품목번호

2022-서비스로봇-일반-29

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

품목유형

■ 원천기술   □ 혁신제품

로봇/자동화기계

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ IP연계  □ 표준연계  □ 디자인연계  □ BI연계  □ 경쟁형  □ 복수형  □ 국가핵심기술  □ 서비스형  □ 안전과제  □ 탄소중립  □ 국제공동   □ BM형  □ 원스톱형  □ 챌린지형  □ 통합형  □ 실증형

R&D 샌드박스 유형

■ R&D 샌드박스(일반)  □ R&D 샌드박스(지정)

품목명

초실감 텔레프레즌스 로봇의 비정형 작업 고도화를 위한 자율성 공유제어 및 자율 작업 전환을 위한 AI 원천기술 개발

품목코드

(HSK10)

류

호

소호

통계부호

(TRL :  [시작] 4단계 〜 [종료] 6단계)

8

4

7

9

5

0

9

0

0

0

1. 개념 및 산업동향

ㅇ 개념 : 유연생산, 건설, 플랜트 산업현장 내 비정형 작업/환경 또는 위험 작업/환경(다수의 작업자 간 협동하는 작업은 제외)에서 사람을 대신하여 안전하고 정확한 원격 이동형 매니퓰레이터 작업 구현을 위한 *자율성 공유제어(autonomy shared control) 및 원격 작업 데이터 기반 자율 작업 전환을 위한 AI 핵심 원천기술 개발

* 자율성 공유제어 : 원격 로봇 작업자의 작업 피로도를 낮추고, 정확한 작업이 가능하도록 로봇의 오토노미와 원격조작을 지능적으로 융합하는 제어 기법

- 기술형태 : 작업자의 숙련도, 피로도 등에 크게 영향을 받는 원격 작업 로봇의 제한된 조작성 및 센서 정보를 보조하여 작업 정확도와 속도를 향상시키는 로봇제어 기술과 생성된 원격 작업 데이터를 기반으로 자율화 작업 단계까지 도달 할 수 있는 인공지능 모델 구축 기술

ㅇ 산업동향 : 최근 학계에서는 비정형 또는 위험한 작업들을 로봇으로 대신하는 텔레프레즌스 로봇에 대한 관심이 커지고 있음. 통신 지연을 보상하는 기존 원격 로봇 제어 수준을 넘어 원격지의 시각, 촉각, 공간감각 정보를 실시간으로 조종자와 주고받으며, 목표 작업을 적극적으로 보상하는 제어 기법에 대한 연구 개발이 이뤄지고 있음. 또한 이러한 텔레프레즌스 로봇은 비정형 작업에 대한 로봇 자율성 고도화를 목적으로 사용자 원격 작업 데이터를 활용한 자율 동작 생성 연구도 학계에서 진행 중

- 최근의 Xprize Avatar challenge 등을 통해 로봇 텔레프레슨스 제어에 대한 관심이 크게 증폭되었고, 동시에 그 한계점도 명확하게 드러났음.

- 이러한 한계점을 극복하기 위해 원격제어 분야에서 자율성 공유제어 방법이 새롭게 시도되고 있기 때문에 이러한 원천기술 확보는 추후 관련 기술 분야의 세계적인 선도에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대.

- 관련 연구는 한국에서도 최근 연구가 보고된 바 있으나 그 사례가 극히 적고,  유럽에서 특히 활발히 진행이 되고 있음. 특히 독일 항공 우주센터 (DLR) 등의 기관에서는 자율성 공유제어 이론 및 성능 향상을 위해 Advancing Virtual Fixtures in Telemanipulation, Transparency and stability with authority allocation, Whole-body control of Floating-base Manipulators, 등의 세부 연구들이 수행되고 있고, 다양한 로봇 플래폼으로 확장 및 로봇 서비스 관련된 응용 기술을 선보이고 있음. 따라서 해외 공동 연구를 통한 최신 기술 습득이 필요함.

