해 나간다”(홍보 담당자).

이번 실험 결과는, 앞으로 모바일 데이터 통신을 사용해 언제 어디서나 동작 정보를 사람과 원격 조작 로봇 간에 주고받을 수 있는 가능성을 나타냈다고 할 수 있다.

게이오대는 원격 조작 로봇을 위해 사람이 느끼는 섬세한 감각을 원격지로 전달하는 ‘리얼 햅틱’ 기술을 개발하고 있다. 리얼 햅틱은 원격 조작 로봇에게 사물의 반응을 느낄 수 있는 능력을 부여해 사람이 가진 섬세한 힘 조절에 기반해 제어할 수 있도록 하는 기술이다.

조작 측 장치를 ‘마스터’, 조작되는 측 장치를 ‘슬레이브’라고 부른다. 마스터와 슬레이브의 위치, 힘, 속도를 동기화해 반응 정보를 전송함으로써 사람의 힘조절에 기반한 원격 조작을 실현한다.

이 실현에서는 저지연 통신 상태를 변동 없이 유지하는 것이 중요하다. 지연 시간이나 그 변동이 크면 사람 조작 측과 로봇 측에서 동기화가 되지 않아 로봇이 제어 불가능한 상태에 빠지기 때문이다.

하지만 LTE는 물론 현재의 5G에서도 모바일 데이터 통신을 통해 선명한 반응 정보를 사람에게 위화감 없이 전달하기는 어려워 지금까지는 유선 접속이 필요했다.

한편, 향후 5G에 구현될 가능성이 있는 URLLC를 사용하면 무선으로 리얼 햅틱을 실현할 수 있다는 것을 이번에 실증했다. URLLC는 이동통신 표준화 단체 3GPP(The 3rd Generation Partnership Project)가 정한 LTE/LTE-Advanced의 고도화 사양을 포함한 규격 ‘Release 15’에서 규정되어 있다.

무선신호 전송 시간의 단축, 패킷 수신 성공률을 높이기 위한 재전송에 소요되는 시간 단축, 패킷 수신 성공 확률 개선 등의 기술을 기반으로 하고 있다. NTT도코모의 담당자에 따르면 “URLLC를 사용한 경우의 지연 시간은 한방향으로 10ms(밀리초), 쌍방향으로 20ms의 레벨이었다. 이는 유선과 동등하다”라고 설명한다.

이를 통해 유선 통신으로는 실현이 어려웠던 옥외 이용이나 사람이 출입하기 어려운 장소에서 사람의 정교한 힘조절을 필요로 하는 작업을 원격 로봇이 대신할 수 있게 된다고 한다.

-- 지연이 있으면 제어 불가능 --
이번에 NTT도코모와 게이오대는 슬레이브에 걸리는 작용력을 마스터로 재현한 정도를 ‘반응량’이라고 정의했다. 스폰지를 잡는 파지 동작에서의 반응량에 대해서 URLLC를 통한 경우와 현행의 5G 고속 대용량 통신 eMBB(enhanced Mobile Broadband)를 통한 경우의 반응량 재현율에 대해 각각 검증했다.

구체적으로는 URLLC의 요건을 충족하는 실험 장치를 통해 리얼 햅틱을 이용한 로봇의 원격 조작이 가능하도록 네트워크 장치를 구성하였다. 마스터와 슬레이브는 반응 정보를 양방향으로 공유하기 위해 서버는 마스터로부터 받은 패킷을 슬레이브로, 슬레이브로부터 받은 패킷을 마스터로 전송하는 제어를 수행한다.

그리고 전송거리의 길이를 시뮬레이션하기 위해 네트워크 에뮬레이터(네트워크에서 발생하는 지연, 지터, 패킷 손실 등의 다양한 현상을 재현할 수 있는 장치)를 통해 고정지연을 추가했다.

결과는 이렇다. URLLC를 통해 고정지연을 추가하지 않았을 경우 반응량을 96% 재현할 수 있었다. 또한 고정지연의 추가량이 30ms 이하이면 80% 이상의 반응량을 재현할 수 있음을 확인했다. 이 수치는 유선통신으로 얻을 수 있는 반응량과 거의 동등한 것으로, 실제로 물체를 직접 잡는 반응과 거의 같다고 한다. 또한 재현율은 한방향이 아니라 쌍방향으로 실현되고 있다.

반면 eMBB 재현율은 고정지연량이 제로일 경우 39%, 평균 43%였다. 무선 구간에서 발생하는 지터로 인해 현재의 상용 5G로는 섬세한 반응을 재현하기 어렵다.

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