전기전자/정보통신

Journal of The Japan Institute of Electronics Packaging_2016_Vol.19 No.6 (p368~420)

일렉트로닉스 실장학회지

[머리말]
●로봇 기술의 미래에 기대하고 있다.
Mitsuo Usui / 일본전신전화주식회사 NTT디바이스이노베이션센터 상임이사


[특집논문]
●최신의 로봇기술과 연구개발의 동향
Hajime Asama / 도쿄대학대학원 공학연구과

1. 서론
현재, 다시 인공지능과 함께 로봇기술이 주목 받고 있다. 하지만, 일본은 로봇대국이라고 불리면서도, 로보틱스라고 불리는 연구와 사회실장 및 로봇산업으로서의 사업화가 연동되고 있지는 않았다.
이 논문에서는, 현재 어떻게 로봇기술의 연구개발이 이루어지고 있는가에 대해서, 지금까지의 역사와 경위도 포함하여 소개하는 것과 함께, 그 사회실장에 있어서 어떠한 접근이 필요한지에 대해서 밝힌다.

2. 로봇기술이란

3. 로봇의 연구개발의 역사와 최근의 동향
 3-1. 로봇개발의 역사
 3-2. 제조업에 있어서 로봇기술의 연구개발
 3-3. 비제조업에 있어서 로봇기술의 연구개발
 3-4. 세계의 로봇시책∙프로젝트의 동향

4. 서비스로보틱스에 있어서 연구개발의 새로운 전개
 4-1. 적응하는 서비스제공을 가능하게 하는 환경지능화 서비스미디어
 4-2. 이동지능 혹은 신체성 시스템 과학 연구
 4.3. 재해대응 로봇에 관한 연구개발과 사회실장

5. 결론
현재, 다시금 주목 받고 있는 로봇 기술의 연구개발동향에 대해서 소개하는 것과 함께, 그 사회실장과 보급에 있어서 과제 등에 대해서 밝혔다. 인공지능(심층학습 등), 빅데이터, IoT, CPS 등도 주목 받고 있지만, 로봇기술도 이것들의 기술과 융합∙진화하는 것으로 인해, 앞으로 새로운 기능의 실현과 더욱더 응용분야가 확대될 것이라고 기대된다.

로봇기술은, 각종 분야에서 사회적인 문제해결의 최후의 수단으로 기대 받고 있지만, 지능화가 얼마나 이루어지는가와 함께 로봇기술에 의해 사람이 행하는 작업을 완전하게 대체하는 것은 기술적으로 어렵다. 오히려 로봇기술에서 사람을 지원한다고 하는 생각하는 쪽이 사회에 받아들여지기 쉬울 것이다. 또한, 많은 법률과 작업요령과 가이드라인은, 로봇의 이용을 상정한 것이 아닌, 사람이 실시하는 것을 전제로 작성된 것이며, 로봇기술의 활용을 적극적으로 추진한다면, 이것들을 완화와 재검토도 유연하게 이루어지는 것이 필요하다.


●나의 로봇혁명에 대한 접근법
Ken Ichiryu / 주식회사키쿠치제작소

1. 나의 경험에서 나온 로봇개론
로봇공학의 기초는 이런 물건이 있으면 좋을 텐데, 만들고 싶다 라고 하는 것에서 자연히 발상된다. 다양한 물건이 로봇이 되는 유연한 사고가 전제가 되지만 실용화를 하기 위해서는 메카트로 기술과 혼연일체가 되는 것이 필요하다.

로봇으로 축구를 하고 싶다라는 것에서 ROBOCUP이 탄생했다. 방의 청소는 힘들기 때문에 청소로봇 「룸바」가 탄생했다. 대화상대가 필요해, 말하고 싶다고 하는 요구에서 페퍼로 대표되는 각종 대화 로봇, 하늘에서 지상을 자유로이 관찰하고 싶다는 것에서 드론로봇, 직접 판단하고 작업해주면 좋겠다 라는 것에서 지능로봇이라고 하는 것이 탄생했다.