2. 지원 범위

ㅇ 초실감 원격 작업용 통신망 구축 및 인터페이스 기술 개발

- 원격 작업자의 감각(시각, 촉각 등) 증강을 위한 HMI(Human-machine interface) 장치 구현 및 초실감 클라우드 XR(eXtended Reality) 기술

- 원격 작업 레이턴시 최소화 및 고용량 데이터 처리를 위한 고속 엣지 클라우드 네트워크 구축 기술

ㅇ 이동형 매니퓰레이터를 활용한 원격조작 융합 공유 제어 기술 개발

- 텔레프레즌스 원격 작업이 가능한 이동형 매니퓰레이터 플랫폼 기술

- 힘 피드백 기반 이동형 매니퓰레이터 전신 제어 기술

- 작업 목표 지향 로봇 오토노미 및 원격 조작 융합 공유 제어 기술

ㅇ 텔레프레즌스 로봇 자율 작업을 위한 인공지능 기술 개발

- 비정형 자율 작업 동작 생성을 위한 모방 학습(Imitation learning) 기술

- 멀티모달 센서와 딥러닝 기반 장애물 인식 및 안전 회피 동작 계획 기술

* 연구결과물 적용 작업 및 현장 적용 예시를 포함하여 제안할 것

ㅇ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	원격입력 응답지연 시간(MTP1) Latency)	ms	≤ 20
2	공유제어 적용 시 원격작업 시간감소비율2)	%	≥ 50
3	원격 작업 로봇 자율 재현 성공률	%	≥ 80

1) MTP : Motion to photon (5G RAN (Radio Access Network) 구간 포함)

2) (1 – (공유제어 적용 원격작업시간 / 공유제어 미적용 원격작업시간)) * 100

3) (원격로봇 자율작업 성공 횟수 – 원격로봇 자율작업 실패 횟수) / 원격로봇 자율작업 총 횟수

※ 자율작업 기준: 반복되는 패턴의 비정형 작업을 처음부터 끝까지 1 cycle 수행

3. 지원 필요성

ㅇ (정책적) 세계적인 서비스 로봇 시장 성장 추세에 따라 국내에서도 지능형 로봇법을 근간으로 로봇 산업 육성을 추진하고 있음. 하지만 텔레프레즌스 로봇 관련하여 기존에는 주로 원격 관제 혹은 이동 로봇의 원격 제어 정도의 내용으로 기술이 개발되어 왔고, 초실감 지능형 원격 작업 로봇에 대한 기술 개발은 다소 미비한 상황

ㅇ (기술적) 국내에서 기존 개발된 기술은 주로 로봇 및 조종기 H/W 위주의 개발이 되어 왔으며, 이러한 로봇을 실제로 활용하기 위해서는 실감 원격 조작(tele-presence manipulation), 자율성 공유제어(autonomy shared control) 등의 기술 개발을 통한 고도화가 필요함

ㅇ (시장적) 텔레프레즌스 로봇은 ‘22년 기준 242 백만달러(약 3,731억원) 규모이며, ’30년까지 연평균 성장률이 20.93%로 전망하고 있음.(출처: Verified market research, Global Telepresence Robot market 2023-2030) 하지만 현재 주로 모니터에 바퀴를 장착한 원격 화상 회의 용도 수준이며, 이동과 작업을 모두 수행하는 완전한 텔레프레즌스 로봇은 향후 시장 가치가 더욱 클 것으로 판단됨.

ㅇ (사회적) 국내 고령화 시계가 빨라짐에 따라 산업/일상 환경 내 전문/일반 서비스 작업의 무인화, 자동화 요구가 빠르게 증가하고 있으며 이에 대응하기 위한 원격/자율 로봇 고도화 핵심 원천기술 개발 지원이 필요함

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 45개월 이내 (1차년도 개발기간 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월, 4차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 :  ‘23년 9억원 이내(총 정부출연금 45억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 비영리기관

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수