'젊은 로봇 공학자' (11) DGIST 김소희 교수

한국로봇학회-로봇신문 공동기획

'젊은 로봇공학자(Young Robot Engineer)' 코너는 한국로봇학회와 로봇신문이 공동으로 기획한 시리즈물로 미래 한국 로봇산업을 이끌어 갈 젊은 로봇 공학자를 발굴해 소개하는데 있다.

열한번째 인터뷰이는 대구경북과학기술원(DGIST) 김소희 교수다. 1976년 대구 출생으로 대구과학고등학교를 거쳐 한국과학기술원(KAIST)에서 기계공학으로 학사 및 석사, 2005년 독일 잘란트Saarland)대학에서 메카트로닉스 전공으로 박사 학위를 받았다. 2001년부터 2005년까지 독일에서 박사과정으로 있으면서 프라운호퍼 의공학연구소 연구원, 2006년부터 3년간 미국 유타(Utah)대에서 박사후 연구원ㆍ연구조교수, 2009년부터 2015년 말까지 광주과학기술원 기전공학부 & 의료시스템학과 조교수ㆍ부교수를 거쳐 2015년 12월부터 현재까지 DGIST 로봇공학전공 부교수로 재직하고 있다.

주요 연구 및 관심분야는 △신경 인터페이스 장치를 포함하여 몸 안에 넣을 수 있는 이식형 디바이스 △생체신호 측정/모니터링/진단 기술 등이다.

2006년 IEEE Workshop on Microelelctronics and Electron Devices(미국) 우수발표상, 2007년 IEEE-EBMS 뉴럴 엔지니어링 컨퍼런스(미국) 트래블 어워드, 2011년 나노코리아 2011 학회 우수포스터상, 2013년 한국연구재단 전자정보융합연구단 우수논문상을 수상했다. 현재 제어로봇시스템학회ㆍ대한기계학회 이사 등 다양한 학회 활동을 하고 있으며, 여러 연구과제와 논문 발표, 28건의 특허 등록 및 출원(공동) 실적을 갖고 있다.

Q. 연구실 이름이 신경인터페이스 연구실인데 간단한 연구실 소개 부탁 드립니다.

우선 이렇게 인터뷰할 기회가 주어져서 영광입니다. 저희 연구실의 주된 연구내용은 뇌 또는 말초에 분포한 신경세포와 몸 밖의 인공적인 시스템을 연결하는 인터페이스 기술 연구입니다. 뇌 인터페이스나 신경 인터페이스를 구현하기 위해서는 마이크로미터 단위의 MEMS(미세전자기계시스템) 전극을 개발하고 그러한 전극을 몸 안이라는 특수한 환경에서 오랜 기간 동안 사용할 수 있게 만들어야 합니다.

또, 구부러지거나 늘어날 수 있는 폴리머 소재를 기반으로 웨어러블 센서에 관한 연구도 하고 있습니다. 이런 센서는 피부에 부착하거나 장기나 조직 표면에 부착하여 생체 활동과 관련한 각종 신호를 읽어내는 용도로 쓰일 예정입니다. 또 장차 로봇에 부착되어 온도, 압력 등의 정보를 뇌로 피드백하는 신경 인터페이스와 함께 사용될 수 있습니다.

Q. 최근에 하고 있는 연구를 소개해 주시면 감사하겠습니다.

최근에는 팔다리에 분포하고 있는 말초신경에서 신경신호를 측정해 내거나 거꾸로 전기적인 펄스를 주입할 수 있는 전극을 개발하여 실제로 동물에서 실험을 수행하였습니다. 즉, 좋은 전극을 개발하고 그 전극으로 신경신호를 추출해 내어 궁극적으로는 의수나 로봇 팔과 같은 인공적인 장치를 구동하고 제어하는 신호로 쓰고자 하는 연구입니다.

최근에 시작한 또 다른 연구로는, 안과 질환으로 실명된 환자에게 다시 사물의 형상이나 글자를 볼 수 있게 해 주는 인공 망막 장치에 들어갈 전극을 연구하고 있습니다. 아직 기능이 남아있는 망막세포에 빛 정보를 전기 신호로 변환하여 주입해 주는 전극입니다. 곡면 형상인 망막에 장착하여야 하기 때문에 매우 얇고 구부러지고, 빛을 투과시킬 수 있도록 투명하고, 적절한 해상도를 얻기 위해 고밀도인 전극을 개발하고 있습니다.

Q. 주요 관심분야 및 연구분야가 신경인터페이스 장치나 착용형 디바이스 등으로 알고 있고, 최근에는 생각으로 제어하는 VR게임 등도 개발되었는데 관련 연구분야의 최근 동향에 대해 설명 부탁 드립니다.

최근 테슬라 같은 거대 글로벌 기업이 뇌-기계 접속(brain-machine interface) 또는 뇌-컴퓨터 접속(brain-computer interface) 이라고 불리는 기술의 개발에 투자하고 있다는 보도가 나오고 있습니다. 그러한 첨단 IT 회사들이 투자를 하고 관심을 보인다는 것은 미래의 새로운 성장 기술분야로 인정받고 있다는 얘기가 될 것 같습니다.

