실체를 가진 로봇의 움직임을 활용한 시스템으로 이해되는 로봇폰은 로봇 입력 인터페이스로 사용되는 의사소통장치이다. 로봇폰은 동적 정보를 시각으로뿐만 아니라, 촉각을 통해 받아들이는 것이 가능하므로 시각, 촉각, 청각을 통합하여 전달하는 새로운 종류의 전화라고 할 수 있다.

1. 로봇폰(RobotPHONE)

로봇폰(RobotPHONE)이란 로봇이 소유한 신체성에 착안한 로봇 입력 인터페이스로서 사용하는 의사소통장치이다. RobotPHONE에서는 떨어진 장소에 존재하는 로봇의 모양이나 움직임, 위치 등을 쌍방 제어(bilateral control)함으로써 실시간으로 동기화시켜 로봇의 동작을 상호 교환할 수 있게 한다.

통상적인 전화가 음성 미디어를 통해 의사소통을 시도하는 시스템이라고 한다면, RobotPHONE은 실체를 가진 로봇의 움직임을 활용한 시스템으로 이해되며 일반 전화와는 차별화 되고 있다.

RobotPHONE에서는 입력과 출력의 인터페이스로서 물리적인 실체를 가진 로봇을 사용하기 때문에 실제로 로봇에 접촉하여 상대의 힘을 느낄 수가 있다.

즉, RobotPHONE은 동적 정보를 시각으로뿐만 아니라 촉각을 통해 받아들이는 것이 가능하므로, 시각, 촉각, 청각을 통합하여 전달하는 새로운 종류의 전화라고 말할 수 있다.

여기서는 먼저 RobotPHONE 착상의 배경이 된 로봇을 유저 인터페이스로 포착하는 로봇 유저 인터페이스(RUI: Robotic User Interface)의 개념을 설명하였다. Sekiguchi 등은 RUI를 출발점으로 하여 RobotPHONE의 아이디어를 얻었으나 생성된 것은 모션 미디어(motion media)가 중심적 역할을 수행하는 시스템이기도 하였다.

다음으로 RobotPHONE의 실제 장착에 대해 설명하였다. Sekiguch 등은 2000년경에 RobotPHONE의 연구를 시작해서 지금까지 뱀형, 곰의 봉제형 로봇을 사용한 RobotPHONE을 제안해 왔다.

그 중에서도 곰의 봉제형 RobotPHONE은 Tokyo 대학 기술이전기관(TLO: Technology Licensing Organization)을 매개로 하여 산학 제휴에 의해 Iwaya(주)로부터 2003년 10월에 ‘IP 로봇폰’으로 상품화되고 있으며, 특히 상품화된 ‘IP 로봇폰’을 중심으로 그 시스템 구성에 대해 설명하였다.

끝으로 IP 로봇폰의 SDK(Software Development Kit)를 개발함으로써 움직임을 서로 교환하는 전화라고 하여 처음부터 상정해 본 사용방법뿐만 아니라 PC에 연결되는 유저 인터페이스 장치인 RUI로서 보다 범용으로 활용할 수 있도록 하였다. 그리고 RUI 및 모션 미디어의 개발 플랫폼(platform)이 되도록 지향한 시도에 대해 설명하였다.

2. 로보틱 유저 인터페이스(RUI)

RobotPHONE의 아이디어는 네트워크를 경유한 개인적인 로봇 원격제어 시스템 연구를 실행하는 과정에서 지금까지 Sekiguchi 등이 실행해 온 제어수법이나 통신 프로토콜(protocol) 등의 설계를 계속 쌓아가는 방법과는 다르게 접근한다. 그동안은 상향식 접근이었다면 로봇폰은   하향식 접근으로서 실제로 사용되는 응용 측에서 생각해 나감으로써 산출되었다.

RUI의 발상 자체는 종래의 GUI(Graphical User Interface) 한계에 대한 문제의식을 바탕으로 하고 있다. 그래서 먼저 종래의 GUI 한계점을 명확히 하는 것으로부터 RUI의 설명을 시작하기로 한다.

GUI는 WIMP(Window, Icon, Menu, Pointing Device)나 WYSIWYG(What You See Is What You Get)의 어휘로 나타내는 바와 같이 마우스 등의 포인팅 디바이스(Pointing Device)와 비트맵 디스플레이(bitmap display)를 조합함으로써 직감적인 조작체계를 실현하고 있다.

