인텔 뉴로모픽 리서치 커뮤니티(INRC)의 회원으로 싱가포르 국립대학교(NUS)에 소속된 두 명의 연구원은 인텔의 뉴로모픽 프로세스와 결합해 이벤트 기반 시각 및 촉각 기능을 로봇 공학에 적용할 가능성을 보여주는 새로운 연구 결과를 발표했다. 해당 연구는 현재의 시각에만 기반한 시스템 대비 촉각 기능을 도입해 로봇의 역량과 기능을 눈에 띄게 개선할 수 있다고 설명한다. 아울러, 뉴로모픽 프로세서가 감각 데이터 처리에 있어 전통적인 아키텍처보다 뛰어난 성능을 보여준다고 강조한다.

마이크 데이비스(Mike Davies) 인텔 뉴로모픽 컴퓨팅 랩 디렉터는 “싱가포르 국립대학교의 이번 연구 결과는 여러 가지 양식이 결합된 이벤트 주도적인 방식으로 정보가 감지되고 처리되는 로봇공학의 미래를 엿볼 수 있게 해준다,”며 “이번 결과는 뉴로모픽 컴퓨팅이 센서, 데이터 형식, 알고리즘 및 하드웨어 아키텍처에 걸친 이벤트 기반 패러다임으로 재설계되면 대기 시간과 전력 소비에서 상당한 이득을 얻을 수 있다는 것을 보여준다”고 말했다.

인간의 촉각은 매우 민감해 단 한 겹의 분자 구조만으로 발생할 수 있는 표면의 차이를 구분할 수 있다. 그러나 현재 대다수의 로봇은 이를 시각 처리만으로 구별한다. 이에, 싱가포르 국립대학교 연구팀은 최근 개발된 인공 피부를 통해 새로운 방안을 선보이고자 했다. 해당 인공 피부는 인간의 감각 신경계보다 1,000배 이상 더 빨리 촉각을 감지하고, 눈이 한번 깜빡이는 것보다 10배 빨리 물체의 모양, 질감, 경도를 확인할 수 있다.

로봇 공학에서 인간과 같은 촉각 기능을 부여하는 것은 현재 개발된 로봇의 역량을 크게 향상할 뿐 아니라 새로운 사용 사례로까지 이어질 수 있다. 일례로, 인공 피부로 덮인 로봇팔은 미끄러짐을 방지하기 위해 촉각 센서를 활용해 낯선 물체를 식별하고 적절한 압력으로 움켜쥐는 등 공장 제조 과정에서 생산하는 제품의 변화에도 쉽게 적응할 수 있다. 주변을 더 잘 느끼고 인식하는 기능은 부양 직종과 같은 분야에서 인간과 로봇 간의 더 안전하고 가까운 상호작용을 가능하게 하거나, 수술용 로봇에게 촉각 감각을 제공함으로써 수술 업무 자동화에 한층 가까워질 수 있게 한다.

인공 피부는 이러한 미래를 현실로 만들기 위해 내딛는 발걸음이다. 그러나 이를 위해서는 피부 감각 데이터를 바탕으로 정확한 결론을 실시간으로 도출하는 동시에 로봇에 내장될 수 있을 만큼 효율적인 파워레벨로 구동할 수 있는 칩도 필요하다.

벤자민 티(Benjamin Tee) 싱가포르 국립대학교 신소재공학부 건강혁신 및 기술연구소 조교수는 “초고속 피부 센서를 만드는 것은 로봇을 더 똑똑하게 만들기 위한 목표의 절반만을 달성하는 것”이라며, “목표를 완전히 달성하기 위해서는 데이터를 인식하고 학습할 수 있는 인공 뇌가 필요하다. 인텔 로이히(Loihi)와 같은 뉴로모픽 칩과 인공지능 피부 시스템은 전력 효율과 확장성을 위한 진일보와 같다”고 말했다.

싱가포르 국립대학교 연구팀은 로봇 인식 분야에 새로운 장을 열기 위해 인텔의 로이히 뉴로모픽 칩을 사용, 인공 피부로부터 감각 데이터를 처리하는 뉴로모픽 기술의 잠재력을 연구하기 시작했다. 연구원들은 초기 실험 과정에서 인공 피부로 덮인 로봇 손으로 점자를 인식했다. 이후, 인공 손이 느끼는 감각 데이터를 클라우드를 통해 로이히 칩으로 전송해 점자의 의미를 파악하는 실험을 진행했다.

싱가포르 국립대학교 연구팀은 급증하고 있는 신경망에서 시각 및 촉각 데이터를 결합해 로봇 인식 능력을 더욱 향상했다. 이를 위해, 연구팀은 다양한 양의 액체를 담고 있는 다수의 불투명 용기를 로봇이 인공 피부와 이벤트 기반 카메라를 활용해 식별하는 실험을 진행했다. 아울러, 연구팀은 동일한 촉각 및 시각 센서를 활용해 로봇이 안정적으로 물체를 쥐는 데 중요한 회전 운동 식별 능력을 시험했다.

연구팀은 포착된 감각 데이터를 GPU와 인텔 로이히 뉴로모픽 칩에 동시에 전송해 처리 능력을 비교했다. 이번 주 로보틱스: 과학 및 시스템에 수록된 연구 결과에 따르면, 급증하는 신경망을 활용해 이벤트 기반 시각 및 감각 데이터를 결합했을 때 시각 데이터만 사용했을 때 보다 개체 분류 정확도가 10% 향상됐다. 아울러, 로이히 칩이 GPU에 비해 감각 데이터를 21% 빠르게 처리하고 45배 낮은 전력을 사용하는 등 로봇 장치에 동력을 공급할 뉴로모픽 기술에 대한 가능성을 보여주었다.

헤롤드 소(Harold Soh) 싱가포르 국립대학교 컴퓨터학부 컴퓨터공학과 조교수는 “이번 결과는 뉴로모픽 시스템이 여러 개의 센서를 결합하여 로봇의 인식 능력을 개선할 수 있다는 것을 보여준다”며, “이는 예상치 못한 상황에서 신속하고 적절하게 대응할 수 있는 전력 효율이 높고 신뢰할 수 있는 로봇을 만들기 위해 내딛는 걸음이다”고 말했다.

인텔 뉴로모픽 리서치 커뮤니티는 전 세계 학술단체, 정부 연구소, 연구기관, 기업이 인텔과 협력해 뉴로모픽 컴퓨팅을 더욱 강화하고 혁신적인 인공지능 애플리케이션을 개발하기 위한 생태계이다.