비침습적인 방식의 착용형 디바이스를 사용해서 생각으로 휠체어를 구동하고 로봇 팔을 움직이고 게임을 진행하는 등의 연구는 이미 상당 부분 진행되어 있고 많은 부분이 상용화되기도 했습니다. 반면 침습적 방식인 경우는 몸 안으로 장치를 집어넣어야 해서 세계적으로도 아직 연구 단계에 머물러 있고, 의료기기 인허가 등을 거친 후 상용화까지 가려면 아직도 많은 시일이 필요한 실정입니다.

Q. KAIST에서 학사, 석사, 독일 잘란트대학에서 메카트로닉스로 박사학위를 받으셨는데 논문 제목과 간단한 소개 부탁 드립니다.

석사학위는 닫힌 공간의 음향학적인 특성을 분석해서 공간별 잔향을 재현해 내는 연구를 했습니다. 음향학, 디지털 필터 설계, 청각적 인지에 관한 실험적인 연구를 진행하였었고요, 석사 연구를 하면서부터 전통적인 기계공학의 범주라기 보다는 기계공학, 전기전자공학적 지식이 함께 필요한 융합적인 연구의 맛을 보았던 것이 아닌가 생각합니다.

독일에서의 박사학위는 프라운호퍼 의공학연구소(Fraunhofer Institute for Biomedical Engineering)에서 실제 연구 프로젝트를 진행하며 받은 것인데, 생체 내 삽입된 디바이스에 무선으로 전력을 공급하고 데이터를 읽어내는 무선 링크를 구현하는 일을 하였습니다.

박사학위를 하면서는 전기전자공학 지식이 많이 필요하였고, 몸 속에 넣을 수 있는 작은 것들을 만들기 위한 마이크로 가공기술, 즉 MEMS 연구에 눈을 뜨게 되었습니다. 또한, 공학기술의 의학적 활용에 대한 연구, 즉 의공학에 대해 배울 수 있었습니다.

Q. 기계공학을 전공하셨는데 뇌, 신경 관련 연구를 하시게 된 동기는?

박사를 하면서 의공학과 MEMS에 대한 연구를 접하게 되었으며, 학위 후 연구교수로 있었던 유타대학에서 운 좋게도 완전 무선으로 작동하는 전극 칩을 개발하는 NIH 프로젝트와 신경신호로 구동되는 의수를 개발하는 DARPA 프로젝트에 참여하게 되면서 현재 하고 있는 연구에 본격적으로 발을 들여놓게 되었습니다.

많은 사람들에게 있으면 좋은, ‘삶을 더 좋게 만드는’ 기술도 좋지만, 소수의 어떤 사람들에게는 없어서는 안 되는, ‘삶을 가능하게’ 하는 기술을 연구하고 싶다 라는 생각이 의공학 쪽으로 연구를 하도록 이끌었던 것 같습니다. 그리고 그 중에서도 기계공학과 전자공학이 모두 쓰이는 MEMS 연구가 재미있었습니다. 이러한 MEMS 디바이스를 적용하는 곳이 뇌나 신경이었던 것입니다.

Q. 나에게 로봇이란?

저는 원래 제어나 로봇공학자가 아닙니다. 그러나 DGIST 로봇공학전공에 근무하면서 제가 하는 연구가 상당히 미래지향적인 로봇과 연관되어 있으며, 앞으로의 로봇이 발전을 지속한다면 꼭 필요하게 될 기술이라는 확신을 가지게 되었습니다. 로봇과 인간의 몸을 완벽하게 결합시키고자 할 때 바로 그 접속 부위를 구현하기 위해 필요한 기술이기 때문입니다.

궁극적으로 저희 연구실에서 연구하는 신경 인터페이스 장치가 뇌나 신경에서 발생한 신호를 추출하여 로봇을 구동하고, 로봇에 부착된 센서가 감지한 압력이나 온도 신호를 거꾸로 신경세포에 전달해 주는 역할을 하게 될 것입니다. 그렇게 되면 로봇은 뇌나 팔다리에 있는 신경과 완전하게 통합(integration)되어 몸의 일부처럼 자연스러운 움직임과 느낌을 가질 수 있게 됩니다. 비현실적으로 들릴 수도 있겠지만 이미 최근에 미국과 유럽 연구자들에 의해 개념이 증명된 바 있습니다. 현실적으로 이러한 연구는 많은 동물실험을 필요로 하기 때문에 쉽지는 않지만, 신체 일부의 기능을 잃은 장애우들에게 꼭 필요한 기술이라 생각합니다.