GUI의 한계를 타파하는 선구적인 시도에 대해 살펴보면, 새로운 센싱 기술을 도입함으로써 실세계와 정보세계를 자연히 융합해 가려고 하는 실세계 지향 인터페이스나 디지털 정보를 실제 목표물과 결부시킴으로써 물리적으로 정보세계에 액세스(access)를 가능케 하는 것을 지향한 Tangible Bits라고 불리는 개념에 따른 일련의 연구를 그 예로 들 수 있다.  물리 에이전트(agent)로서의 지능로봇이나 VR에 있어서 촉각제시장치 등은 RUI의 한 예로서 파악할 수가 있다. 지능로봇의 경우 RUI의 개념에 따라 생각되는 것은 로봇의 신체가 탑재되어 있는 컴퓨터의 표시장치로서 작용하고 있다는 것이다.

한편, 촉각제시장치는 컴퓨터 내부에 유지되어 있는 목표물의 물리 모델을 사용자에게 촉각 형태로 제시한다.

더욱이 사용자로부터의 입력에 따라 내부의 물리세계 시뮬레이터를 갱신하기 위해 컴퓨터의 표시장치 및 입력장치로서 기능하고 있는 것이 RUI라고 말할 수 있다.

가. 전체 설계

연구단계에서 시험제작한 RobotPHONE(곰의 봉제형 로봇)은 수족에 각 2자유도(DOF: Degree Of Freedom), 두부에 3자유도의 합계 11자유도를 가지고 있으며, 각각의 로봇에 접속된 원 터치 PC에 의해 제어된다. 또한, 각 로봇의 원 터치 PC는 시리얼(Serial) 통신에 의해 직접 접속되어 PC 등을 필요로 하지 않고 단체로 동작가능하게 되어 있다.

IP 로봇폰의 시스템에서 로봇과 PC는 USB에 의해 접속되고, 더욱이 스피커와 마이크를 로봇에 내장함으로써 로봇에 말을 거는 형태로 통화할 수 있도록 하고 있다. 음성통화는 H.323 등 기존의 VoIP 시스템과 상호 교환하는 것도 고려되었으나 주로 개발비용면에서 독자적인 음성통화 프로토콜을 채용하고 있다.

나. 기구, 회로 설계

로봇의 자유도는 손에 각 2자유도, 두부에 2자유도의 합계 6자유도로서 시험제작 시스템에 비해 다리부의 자유도를 생략함으로써 비용의 상승을 억제하고 있다. IP 로봇폰에서는 힘 센서를 사용하지 않는 쌍방 제어를 하기 위해 특히 관절의 액추에이터 유닛(actuator unit)에 대해 외부로부터 힘을 부가함으로써 수동적으로 관절 각도를 바꿀 수 있도록 되어 있는 것, 즉 백 드라이브어빌리티(back driveability)가 있다는 것이 매우 중요하게 된다.

회로 설계에서는 IP 로봇폰이 일상생활 중에서 보통 이용되는 장치일 것, 상대와의 의사소통을 위한 음성이라는 음 정보를 취급하는 것으로부터 모터 구동에 이용되고 있는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어의 캐리어(career) 주파수 설정을 인간의 가청영역 이상으로 설정하고, 청각 장애음을 될 수 있는 대로 발생시키지 않도록 주의를 환기시켰다.

다. 제어, 소프트웨어 설계

IP 로봇폰은 PC를 매개로 하여 인터넷 경유로 통신하기 위해 인터넷과 같이 통신 지연시간이 비교적 크고, 게다가 변동도 심하여 예상하기가 어려운 통신로에서도 안정적으로 제어할 수 있는 쌍방 제어법을 고려하는 것이 하나의 커다란 기술적 과제였다.

인터넷으로 볼 수 있는 것과 같은 통신지연이 발생해도 안정적으로 동작하는 IP 로봇폰에 가장 적합한 쌍방 제어계를 고려함에 있어 종래의 수법이 소위 텔리오퍼레이션(teleoperation)에서는 원격에 위치하는 슬레이브 측에서 목표물을 잡는 등의 임무를 실행하기 위해 슬레이브 측의 위치를 마스터 측으로 정밀하게 조작할 수 있어야 한다.

IP 로봇폰에서는 힘 센서나 전류 센서 등 외력을 측정하기 위한 센서를 제품비용 저감을 위해 사용하지 않고 있으며, 지령치와 실제 관절각고의 편차로부터 외력을 간이로 계산하여 구하고 있다.

