접촉지능은 어떻게 만들어지는가

양방향 루프

위치는 로봇으로 나가고, 힘은 손으로 돌아온다. 그 힘을 느낀 손이 다음 동작을 고친다. 한 번의 시연에서 두 방향의 신호가 모두 남는다.

• 양방향 힘 반향

  위치는 로봇으로 나가고, 힘은 손으로 돌아온다.

• 지연 하 안정성

  시간영역 수동성 접근법(TDPA)을 이론적 기반으로 삼는다. 첫 발표는 2002년이다.

• 작업자 현장감 유지

  손이 힘을 느끼는 상태에서 시연이 이어진다.

• 로봇단 · 사람단 동시 기록

  두 방향의 신호를 같은 시각축에 남긴다.

기록하는 것

하나의 시연에서 세 갈래가 같은 시각축에 남는다. 손끝 촉각은 다시 네 개의 물리 채널로 정돈된다.

여기의 숫자는 구성 요소의 개수이며 성능 수치가 아니다.

취득 장비

• 소프트 센싱 레이어

  얇아서 작업자의 촉각을 해치지 않는 센싱 층.

  개발 중

• 손끝 4채널 변환

  원시 신호를 미끄러짐 · 진동 · 압력 · 힘방향으로 정돈한다.

• 키네세틱 마스터 디바이스

  손목에 걸리는 힘을 작업자에게 되돌려 주는 장치. 자체 설계.

  공개 예정

• 동기화 기록

  글로브, 마스터, 로봇의 신호를 같은 시각축에 저장한다.

이론적 기반

지연이 있는 통신에서 힘을 되돌려 주면 루프가 불안정해진다. 시간영역 수동성 접근법(TDPA)은 그 문제를 다루는 이론이고, 우리는 이 계열의 기술을 이전받아 취득 셀에 적용하고 있다.

• 2002TDPA 첫 발표.Hannaford & Ryu, IEEE ICRA 2002 · 저널판 IEEE T-RA 2004
• 2015국제우주정거장의 우주비행사가 지상 로봇을 힘 반향으로 원격조작한 KONTUR-2 실험. TDPA 기반 안정화, 왕복 지연 20~30 ms.Artigas et al., ICRA 2016

우리가 다루는 문제

힘을 손으로 되돌려 주는 일은 신호를 하나 더 보내는 것으로 끝나지 않는다. 아래 네 가지가 접촉지능을 만드는 데 실제로 걸리는 지점이다.

• 01

  안정성 확보

  힘을 되돌려 주는 루프는 그대로 두면 발산한다. 제어 주기로 시간을 잘라 쓰고, 위치를 정해진 눈금으로 읽고, 값을 다음 주기까지 붙잡아 두고, 신호가 오가는 데 시간이 걸리기 때문이다. 네 가지 모두 루프에 없던 에너지를 만들어 넣는다.

  시간영역에서 루프가 만들어 낸 에너지를 계속 세고, 넘치는 만큼만 그 자리에서 빼내는 방식을 쓴다. 미리 세게 잡아 두는 대신 필요한 순간에만 개입하므로, 굳은 물체를 만졌을 때의 단단함을 잃지 않는다.

  • 시간 이산화
  • 위치 양자화
  • 영차 홀드
  • 통신 지연
• 02

  단단함과 투명도

  안정성을 얻는 가장 쉬운 방법은 감쇠를 크게 주는 것이다. 그러면 손끝이 물체를 만졌을 때 물렁하게 느껴지고, 작업자는 어디서 걸렸는지 알 수 없다.

  표현할 수 있는 강성의 범위를 넓히면서 동시에 손끝에 전달되는 힘의 왜곡을 줄이는 것을 목표로 한다. 접촉 순간의 저항이 실제와 가까울수록 작업자가 힘의 방향을 고쳐 잡는 판단이 정확해진다.

  • 임피던스 범위
  • 투명도
• 03

  공유 자율성

  작업자가 모든 자유도를 혼자 감당하면 정밀 작업에서 손이 흔들린다. 반대로 로봇이 전부 판단하면 사람이 가진 접촉 감각이 데이터에 남지 않는다.

  작업 공간 안에 사람이 느낄 수 있는 가상의 안내면을 만들어, 벗어나려 할 때만 손끝에 저항을 준다. 판단은 사람이 하고, 흔들림만 줄인다.

  • 가상 구속면
• 04

  스킬 전이

  시연을 아무리 모아도 위치와 영상만 남으면 접촉 작업의 핵심이 빠진다. 언제 얼마나 눌렀는지가 사라지기 때문이다.

  양방향 원격교시로 시연을 받으면 로봇 액션, 손목의 힘, 손끝의 촉각이 같은 시각축에 함께 남는다. 이 기록이 접촉 스킬을 학습시키는 재료가 된다.

  • 시연 학습
  • 양방향 원격교시

힘 정보를 더하면 달라지는 것

아래는 외부 연구가 보고한 결과다. 당사의 성과가 아니며, 힘 정보가 접촉 작업에서 갖는 무게를 보여 주는 근거로 인용한다.

• 약 70ms

  손끝이 미끄러짐에 반응하는 시간

  Johansson & Flanagan, Nature Reviews Neuroscience, 2009

• 4ch

  손끝 촉각을 이루는 물리 채널

  Johansson & Flanagan, Nature Reviews Neuroscience, 2009

• 12 / 16systems

  힘 피드백이 없는 공개 원격조작 시스템

  Echo, arXiv 2504.07939 · 공개 비교표 16종 기준

• +23.2%p

  힘 정보를 더했을 때 오른 접촉 작업 성공률

  외부 연구ForceVLA, arXiv 2505.22159 · π0 기반 대비

• +64.7%

  힘 피드백 원격조작의 작업 완료율 향상

  외부 연구FACTR, RSS 2025, arXiv 2502.17432