누구나 로봇을 훈련할 수 있는 새로운 도구 제공

로봇에게 새로운 기술을 가르치려면 코딩 전문 지식이 필요합니다. 그러나 새로운 세대의 로봇은 잠재적으로 누구에게서든 배울 수 있습니다.

엔지니어들은 “성능을 통해 학습”할 수 있는 로봇 보조자를 설계하고 있습니다. 이러한 보다 자연스러운 훈련 전략을 통해 사람은 일반적으로 세 가지 방법 중 하나로 작업을 통해 로봇을 이끌 수 있습니다. 조이스틱을 작동하여 원격으로 로봇을 작동하는 것과 같은 원격 제어를 통해; 로봇을 물리적으로 움직여서; 또는 로봇이 지켜보고 모방하는 동안 스스로 작업을 수행할 수도 있습니다.

학습 로봇은 일반적으로 이러한 세 가지 성능 접근 방식 중 하나만 교육을 받습니다. 그러나 MIT 엔지니어들은 이제 로봇이 세 가지 훈련 방법 중 하나를 통해 작업을 학습할 수 있는 삼위일체 훈련 인터페이스를 개발했습니다. 인터페이스는 많은 일반적인 협동 로봇 팔에 연결할 수 있는 센서가 장착된 휴대용 장치 형태입니다. 사람은 부착물을 사용하여 원격으로 제어하거나 물리적으로 조작하거나 작업을 직접 수행하여 로봇에게 작업을 가르칠 수 있습니다. 어떤 스타일을 선호하든 현재 작업에 가장 적합합니다.

MIT 팀은 표준 협업 로봇 팔에서 “다목적 디스플레이 인터페이스”라고 부르는 새로운 도구를 테스트했습니다. 제조 전문 지식을 갖춘 자원봉사자는 인터페이스를 사용하여 공장 현장에서 일반적으로 수행되는 두 가지 수동 작업을 수행했습니다.

연구원들은 새로운 인터페이스가 로봇과 상호 작용할 수 있는 사용자 및 “교사”의 유형을 확장할 수 있는 향상된 교육 유연성을 제공한다고 말합니다. 또한 로봇이 더 광범위한 기술을 배울 수도 있습니다. 예를 들어, 한 사람은 독성 물질을 처리하도록 로봇을 원격으로 훈련할 수 있고, 생산 라인 아래의 다른 사람은 제품을 포장하는 동작을 통해 로봇을 물리적으로 움직일 수 있으며, 라인 마지막에 다른 사람은 로봇이 이를 보고 학습하는 동안 부착물을 사용하여 회사 로고를 만들 수 있습니다.

“우리는 복잡한 작업을 수행하기 위해 인간과 효과적으로 협력할 수 있는 고도로 지능적이고 숙련된 팀원을 만들기 위해 노력하고 있습니다.”라고 MIT 항공우주학과의 박사후 연구원인 Mike Hagenow는 말합니다. “우리는 플렉서블 디스플레이 장치가 제조 수준을 넘어 가정이나 간병 환경과 같이 로봇 도입이 증가할 것으로 예상되는 다른 영역에도 도움이 될 수 있다고 믿습니다.”

Hagenow는 10월 IEEE IROS(Intelligent Robots and Systems) 컨퍼런스에서 새로운 인터페이스를 자세히 설명하는 논문을 발표할 예정입니다. 이 논문의 MIT 공동 저자는 MIT 컴퓨터 과학 및 인공 지능 연구소(CSAIL)의 박사후 연구원인 Demosthenes Kontogiorgos입니다. 최근 전기 공학 및 컴퓨터 과학 분야에서 박사 학위를 취득한 Yanwei Wang PhD ’25; MIT 교수이자 항공우주학과장인 Julie Shah도 있습니다.

함께 훈련하다

MIT의 Shah 그룹은 직장, 병원, 집에서 인간과 함께 일할 수 있는 로봇을 설계합니다. 그의 연구의 주요 초점은 사람들이 “직장에서” 로봇에게 새로운 작업이나 기술을 가르칠 수 있는 시스템을 개발하는 것입니다. 예를 들어, 이러한 시스템은 로봇의 소프트웨어를 처음부터 다시 프로그래밍하기 위해 기다릴 필요 없이 공장 현장 작업자가 로봇의 조작을 빠르고 자연스럽게 조정하여 로봇의 작업을 개선하는 데 도움이 됩니다. 이는 직원이 반드시 가질 필요는 없는 기술입니다.

팀의 새로운 작업은 보다 자연스럽고 직관적인 방식으로 로봇을 훈련하도록 설계된 “시연을 통한 학습”(LFD)이라는 로봇 학습의 새로운 전략을 기반으로 합니다. LFD 문헌을 살펴보면서 Hagenow와 Shah는 지금까지 개발된 LFD 훈련 방법이 일반적으로 원격 조작, 운동 감각 훈련 및 자연 학습의 세 가지 주요 범주에 속한다는 것을 발견했습니다.