일본에서는 기계장치, 서양에서는 시계, 오르골이 로봇의 원조라고 불리는 것처럼 움직임이 대전제로 동력을 어떻게 전달하는가에서 각종 기어기술 등의 각종 기계요소가 발전하여 이전의 캠식 공작기계로 이어졌던 것이다.

현재는 기계식 동력변환은 비주류이며 모터로 변환하는 것이 주류이다. AC, DC서보모터, DD모터가 사용되지만, 고성능 자석의 채용으로 소형화하기 쉬워졌다. 유공압 액츄에이터도 적용의 방법에 따라서는 강력한 도구가 된다.

2. 나의 로봇혁명, 메카트로 로봇의 시대(1960~2000)

3. 나의 로봇혁명, 메카트로 복지 로봇의 시대(2000~)

4. 미나미소마 지역에 로봇의 대학단지의 혁성을 목표로

5. 미나미소마 지역에 간호복지로봇 실증거점


●안드로이드를 활용한 필드 실험을 통한 사람의 대화원리의 이해
Kohei Ogawa / 오사카대학 기초공학연구과

1. 안드로이드 연구
우리는 왜 다른 사람의 존재감을 느끼는 것인가. 또 그 존재감은, 어떻게 다가오고, 생각하게 하고, 그리고 전달되고 있는 것인가. 이러한, 사람의 존재감에 대해서의 미스터리를 연구하기 위해, 우리는 한 특정 인물과 외관이 매우 닮은 안드로이드의 Geminoid(제미노이드)를 개발해왔다. 제미노이드라고 하는 단어는, 라틴어로 쌍둥이를 의미하는 「geminus」와 「~다움」을 의미하는 접미사인 「~oid」를 조합한 조어이다. 이름이 뜻하는 대로, 제미노이드는 실재하는 사람의 카피로서 존재하는 것이 가능하다. 왜냐하면, 제미노이드는 로봇이지만 네트워크와 센서시스템을 활용한 원격조작시스템을 활용하는 것으로, 외관만이 아닌, 움직임도, 오리지널의 사람과 똑같이 하는 것이 가능하기 때문이다.

지금까지, 사람과 관계된 로봇의 연구는, 심리학에 있어서 명확해진 사람끼리의 대화의 식견을 로봇에게 적응가능 여부의 시점에서 연구가 진행되어 왔다. 하지만, 반대로 로봇과 사람의 대화연구에 있어서 식견에서, 심리학에 공헌은 충분하지 않았다. 그 이유는, 로봇의 외관이 사람이 가지는 외관과 크게 다르기 때문에, 외관이 사람의 행동과 심리에 미치는 영향이 크기 때문이다. 그 때문에, 얻은 결과의 원인이 움직임인지, 행동인지, 혹은 외관인지를 명확하게 보여주는 것이 어려웠다. 우리는 외관이 사람과 흡사한 안드로이드, 제로노이드를 활용하는 것으로 인해, 이 문제를 해결하는 것이 가능하다고 생각한다. 즉, 외관과 움직임을 사람과 비슷하게 하는 것으로, 보다 정량적인 평가를 하는 것이 가능해지고, 이러한 연구의 틀을 「안드로이드 사이언스」라고 이름 붙여, 이 틀 안에서 다양한 연구를 실시해왔다.

현재, 안드로이드를 활용한 연구를 진행함에 있어서, 사람과 안드로이드의 존재감과 아이덴티티라고 하는 본질적인 문제만이 아닌, 사람과 안드로이드의 대화 그 자체에 대해서의 연구과제가 떠올랐다. 지금까지는, 안드로이드와의 대화와 안드로이드의 원격조작으로 일어나는 인지활동과 행동의 변화를 인식하는 것으로 다양한 연구를 진행해왔다. 하지만, 그 대화가 왜 성립되고 있는가, 또한, 그 때 실장 하지 않았음에도 불구하고, 안드로이드의 무언가의 의도와 욕구를 느껴버리는 이유 등, 사람과 안드로이드와의 대화 그 자체에 대해서는, 해결되지 않은 문제가 많이 남아 있는 것이 밝혀졌다.

