[논문]지능형 서비스 로봇의 개발 : 초등학교 교사 도우미 로봇

전상원; 황병훈; 김병수

지능형 서비스 로봇의 개발 : 초등학교 교사 도우미 로봇
Development of Intelligent Service Robot : Teaching Assistance Robot for Elementary School 원문보기

로봇학회논문지 = The journal of Korea Robotics Society, v.1 no.1, 2006년, pp.102 - 106

전상원 ((주)한울로보틱스 지능로봇연구소) , 황병훈 ((주)한울로보틱스 지능로봇연구소) , 김병수 ((주)한울로보틱스 지능로봇연구소)

초록
AI-Helper

지능형 서비스 로봇은 인공지능 및 센서인터페이스 등의 다양한 기능과 IT기술의 접목으로 우리의 생활을 윤택하게 해줄 수 있는 인간 지향적인 성격으로 발전하고 있다. 또한 많은 분야에서 새로운 서비스 개발을 통해서 좀더 인간의 생활에 가까이 접근되어 지고 있다. 한편 국내 초등학교에서 초등교사는 학생 수의 과다로 능동적이기 보다는 수동적인 수업을 하고 있어서 학습 효율성이나 능률성이 떨어지고 있다. 이에 본 연구에서는 발전하고 있는 서비스 로봇 기술로 능동적인 수업형태와 자율적이고 창의적인 학습 및 교육서비스를 제공할 수 있는 교사도우미 로봇을 개발하였다. 본 연구에서 개발된 로봇은 기존의 지능형 서비스 로봇과 ICT(Information & Communication Technology) 교육을 접목할 수 있는 로봇의 제반 환경의 구성과 더불어 교육 현장에 알맞도록 HRI 및 시나리오를 기반으로 개발되었고, 로봇의 주요기능은 교사지원, 학습보조, 수업지원 등으로 사전 설문조사를 통하여 필요성이 높은 기능을 중심으로 설정되었다. 개발된 초등학교 지원 로봇은 2006년 10월부터 대전지능로봇산업화센터에서 초등학교 학생을 대상으로 시범수업을 준비하고 있고, 2007년도 중반에는 초등학교에서 시범사업을 추진할 예정이다.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

로봇 외장에 대하여는 각종 소재 및 후가공의 적용 및 디자인을 위한 초등학생 라이프스타일 및 시각문화에 대한 조사를 실시하였다. 또한 이런 재질이 디자인의 색상 등 시각 이미지를 실현하는데 적합한지에 대한 조사도 같이 실시되었다.
로봇 외장에 대하여는 각종 소재 및 후가공의 적용 및 디자인을 위한 초등학생 라이프스타일 및 시각문화에 대한 조사를 실시하였다. 또한 이런 재질이 디자인의 색상 등 시각 이미지를 실현하는데 적합한지에 대한 조사도 같이 실시되었다.
본 연구에서 로봇의 컨셉 도출 과정에 있어서 '시나리오기반 디자인 프로세스'의 적용 가능성을 시험하기 위해 일반 제품 디자인프로세스에서 적용하는 시나리오기반 디자인 프로세스를 참조했다. 단계별 프로세스로는 '기초조사' → '관찰을 기반으로 하는 필드스터디 (Field Study)' → '브레인스토밍(Brainstorming)' → '시나리오 도출' → '프로토타이핑(Prototyping)'의 순서로 진행 되었다.
이것이 최근 HRI(Human-Robot Interaction)라는 연구 분야의 활성화로 나타나고 있다. 본 연구에서도 로봇이 HRI를 정확하게 실현해야 하는 특성상 로봇의 기능 및 디자인의 설계를 위해서 많은 실험을 진행 하였다.

