눈짓으로 움직이는 로봇…눈 깜박하면 물건 잡아 [영상]

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UNIST 연구팀, AI 스마트 콘택트렌즈 개발

스마트 콘택트렌즈를 통한 시선 감지로 로봇 팔을 원격 제어하는 기술이 나왔다. [사진=UNIST]

[아이뉴스24 정종오 기자] 눈짓만으로 로봇을 움직일 수 있는 스마트 콘택트렌즈가 나왔다. 렌즈를 끼고 눈동자를 굴리면 로봇 팔이 눈동자 방향을 따라 움직인다. 무겁고 복잡한 기존 확장현실(XR) 기기를 대신할 차세대 인간-기계 인터페이스 기술로 주목받고 있다.

울산과학연구원(UNIST) 기계공학과 정임두 교수(인공지능대학원 겸직) 연구팀은 센서를 렌즈에 직접 인쇄하는 특수 기술과 센서의 저해상도 신호를 고해상도로 복원하는 AI 기술을 결합했다. 로봇 팔을 원격 제어할 수 있는 스마트 콘택트렌즈를 개발했다.

이 렌즈 위에는 100개(10x10)의 빛 검출 센서가 집적돼 있다. 눈을 움직일 때마다 달라지는 빛 분포를 센서가 읽어내 시선 방향을 추적하는 원리로 작동한다. 위·아래·좌·우는 물론 대각선 방향까지 구분할 수 있다. 이 시선 정보가 로봇 팔로 전달돼 팔이 움직인다. 안구의 깜박임으로 물건을 집을 수도 있다.

연구팀은 둥근 렌즈 표면에 센서를 직접 프린팅할 수 있도록 ‘메니스커스 픽셀 프린팅(MPP)’ 기술을 개발해 적용했다. 노즐 끝에 맺힌 센서 원료 잉크를 렌즈 표면에 콕콕 찍어내는 형태의 기술이다.

메니스커스는 액체의 볼록하거나 오목한 곡면을 말하는데, 이 곡면 덕분에 잉크가 배출되는 힘과 잉크 퍼짐을 막는 힘이 균형을 이뤄 잉크를 원하는 양만큼 찍어낼 수 있다. 잉크를 건조하면 빛을 감지하는 페로브스카이트 물질만 남아 센서 역할을 하게 된다.

일반 센서 제작과 달리 센서 패턴을 새기기 위한 마스크가 필요 없고 다양한 안구 곡률에 맞춰 센서를 인쇄할 수 있어 개별 맞춤형 렌즈를 만들 수 있는 장점이 있다.

렌즈라는 작은 공간 탓에 신호 해상도가 떨어지는 문제는 인공지능 기술을 결합해 해결했다. 실제로는 100개의 센서가 있는데 딥러닝 기반의 초해상도 기술을 적용하면 최대 6400개(80x80)의 센서가 있는 것과 같은 신호 데이터를 얻을 수 있다.

이번 연구는 UNIST 기계공학과 공병훈, 김도현 연구원이 제1저자로 참여했다. 연구팀은 “하드웨어적 공정 혁신과 AI 기반 신호 복원 소프트웨어 기술을 결합해 렌즈라는 초소형 폼팩터의 공간적 제약을 극복한 기술”이라고 설명했다.

연구를 총괄한 정임두 교수는 “별도의 컨트롤러 없이 인간의 시각 정보를 로봇 제어 신호로 직접 변환하는 고도화된 인간-기계 상호작용(Human-Robot Interaction, HRI) 시스템 구현이 가능함을 증명했다”며 “증강현실 기반 산업용 로봇 원격 제어, 재난·재해 환경에서의 탐사 로봇 운용, 국방 분야의 무인체계와 드론 조종, 의료와 재활 지원 시스템, 스마트 모빌리티 인터페이스 등 다양한 분야로 확장될 수 있는 잠재력을 지닌다“고 덧붙였다.

연구 결과(논문명: Meniscus Pixel Printing for Contact-Lens Vision Sensing and Robotic Control)는 재료 과학 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’에 3월 11일자로 실렸다.

/정종오 기자(ikokid@inews24.com)

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