본 논문에서는, 지금까지 실시해 온 안드로이드를 활용한 필드실험을 통해 밝혀진, 사람과 안드로이드의 사이의 대화에 대해서 논의하는 것으로, 차세대의 사람과 로봇의 대화시스템의 설계의 방법론 혹은, 사람의 대화의 본질적인 문제에 대해서 밝힌다.

2. 안드로이드 로봇
 2-1. 안드로이드의 연구개발

3. 사람과 대화하는 안드로이드
 3-1. 원격조작으로 인한 대화 @카페테리아
 3-2. 감정표현으로 인한 대화 @신주쿠타카시마야
 3-3. 터치디스플레이를 활용한 대화 @나니와타카시마야

4. 대화의 본질


●착용하는 근육보조장치 「머슬슈트」
Hiroshi Kobayashi / 도쿄이과대학 공학부기계공학과

1. 서론
신체기능을 확장하는 장치의 구체화는, 1960년대 후반의 Hardiman에서 시작되었다. 이것은, 코넬대학과 GE의 공동개발로, 유압을 구동력으로 이용하고, 30 자유도, 총중량 680kg로, 양손, 양다리 모두 착용자의 힘을 25배 증폭하는 것을 목적으로 했다. 악력에 관해서는 그것을 실현했지만, 전신의 동작은 원래보다, 악력 이외의 동작보조에 대해서는 실현되지 않고, 매우 도전적인 개발이었지만, 근력보조와 동작지원 등의 신체기능확장의 어려움을 명확히 한 사례가 되었다. 이후, 신체기능확장에는 많은 연구가 이루어졌지만, 학술논문수준에 그치고, 제품화 된 것은 거의 없다.

「허리보조용 머슬슈트」는, 신체에 장착하고, 공기압에 의해 구동하는 인공근육을 동력으로, 140 Nm(약 35kgf)라고 하는 큰 보조력을 매끄럽게 착용자의 움직임을 보조한다. 작업자를 대상으로 한 장착하는 근육보조장치로서의 제품화는 세계에서 처음이라고 생각된다. 개발 당초부터 유저의 의견을 반영해왔기 때문에, 심플한 구조와 저렴한 가격을 실현하고, 공장∙물류∙간호∙건설∙농업 분야 등, 이미 1,200대 이상을 출하하고 있다.

특집에서는, 머슬슈트 개발의 경위, 머슬슈트의 개요, 현상, 향후의 전개에 대해서 밝힌다.

2. 머슬슈트 개발의 경위

3. 허리보조용 머슬슈트
 3-1. Mckibben형 인공근육
 3-2. 허리보조용 머슬슈트의 동작원리와 특징

4. 허리보조용 머슬슈트의 현상과 전개
 4-1. 기능회복훈련(재활치료)에서의 이용

5. 결론


●복지 로봇과 휴먼인터페이스
Nobuki Nakazawa / 군마대학대학원 이공학부

1. 서론
최근, 일본의 고령자인구는 매년 증가하고 있고, 심각한 사회문제이다. 2016년의 총무성 통계국의 보고서에 의하면, 총인구 1억 2,696만명 중, 65세 이상의 인구는 사상 최대인 3,409만명으로 총인구의 26.8%를 차지하고 있는 것이 보고되고 있다. 총인구가 감소하면서 고령비율은 상승하고, 2060년에는, 고령자는 총인구의 39.9%에 달해, 2.5명 중 1명이 65세 이상이 된다고 예측되고, 간병인의 부족이 염려되고 있다. 이와 같은 사회적 배경에서, 최근, 고령자의 자립과 간병인을 지원하는 복지 로봇이 주목 받아 왔다. 복지 로봇을 다룰 때에는, 사람과의 친화성 및 편리성을 높이기 위해, 사람과의 연결고리가 되는 “휴먼인터페이스”는 중요한 요소의 한 가지로 생각할 수 있다. 이 특집에서는, 복지 로봇과 사람을 연결하기 위한 휴먼인터페이스에 대해서 소개한다.