Q. 로봇 연구자로서 앞으로의 꿈과 목표가 있다면?

로봇연구자 이전에 공학자로서, 연구실에서 개발된 기술이 실제로 제품화되어 이 기술이 꼭 필요한 환자와 장애우들께 도움이 되는 것입니다. 공학자에게 궁극적인 목표가 아닐까 합니다.

Q. 독일에서 공부하시고, 미국 유타대학교에서 박사후 연구원으로 계셨는데 독일과 미국의 로봇산업 경쟁력은 어디에 있다고 보시는지요?

독일의 공학기술과 산업 경쟁력은 단연코 수많은 강소기업에 있다고 생각합니다. 독일은 벤츠, 아우디, BMW 등 굴지의 자동차 회사 같은 글로벌 기업뿐만 아니라, 세계적인 기술경쟁력을 갖춘 중소기업이 탄탄하게 포진하고 있습니다. 함께 박사과정을 하였던 독일인 박사 친구들이 학위 취득 후 주저없이 중소기업을 선택하는 것을 목격한 것은 신선한 충격으로 남아 있습니다.

제가 생각하는 미국의 경쟁력은 하나의 연구주제를 깊이 있게 연구할 수 있도록 해주는 연구지원 제도인 것 같습니다. 많은 사람들이 몰려가는 핫 키워드를 가진 연구주제뿐 아니라 어떤 연구자가 유행과 상관없이 꾸준히 계속적으로 천착해 온 연구과제도 국가의 지원을 받을 수 있는 통로가 있다는 것입니다. 다양성을 뒷받침하는 시스템이 잘 갖추어져 있다고 할까요. 비단 로봇뿐 아니라 학분 분야 전반에 걸쳐 그런 것 같습니다.

Q. 로봇연구자가 되기 위해서 어떤 준비와 노력이 필요한지 후배들에게 조언을 해주신다면?

저도 이제 막 로봇과의 접목을 시도하는 시점에 있어 조심스럽지만 조언을 드리자면, 로봇연구를 하기 위해서는 기계공학, 전기전자공학, 프로그래밍 등 여러 학문 분야가 두루 필요합니다. 그러나 본인이 현재 여러 전공의 지식을 두루 갖추지 못 했다고 해서 걱정할 필요는 없습니다. 더욱 중요한 것은, 내가 전공한 것이 아닌 분야도 기꺼이 공부해보고 도전해보고자 하는 마음가짐인 것 같습니다. 내가 아는 것을 알려주고 남이 하는 조언을 경청하는 열린 마음과 소통하는 자세도 갖추고 있다면 좋지 않을까 합니다.

Q. 향후 유망한 로봇 분야를 꼽는다면, 그 이유는?

직접적으로 제 연구분야는 아닙니다만, 아무래도 고령화 시대를 맞이하여 재활로봇, 의료용 로봇 시장이 크게 형성이 되지 않을까 생각합니다. 거동이 불편한 노령인구, 혼자 거주하는 노령인구가 점점 많아질 텐데 사회적으로 젊은 층은 감소하고 또 서비스 비용이 점점 올라가는 추세이므로 사람 도우미가 노령인구의 일상생활을 돕는 것은 너무 많은 비용이 발생하게 될 것입니다. 그 자리를 메울 수 있는 것이 로봇이 되지 않을까 합니다.

Q.국내 로봇산업 발전을 위한 조언을 한다면...

제가 조언을 해도 될까 싶습니다만, 예전에 어느 연구자 분께서 로봇을 만드는데 필요한 부품은 모두 외국 회사 제품을 사용하고 조립만 하였다고 하신 것을 들었습니다. 우리가 독일처럼 로봇산업 전반에서 수준을 유지하려면 완성품도 중요하지만 부품 산업도 경쟁력이 있어야 한다고 봅니다. 로봇을 이루는 요소 기술 하나하나, 부품 하나하나에 대한 경쟁력을 가질 때 국내 로봇산업이 함께 발전할 수 있을 것 같습니다.

그런데 또 일반 국민들의 관심을 끌고 산업 전반에 대한 주의를 환기시키기 위해서는 완성된 좋은 로봇이 지속적으로 등장해야 하는 것도 사실입니다. 지명도 있는 완성품 로봇과 부품 요소 기술이 고르게 발전하려면 결국 다양성이 필요하지 않을까요.

Q. 연구에 주로 영향을 받은 교수님이나 연구자가 계시다면...

연구에 가장 영향을 주신 분은 KAIST 석사 시절 지도교수님이신 김양한 교수님입니다. 현재는 지도교수님과 다른 분야에서 연구를 하고 있지만, 연구를 대하는 자세, 교육자로서의 자세, 인생을 대하는 자세, 도전하는 자세 등 많은 부분에서 모범을 보여주셔서 교수로서의 제 롤 모델 이십니다. 이 자리를 빌어 감사 드립니다.▒

조규남 ceo@irobotnews.com

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