제안 방법

- 로봇의 역할 모델 중심 시나리오 : 학습보조 교사도우미 로봇의 역할 모델에 따른 시나리오를 구성하였으며 로봇의 가능한 역할을 Event maker, Supporter, Character 등 3가지로 나누어 기능을 수행함.
또한 로봇이 학교 내의 환경을 인식하기 위해서 거리 감지 센서로서 우수한 성능을 가진 초음파를 이용, 안전한 자율주행 및 장애물 회피의 기능을 구현하였다. 그림7.
또한 안정성에 기초한 메커니즘을 개발하기 위해 장애물에 대한 시뮬레이션 및 외관 재질에 대한 조사를 통해서 아이들과 안전하게 공존하기 위한 요소들을 개발에 적용하였다.
먼저 기술적인 이슈에 대하여는 로봇 기구부의 시뮬레이션을 통해서 로봇의 무게중심 변화, 장애물 극복능력 등을 주행속도 및 장애물 조건에 따라서 실험하였다.
먼저 설문조사를 통하여 로봇의 평균 기대 나이에 대하여 조사하였다. 실험대상은 초등학교 4학년, 5학년 각각 1반을 기준으로 조사한 결과, 4학년은 13.
본 연구에서 개발된 로봇은 학습보조 기능이 있다. 이는 기존의 ICT교육을 바로 실행하는 작은 의미에서의 교육 서비스에서 HRI를 통한 로봇과 학생간의 유기적인 교감을 통해 학습효과를 기대하는 넓은 의미의 교육 서비스를 동시에 내포하고 있다.
본 연구에서는 네트워크 기반 지능형 서비스 로봇을 교육현장에 적용하였다. 지능형 서비스 로봇이 갖추어야 하는 각각의 요소기술들의 적용은 물론이고, 초등학교라는 특수 현장에 적용하는 로봇으로써 필요한 추가요소들을 도출하기 위해서 설문조사, 현장조사, 시나리오 디자인 기법 등을 적용하여 로봇의 정확한 역할모델 및 시나리오를 정리하여 개발을 진행하였다.
설문조사와 더불어 로봇의 사용 현장인 초등학교를 대상으로 현장조사를 수행했다. 서울 및 충청권의 3개 초등학교를 대상으로 관찰기법(Observation Technique)과 교사와 학생에 대한 심층 인터뷰를 바탕으로 각각 2회에 걸쳐서 심도 있는 조사를 실시했다. 또한 초등학생들과 함께 미술시간을 빌어 '로봇 그리기'를 통한 초등학생들이 무의식속에 잠재되어 있는 로봇에 대한 이미지의 추출을 시도하기도 했다.
이 시나리오 들 중 “초등학생 일과 중심 시나리오”가 실제 교사들 의견을 들어 학교에서의 로봇에 가장 적합한 시나리오로 선정되었고, 이에 따른 역할모델 및 형상화를 통한 연구를 진행 하였다.
본 연구에서는 네트워크 기반 지능형 서비스 로봇을 교육현장에 적용하였다. 지능형 서비스 로봇이 갖추어야 하는 각각의 요소기술들의 적용은 물론이고, 초등학교라는 특수 현장에 적용하는 로봇으로써 필요한 추가요소들을 도출하기 위해서 설문조사, 현장조사, 시나리오 디자인 기법 등을 적용하여 로봇의 정확한 역할모델 및 시나리오를 정리하여 개발을 진행하였다.

대상 데이터

설문조사와 더불어 로봇의 사용 현장인 초등학교를 대상으로 현장조사를 수행했다. 서울 및 충청권의 3개 초등학교를 대상으로 관찰기법(Observation Technique)과 교사와 학생에 대한 심층 인터뷰를 바탕으로 각각 2회에 걸쳐서 심도 있는 조사를 실시했다.
먼저 설문조사를 통하여 로봇의 평균 기대 나이에 대하여 조사하였다. 실험대상은 초등학교 4학년, 5학년 각각 1반을 기준으로 조사한 결과, 4학년은 13.4살, 5학년은 12.5살로 나타났다. 이는 아동들이 로봇을 자신보다 약간 높은 나이로 보고, 친근하지만 자신보다 우월하여 자신을 이끌어줄 수 있는 역할을 기대하는 것으로 볼 수 있다.
컨텐츠에는 로봇의 모션 및 표정에 대한 정보를 포함하여 실제 로봇에서 컨텐츠를 실행하였을 때, 학습화면과 로봇의 움직임이 동기화 되어 학습효과를 증폭하는 효과를 기대하고 있고, 현재까지 개발된 학습 컨텐츠는 3과목에 대하여 각각 30편씩 제작이 되었다.

