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문제 정의
- 둘째 요소인, 상호작용 유발, 의 개념은 인간이 로봇과 얼마나 상호작용 행동을 하고 싶은지를 뜻하며 로봇과 대화하고 싶음(Talk), 로봇을 만지고 싶음(Touch), 로봇을 안아보고 싶음(Hug). 로봇과 친구가 되고 싶음(Friend), 로봇이 가까이 오면 싫음①islike coming) 등과 같이 구체적인 상호작용 행동들에 대해 평가하는 것으로 하였다. 이 항목들은 심리치료용 동물로봇의 인간과 상호작용을 연구한 선행 연구 [9, 10]에서 적합한 항목들을 선별하고 유사한 방식으로 추가 항목을 개발하여 구성한 것이다(표 3).
- 본 연구는 그동안 사례가 거의 없었던 인간크기의 이족보행 휴머노이드 로봇에 대한 일반 대중 실증 시험의 의미를 가지며 이런 종류의 로봇에 대한 이용자 측면의 이해를 높이는 자료가 될 것이다. 본 연구 결과가 보다 인간 친화적인 로봇의 개발에 활용되기를 기대한다.
- 이에 로봇 연구자들은 이런 이상적인 형태의 로봇으로 휴머노이드 로봇을 개발해오고 있다. 이 로봇에 대한 궁극적인 목표는 머리, 몸통, 팔과 다리와 같이 인간의 신체 구조와 유사하고 이족보행과 같이 인간의 동작을 구현하며 시각, 청각, 후각 및 촉각과 같은 인간의 감각과 인지 및 판단하는 지능까지 갖추는 것이다.
- 인간친화성의 전체 평가항목들에 대한 요인분석(factor analysis)을 통해 인간친화성의 3가지 구성인, 인상, , , 상호작용 유발', , 인간동작 모방' 평가요소가 상호 독립적인 특성을 갖는지와 불필요한 평가항목이 존재하는지를 확인하고자 한다.
가설 설정
- 그리고, 사람 같은 목소리이면 좋겠다., , , 얼굴에 눈, 코, 입이 있으면 좋겠다., 등의 의견들이 로봇을 기계로 바라보기 보다는 더욱 사람과 닮기를 바라는 사람들의 욕구를 반영하고 있는데 이런 부분도 평가에 반영되었을 것이다.
- 이런 로봇들은 인간의 생활 속에서 인간과 함께 자연스럽게 생활하는 모습을 보여준다. 로봇이 인간과 동일한 환경에서 활동하며 인간을 돕기 위해서는 인간을 닮은 형태가 가장 이상적일 것이다. 이에 로봇 연구자들은 이런 이상적인 형태의 로봇으로 휴머노이드 로봇을 개발해오고 있다.
제안 방법
- 셋째, 상호의존단계는 현 기술 수준의 휴머노이드 로봇이 실현 불가한 단계로 인간 친화성 요소에서 제외하였다. 그 대신 안내로봇 및 동물로봇을 다룬 선행 연구들과 달리 본연구에서는 인간과 매우 유사한 인간 크기의 이족보행 휴머노이드를 대상으로 함으로써, 인간관계에서 상호 유사성이 높을 때 친밀감이 높다는 유사성 효과를 적용하여 휴머노이드의 인간동작 모방 능력을 추가적인 인간 친화성 요소로 삼았다. 결론적으로 로봇의 인간 친화성에 대한 주관적 평가모형은, 인상, , , 상호작용 유발, , , 인간동작 모방, 의 3가지 요소로 구성하였다.
- 따라서 사람들이 일반적으로 타인을 인식하는 대표적인 특징인 성별, 연령 그리고 키와 몸무게 등의 특성은 휴머노이드 로봇에 적용될 수 있다고 보며 주관적 평가의 요소로 사용될 수 있을 것이다. 그런데 이 요소들 중 몸무게는 상호작용 시에 관찰될 수 있는 요소가 아니기 때문에 본 연구에서는 유사한 개념으로 외적관찰이 가능한 요소인 체형으로 대체하였다. 종합하자면 성별과 연령 그리고 신장과 체형을 로봇의 인간적 외형 특성으로 정의하고 주관적 평가 요소로 선정하였다.