특정 개인이나 작업에 대해서는 한 가지 훈련 방법이 다른 두 가지 방법보다 더 효과적일 수 있습니다. Shah와 Hagenow는 로봇이 더 많은 사람들로부터 더 많은 작업을 배울 수 있도록 세 가지 방법을 모두 결합한 장치를 설계할 수 있는지 궁금해했습니다.

Hagenow는 “사람이 로봇과 상호 작용할 수 있는 세 가지 다른 방식을 결합할 수 있다면 다양한 작업과 사람들에게 이점을 가져올 수 있습니다.”라고 말합니다.

당면한 과제

이러한 목표를 염두에 두고 팀은 새로운 다목적 디스플레이 인터페이스(VDI)를 설계했습니다. 인터페이스는 일반적인 협동 로봇 팔의 팔에 장착할 수 있는 휴대용 부착 장치입니다. 부착물에는 주어진 작업 중에 가해지는 압력의 양을 측정하는 힘 센서와 함께 시간 경과에 따른 도구 위치와 움직임을 추적하는 카메라와 마커가 장착되어 있습니다.

인터페이스가 로봇에 연결되면 로봇 전체를 원격으로 제어할 수 있으며, 인터페이스의 카메라는 로봇의 움직임을 기록해 로봇이 작업 자체를 학습하기 위한 훈련 데이터로 사용할 수 있다. 마찬가지로 사람은 작업을 통해 인터페이스를 사용하여 로봇을 물리적으로 움직일 수 있습니다. VDI는 원하는 작업을 수행하기 위해 사람이 분해하여 물리적으로 착용할 수도 있습니다. 카메라는 VDI의 움직임을 기록하며, 로봇은 다시 연결된 후 VBI의 동작을 모방하는 데 사용할 수도 있습니다.

부착물의 유용성을 테스트하기 위해 팀은 협업 로봇 팔이 있는 인터페이스를 제조 전문가들이 공장 현장 프로세스를 개선할 수 있는 기술에 대해 배우고 테스트하는 지역 혁신 센터로 가져왔습니다. 연구원들은 센터의 자원봉사자들에게 로봇과 인터페이스의 세 가지 훈련 방법을 모두 사용하여 두 가지 일반적인 제조 작업인 압입과 성형을 완료하도록 요청하는 실험을 설정했습니다. 압입 피팅에서 사용자는 많은 고정 작업과 유사하게 페그를 눌러 구멍에 맞추도록 로봇을 훈련시켰습니다. 성형을 위해 자원봉사자는 일부 열성형 작업과 유사하게 중앙 막대 표면 주위에 고무 반죽 같은 물질을 밀고 굴리도록 로봇을 훈련시켰습니다.

두 가지 작업 각각에 대해 자원봉사자는 세 가지 훈련 방법을 각각 사용하도록 요청받았습니다. 먼저 조이스틱을 사용하여 로봇을 원격 조작한 다음 로봇을 운동 감각적으로 조작하고 마지막으로 로봇의 부착물을 분리하고 로봇이 부착물의 힘과 움직임을 기록함에 따라 이를 사용하여 “자연스럽게” 작업을 수행했습니다.

연구원들은 자원봉사자들이 일반적으로 원격조작 및 운동 감각 훈련에 비해 자연스러운 방법을 선호한다는 것을 발견했습니다. 모두 제조 분야의 전문가인 사용자들은 각 방법이 다른 방법에 비해 장점이 있을 수 있는 시나리오를 제시했습니다. 예를 들어, 원격 조작은 위험하거나 독성 물질을 처리하도록 로봇을 훈련시키는 데 더 나을 수 있습니다. 운동 감각 훈련은 작업자가 무거운 패키지를 운반하는 로봇의 위치를 ​​조정하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그리고 자연 학습은 섬세하고 정밀한 조작이 필요한 작업을 수행하는 데 도움이 될 수 있습니다.

“우리는 로봇이 특정 유형의 디스플레이의 이점을 활용하는 다양한 작업을 지원할 수 있는 유연한 제조 환경에서 디스플레이 인터페이스를 사용하는 것을 구상하고 있습니다.”라고 Hagenow는 말합니다. Hagenow는 사용자 피드백을 기반으로 부착 장치의 디자인을 개선하고 새로운 디자인을 사용하여 로봇 학습을 테스트할 계획입니다. “우리는 이 연구를 최종 사용자가 학습 중에 로봇과 상호 작용할 수 있는 방식을 확장하는 인터페이스를 통해 협동 로봇의 유연성이 얼마나 향상될 수 있는지 보여주는 것으로 봅니다.”

이 작업은 부분적으로 공학 우수성을 위한 MIT 박사후 연구원 프로그램과 Wallenberg 재단 박사후 연구 펠로우십의 지원을 받았습니다.