성능/효과

또한 기존 매체에 대하여 각 교과별로 로봇 및 로봇 활용 수업 흥미도가 다른가에 대한 다음의 모델에 대하여 5점 척도로 조사하여 F-검정을 실시한 결과 아동과 교사 모두 로봇활용 수업에 대하여 높은 흥미를 가지는 것으로 나타났다.
단계별 프로세스로는 '기초조사' → '관찰을 기반으로 하는 필드스터디 (Field Study)' → '브레인스토밍(Brainstorming)' → '시나리오 도출' → '프로토타이핑(Prototyping)'의 순서로 진행 되었다. 이러한 디자인 프로세스를 통하여 교육용 로봇이 기존 컴퓨터 기반 ICT 교육방식을 완전히 대체하기보다는 로봇만이 가진 물리적 입체적 상호작용 구현능력을 통해 기존 미디어의 효과를 증폭시키고 보완하는 역할 모델이 도출되었다.

후속연구

본연구의 로봇이 실용화에 이르면 현재 열악한 초등 교육환경이 개선됨은 물론이고, 지능로봇과 네트워크 환경을 이용한 신교육 개념이 실현된다. 또한 아직 국내외로 접근되지 않은 산업분야로 초기시장에 진입함으로써 국내외 시장 주도 및 선점이라는 의미도 가지게 될 것으로 전망된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	로봇의 적용 범위가 확대됨에 따라 어디에 접근하고 있는가?	최근 로봇의 적용 범위가 점점 확대되어 기존의 산업 현장에서의 로봇들이 지능형 로봇 기술과 접목되고, 인간생활에 더 밀접하게 접근하고 있다. 이것은 로봇이 가정, 공공시설 등으로 접근하여 인간의 삶의 질을 높이거나 극한지역이나 험지 등으로 접근하여 인간의 능력을 극복하는 목적으로 다양하게 확산되고 있다.
	시나리오기반 디자인 프로세스는 어떤 순서로 진행되는가?	본 연구에서 로봇의 컨셉 도출 과정에 있어서 '시나리오기반 디자인 프로세스'의 적용 가능성을 시험하기 위해 일반 제품 디자인프로세스에서 적용하는 시나리오기반 디자인 프로세스를 참조했다. 단계별 프로세스로는 '기초조사' → '관찰을 기반으로 하는 필드스터디 (Field Study)' → '브레인스토밍(Brainstorming)' → '시나리오 도출' → '프로토타이핑(Prototyping)'의 순서로 진행 되었다. 이러한 디자인 프로세스를 통하여 교육용 로봇이 기존 컴퓨터 기반 ICT 교육방식을 완전히 대체하기보다는 로봇만이 가진 물리적 입체적 상호작용 구현능력을 통해 기존 미디어의 효과를 증폭시키고 보완하는 역할 모델이 도출되었다.
	현재 지능형 로봇의 연구 방향은 어디에 중점을 두고 있는가?	현재 지능형 로봇의 연구 방향은 가전제품 개념의 생활 로봇이라기보다는 연구 로봇에 중점을 두고 있는 것이 사실이다. 따라서 로봇이 인간의 생활 속에서 상호작용하게 되었을 때 외관, 움직임, 소리 등 각종 감각적인 표출들이 사용자인 사람들에게 어떤 기대심리를 부여하며 어떤 심리적, 문화적 영향을 주게 될지에 대한 문제의 연구가 이슈화 된 것은 얼마 되지 않는다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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