- 부문으로 구성한 평가모형을 제안하였다. 그리고 로봇에 대한 공감을 높이기 위해 스토리텔링 시연 기법을 구성하여 불특정 다수의 사람들에게 공개 시연하고 참가자들이 평가모형에 따라 로봇을 평가하도록 하였다. 그 결과는 사람들이 시연한 로봇에 대해 전반적으로 긍정적인 평가를 하며 상호작용 유발 요소를 가장 높게, 인간동작 모방 요소를 가장 낮게 평가하고 있는 것을 보여준다.
- 대한 인상 평가 요소를 적용하였다. 둘째, 직접적인 교류가 일어나는 접촉단계는 Shibata [9, 10]가 전시회, 박물관 등과 같은 대중공간에 전시하고 연구하였던 인간과의 상호작용을 강조한 심리치료용 동물로봇에 대한 이용자 평가로부터 도출한 상호작용 유발 평가 요소를 적용하였다. 셋째, 상호의존단계는 현 기술 수준의 휴머노이드 로봇이 실현 불가한 단계로 인간 친화성 요소에서 제외하였다.
- 성별은 남성과 여성으로 구분하고 나머지 평가 요소에 대해 연령은, 10세 미만, 과, 60세 이상, , 신장은, 작은, 과 , 큰, , 체형은 른, 과, 살찐을 각각 양 끝단으로 배치하고 각 요소가 1점~5점 사이에서 평가될 수 있도록 설정하였다.
- 참여자들은 스토리텔링 인터랙션 시연을 통해 로봇의 행동이나 질문에 반응하기도 하고 물리적인 인터랙션을 체험하였다(그림 6). 시연이 끝난 후 참여자들을 대상으로 즉석에서 주관적 평가지를 배부하고 평가토록 하였다. 약 4개월 기간 동안 총 33회의 시연에 대해 평가를 수행하였으며 시연 1회당 무작위로 선정된 10명 내외의 인원이 평가에 참여하였다.
- 이 기준에 따르면 인간과 유사한 신체 구조를 가지고 이족 보행을 하는 휴보는 사회적인 인간-로봇 상호작용에 적합한 로봇이다. 여기에 더해 사람들이 로봇에 더욱 높은 공감을 가지도록 스토리텔링 시연 기법을 적용하였다. 시연은 처음부터 끝까지 연결된 하나의 스토리를 가지며 그 속에서 로봇과 매개자(인간) 그리고 시연 참가자들은 유기적인 연결 구조를 가진다 (그림 2).
- 사람들이 전국 각지에서 방문하는 곳이다. 이러한 다양한 사람들이 참여하는 환경 속에서 휴머노이드 로봇 시연을 운영하면서 2013년 12월부터 2014년 3월까지의 기간 동안 시연 참가자들을 대상으로 주관적 평가 측정을 수행하였다. 참여자들은 스토리텔링 인터랙션 시연을 통해 로봇의 행동이나 질문에 반응하기도 하고 물리적인 인터랙션을 체험하였다(그림 6).
- 이런 관계 형성 단계는 사회적 존재로 인식되는 휴머노이드 로봇과 인간 간에도 적용되어 로봇이 인간에 친화적이기 위해서는 관계 형성의 각 단계가 원활하게 이루어질 수 있어야 한다고 보았다. 이를 바탕으로 로봇의 인간 친화성에 대한 평가 모형을 구상하고, 이전 연구자들이 사용한 주관적 평가 내용으로부터 다음과 같이 평가 요소를 적용하였다.
- 이 로봇을 일상생활 속 공공장소인 과학관의 다양한 불특정 다수가 참여하는 대중 시연 프로그램에서 운영하였다. 이전 연구들의 주관적 평가 방법들을 참고하여 휴머노이드 로봇을 위한 새로운 평가 모델을 개발하였으며 이를 통해 이용자 관점의 주관적 평가를 수개월에 걸쳐 수행하고 수집된 정량적 데이터를 통계적으로 분석하였다.