2. 조작부위와 인터페이스
 2-1. 손가락
 2-2. 입
 2-3. 눈
 2-4. 얼굴

3. 생체신호를 토대로 한 인터페이스
 3-1. 안전도
 3-2. 근전도
 3-3. 뇌파

4. 결론


●집적회로에서 실현한 인공뇌를 활용한 MEMS 마이크로로봇
Ken Saito / 일본대학 이공학부 정밀기계공학과

1. 서론

2. MEMS 마이크로로봇의 미세한 기계기구
 2-1. 기계기구의 구성요소
 2-2. 미세기계기구의 동작

3. MEMS 마이크로로봇의 미세한 전기기구
 3-1. 전기기구의 구성요소
  3-1-1. 인공뇌
  3-1-2. 전류출력회로
  3-1-3. 베어 칩
 3-2. 미세전기기구의 동작

4. 실장결과

5. 결론


●스테레오카메라로 자율주행 실현의 가능성
Keiji Saneyoshi / 도쿄공업대학 방사선종합센터

1. 자율주행으로의 여정

2. 자율주행에 필요한 정보와 수집수단
 2-1. 필요한 정보
 2-2. LIDAR
 2-3. 밀리파 레이더
 2-4. 단안카메라

3. 스테레오카메라의 원리

4. 리얼타임을 실현하는 하드웨어

5. 교통환경인식
 5-1. 하얀 선의 검출
 5-2. 입체물의 검출

6. 자기위치인식

7. 미래를 향해


●시가지에서의 자율주행을 위한 비선형모델 예측제어 알고리즘과 내장ECU로의 실장
Teppei Hirotsu / 주식회사 히타치제작소 연구개발그룹 제어이노베이션센터

1. 서론

2. 관련연구

3. 비선형모델 예측제어를 활용한 경로생성
 3-1. 자율운전 시스템 개요
 3-2. 문제설정 -- 교차로 비보호 좌회전의 경우 --
 3-3. 비선형모델 예측제어
 3-4. 평가관수의 설계
 3-5. 최적화 Solver의 선정
 3-6. ABC 알고리즘

4. 경로생성 알고리즘의 고속화수법
 4-1. 병목현상의 분석
 4-2. 충돌확률연산의 고속화
 4-3. CPU 내장 FPGA를 활용한 병렬화
 4-4. 성능평가결과

5. 결론


●산업용 드론의 기술과 애플리케이션에 대해서
Kazuo Ichihara / 주식회사 프로드론 연구개발본부

1. 산업용 드론의 현상
 1-1. 신뢰성에 대한 과제
 1-2. 안전성에 대한 과제
 1-3. 유저빌리티(Usability)에 대한 과제

2. 산업용 드론의 애플리케이션 / 서비스 사례
 2-1. 공중촬영
 2-2. 점검
 2-3. 측량
 2-4. 농업
 2-5. 물류
 2-6. 기타

3. 산업용 드론에게 요구되는 기술요소와 앞으로의 기술
 3-1. 신뢰성에 관련된 기술요소
 3-2. 안전성에 관련된 기술요소
 3-3. 조작의 용이성에 관련된 기술요소

4. 앞으로의 드론 기술


●AI를 활용한 로봇 등, 디바이스 연계 서비스를 손쉽게 개발 가능하게 하는 기술 「R-env : 연무®」
Takashi Hosobuchi / NTT 서비스에볼루션연구소

1. 서론

2. 목표로 하는 세계
 2-1. R-env가 목표로 하는 간단한 서비스 작성의 레벨

3. 종래의 기술

4. 클라우드 대응형 인터렉션 제어 기술 R-env : 연무®
 4-1. R-env의 접근
 4-2. R-env의 시스템이미지
 4-3. 서비스 개발환경 기능
 4-4. 디바이스 접속과 개발환경과의 연계

5. 해카톤(Hackathon)의 실시
 5-1. 실시내용
 5-2. 실시결과
 5-3. 평가

6. 결론

      -- 끝 --