또한, IP 로봇폰에서는 앞에서 언급한 제어수법을 PC 측의 응용 소프트웨어에 실제로 장착하고, PC 간에는 Sakeguchi 등이 제안하고 있는 RCTP/2.0(R-Cubed Transfer Protocol)을 이용하여 통신함으로써 로봇 간의 인터넷을 경유한 쌍방제어를 실현하고 있다.

4. IP RobotPHONE SDK

IP 로봇폰을 최종 사용자가 작성한 응용으로부터 자유로이 조정할 수 있는 SDK를 개발하고, IP 로봇폰을 이용하여 RUI를 활용한 응용을 창출해 낼 수 있는 개발환경을 정비하였다.

IP 로봇폰은 앞에서도 언급한 바와 같이 흉부 및 두부에 각 2자유도, 전신에서는 6자유도를 가지고 있다.

Sekiguchi 등은 모션 미디어 콘텐츠 작품 콘테스트(contest)에서 IP 로봇폰과 SDK의 조합을 콘테스트에 응모하기 위한 표준적인 환경의 하나로서 제공하는 시도도 하였다. 이는 RUI의 응용임과 동시에 모션 미디어를 활용한 작품이라고 말할 수 있을 것이다.

5. RUI와 모션 미디어

여기서는 Sekiguchi 등이 연구해 온 RobotPHONE에 대해, 그리고 모션 미디어와의 관계에 대해서도 언급하여 소개하였다. RobotPHONE의 착상을 얻을 즈음에는 모션 미디어라고 하는 생각하는 방법 자체를 몰랐기 때문에 모션 미디어를 실현하기 위한 시스템으로서 RobotPHONE을 설계한 것은 아니다.

그러나 Sekiguchi 등의 착상 원천이 된 RUI와 모션 미디어를 나열해 보면 상호간에 매우 가까운 관계를 지향해 왔음을 새삼스럽게 알게 되었다. 앞으로도 각각의 시점 특징을 살리는 형태로 함께 발전시켜 나가기를 기대해 본다.

6. 전문가 제언

글로벌 IT 업계의 최대 화두는 융합이다. 방송, 통신, 인터넷으로 나뉘어 있던 네트워크 칸막이가 사라지면서 각 영역을 대표하는 터줏대감들은 무한경쟁에 돌입하였다. 통신업체는 케이블 사업자와 경쟁하고, 방송사는 포털 등 인터넷 사업자와 격돌해야 하는 상황이다. 네트워크의 융합은 단말기 융합으로 이어지고 있으며, 컴퓨터, 휴대전화, TV의 경계가 사라지고 있는 것이다.

오랫동안 로봇은 주로 작동하는 기계가 인간 대신에 움직인다고 생각해 왔다. 그들의 신체적 구체화의 특징을 고려하여 로봇은 인간을 위한 인터페이스로 인정될 수도 있다. 현실세계와 정보세계 사이의 인터페이스로서 로봇을 사용한다는 개념은 로보틱 유저 인터페이스(RUI: Robotic User Interface)라고 불리게 되었다.

RobotPHONE 시스템은 형태를 공유한다고 불리고 있는 장치로서 로봇을 사용한다. 원격형을 공유하고 있는 장치의 형태와 운동을 늘 동기화한다.

가령 로봇에 대한 자세의 수정, 도는 운동의 입력이라는 활동을 실시간으로 먼 종료에 이르기까지 반영된다. 따라서 RobotPHONE의 사용자는 정보교환을 할 수가 있으며, 로봇의 형태와 운동을 교차시킴으로써 상호작용을 전개할 수가 있다.

RUI와 모션 미디어 사이의 관계를 고찰해 보면 RUI는 유저 인터페이스라는 관점에서 로봇을 인터페이스로서 이용하고 있는 상황을 나타내는 어휘이다.

한편 모션 미디어는 무엇을 이용하여 정보를 전달하고 있는가라는 관점에서 정보전달 모드로서 로봇의 움직임을 이용하고 있는 상황을 나타내고 있다고 말할 수 있다. RUI와 모션 미디어는 정보세계와 현실세계 사이의 교량 역할을 하며, 로봇을 이용한다고 하는 사고방법을 각각 다른 시점에서 나타내고 있는 어휘라고 말할 수 있을 것이다.