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[인공지능신문] UNIST 연구팀, 소리 알아 듣는 인공피부 기술 개발...소음 환경에서도 AI 통해 95% 정확도로 사람 목소리 인식

암이란
2022-03-27
조회수 707

UNIST 연구팀, 소리 알아 듣는 인공피부 기술 개발...소음 환경에서도 AI 통해 95% 정확도로 사람 목소리 인식


  • 기자명 최광민 기자 
  •  
  •  입력 2022.03.27 12:00
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소리·촉감·동작 모두 전달하는 HMI 기술로 아바타 로봇 컨트롤, 일정 주파수에서 작동하는 로봇 손 시스템, 가상현실, 증강현실, IoT 등의 분야에서 응용될 것으로 기대

연구팀이 제작한 센서연구팀이 제작한 센서

소리를 들을 수 있는 인공피부로 로봇을 조종하는 인터페이스 기술이 도래됐다.

로봇이 인공피부를 통해 물질의 촉감을 구별하며, 소리를 인식해 명령을 수행하는 기술이다. 사람의 동작까지 그대로 따라 할 수 있다. 인공지능(AI), 메타버스, 아바타 로봇 시대에 꼭 맞는 기술로 주목받고 있다.

UNIST(총장 이용훈) 고현협(에너지화학공학과)·김재준(전기전자공학과) 교수팀은 사람 동작, 촉감, 소리 등을 모두 인식해 기계에 전달할 수 있는 사람-기계 인터페이스(Human-Machine Interface, HMI)를 개발했다.

(좌측 하단부터 반시계방향) 고현협 교수, 김재준 교수, 채희영 연구원, 강동희 연구원.(좌측 하단부터 반시계방향) 고현협 교수, 김재준 교수, 채희영 연구원, 강동희 연구원.

연구팀은 “버튼이나 키보드를 누르는 대신 정보를 직관적으로 기계에 전달하는 방식의 사람-기계 인터페이스”라며 “센서가 얇고 부착 가능해 다양한 가상현실 (VR), 증강현실 (AR), 사물 인터넷 (IoT) 기술에 쓸 수 있을 것”이라고 기대했다.

이 인터페이스는 귀의 달팽이관 구조(basilar membrane, 기저막)를 모방한 인공피부 센서를 기반으로 한다. 기저막은 두께와 너비, 단단함 정도가 부위별로 달라 소리를 주파수별(두께와 탄성율의 차이로 공진 주파수가 달라지는 현상)로 구분해 받아들 수 있는 원리를 응용했다. 또 센서 내부 구조를 특수하게 설계해 기존 평면 형태 센서보다 압력 민감도가 최대 8배 향상됐다.

특히, 외부 소음 환경에서도 인공지능 머신러닝을 통해 95% 정확도로 사람 목소리만 인식 가능해 소음 제거 기능을 탑재한 마이크로도 쓸 수 있다.

달팽이관 기저막을 모방한 센서 기술로 제작된 마찰 전기 센서를 응용하는 기술. 오른쪽부터 소음 제거 음성 인식, 촉감 인식(인공피부 기능), 동적 움직임 감지와 아바타 로봇 컨트롤 시스템.달팽이관 기저막을 모방한 센서 기술로 제작된 마찰 전기 센서를 응용하는 기술. 오른쪽부터 소음 제거 음성 인식, 촉감 인식(인공피부 기능), 동적 움직임 감지와 아바타 로봇 컨트롤 시스템.

인식 주파수 대역폭도 45 ~ 9,000 Hz(헤르츠)로 사람의 심전도 신호 (0.5 ~ 300 Hz), 근전도 신호 (50 ~ 3,000 Hz), 심음도 신호 (20 ~ 20,000 Hz), 목소리 (100~400 Hz) 와 같은 생체 신호를 모두 인식할 수 있다.

개발한 마찰 전기 센서의 주파수 선택성: (A) 개발된 마찰 전기 센서에 음성 신호를 시중의 마이크와 비교하는 실험의 모식도. (B) 개발된 마찰 전기 센서의 실제 사진.개발한 마찰 전기 센서의 주파수 선택성: (A) 개발된 마찰 전기 센서에 음성 신호를 시중의 마이크와 비교하는 실험의 모식도. (B) 개발된 마찰 전기 센서의 실제 사진.

센서의 이러한 특성 덕분에 사람의 동작처럼 느리게 반복되는 저주파 신호뿐만 아니라 빠르게 진동하는 소리, 촉감 같은 고주파 신호도 낮은 신호 대 잡음비로 기계에 모두 전달할 수 있다.

연구팀은 이 센서를 활용한 아바타 로봇 손 제어 기술, 스마트 햅틱 장갑 같은 응용 기술을 선보였다. 소리로 아바타 로봇 손을 조종하는 시연에서는 주파수를 바꿔 로봇 손의 손동작을 조종할 수 있었다.

아바타 로봇 분야에 센서를 응용한 실험으로 (F)센서를 굽혔을 때의 정도에 따른 출력 전압 신호의 크기를 나타낸 그래프. (G)사용자가 손가락 굽힘 정도를 바꿀 때 아바타 로봇손이 이를 따라 하는 모습. (H)스마트 글러브에 5개의 마찰 전기 센서를 연결한 뒤, 블루투스 모듈로 연결하였을 때의 작동 사진. 각각의 손가락을 개별적으로 움직여 사용자의 동작을 따라 할 수 있다. (J) 일정 주파수에만 특정한 손가락 동작을 따라 하도록 인터페이스를 설계했을 때 로봇이 이를 따라 하는 이미지(표:논문캡처)아바타 로봇 분야에 센서를 응용한 실험으로 (F)센서를 굽혔을 때의 정도에 따른 출력 전압 신호의 크기를 나타낸 그래프. (G)사용자가 손가락 굽힘 정도를 바꿀 때 아바타 로봇손이 이를 따라 하는 모습. (H)스마트 글러브에 5개의 마찰 전기 센서를 연결한 뒤, 블루투스 모듈로 연결하였을 때의 작동 사진. 각각의 손가락을 개별적으로 움직여 사용자의 동작을 따라 할 수 있다. (J) 일정 주파수에만 특정한 손가락 동작을 따라 하도록 인터페이스를 설계했을 때 로봇이 이를 따라 하는 이미지(표:논문캡처)

또한 사용자가 스마트 햅틱 장갑을 끼고 움직이면 아바타 로봇 손이 사용자의 손 움직임을 그대로 따라 했으며, 유리, 종이, 실크 등 8가지 다른 물질의 질감도 93% 정확도로 인식했다.

이번 연구는 미국과학협회(AAAS)에서 발행하는 세계적인 권위지 사이언스 (Science) 의 자매지인 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 '듀얼 모드 동적·정적 인간-기계 인터페이스를 위한 주파수 선택적 음향 및 햅틱 스마트 피부(requency-selective acoustic and haptic smart skin for dual-mode dynamic/static human-machine interface-다운)' 란 제목으로 25일(현지시각) 자로 게재됐다. 


 최광민 기자 ckm0081@aitimes.kr
 
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