- 인간친화성 요소의 세부 평가항목들은 참가자들이 평가하는데 있어 강한부정, 부정, 중간, 긍정, 강한 긍정 중에 선택할 수 있도록 5점 리커트 척도로 설계하였다.
- 한쪽 또는 양팔을 흔들어 인사하기, 이해의 표현으로 머리를 끄덕이기, 두 손 모아 허리 굽혀 인사하기, 손가락으로 특정방향 지적흐!기, 포옹하기 둥 다양한 동작 구현이 가능하다. 전신제어 기술을 통해 어떤 자세에서도 무게중심을 유지하며 상체와 하체를 동시에 빠르게 움직일 수 있게 하였다. 이는 로봇이 사람처럼 역동적으로 춤을 추면서 쓰러지지 않음으로 더욱 더 사람과 같은 느낌을 줄 수 있다.
- 그런데 이 요소들 중 몸무게는 상호작용 시에 관찰될 수 있는 요소가 아니기 때문에 본 연구에서는 유사한 개념으로 외적관찰이 가능한 요소인 체형으로 대체하였다. 종합하자면 성별과 연령 그리고 신장과 체형을 로봇의 인간적 외형 특성으로 정의하고 주관적 평가 요소로 선정하였다.
- 첫째, 서로 관찰하여 인식하는 면식단계에 대해서는안domi [2], Kanda [3] 및 본 저자[8]가 과학관, 쇼핑몰과 같은 대중시설에 안내로봇을 운용하고 연구하였던 이용자의 로봇에 대한 인상 평가 요소를 적용하였다. 둘째, 직접적인 교류가 일어나는 접촉단계는 Shibata [9, 10]가 전시회, 박물관 등과 같은 대중공간에 전시하고 연구하였던 인간과의 상호작용을 강조한 심리치료용 동물로봇에 대한 이용자 평가로부터 도출한 상호작용 유발 평가 요소를 적용하였다.
- 평가자의 개인적 특징을 결정하는 인자 중 객관적인 지표로써 평가자의, 성별, 과, 연령, 을 선정하고 주관적인 지표로써 평가자에 내포되어 있는, 로봇에 대한 평소 관심, 을 선정하였다.
- 휴머노이드 로봇의 주관적 평가를 위해 로봇의 인상, 상호작용 유발, 인간동작 모방의 3요소로 구성한 인간 친화성 부문과 인간처럼 성별, 나이, 신장, 체형을 평가하는 인간적 외형 부문으로 구성한 평가모형을 제안하였다. 그리고 로봇에 대한 공감을 높이기 위해 스토리텔링 시연 기법을 구성하여 불특정 다수의 사람들에게 공개 시연하고 참가자들이 평가모형에 따라 로봇을 평가하도록 하였다.
대상 데이터
- 로봇 시연의 체험자들은 로봇의 성별에 대해서 전체 332 명 중 327명이 남자로 평가하고 있다. 시연의 내용이 여자친구를 사귀고 싶은 로봇이므로 자연스러운 결과로 볼 수 있다.
- 본 연구가 수행된 국립중앙과학관은 대한민국 대전광역시에 위치하고 있으며 연간 100만 명 이상의 사람들이 방문하는 공공시설로 어린이, 청소년과 성인 등 모든 연령층의 사람들이 전국 각지에서 방문하는 곳이다. 이러한 다양한 사람들이 참여하는 환경 속에서 휴머노이드 로봇 시연을 운영하면서 2013년 12월부터 2014년 3월까지의 기간 동안 시연 참가자들을 대상으로 주관적 평가 측정을 수행하였다.
- 본 연구에서는 인간의 신체와 동작에 매우 높은 유사성을 가진 인간 크기의 이족 보행 휴머노이드 로봇을 대상으로 하였다. 이 로봇을 일상생활 속 공공장소인 과학관의 다양한 불특정 다수가 참여하는 대중 시연 프로그램에서 운영하였다.
- 사람들의 로봇 외형 평가 결과를 통해 연구 대상 로봇인 휴보는 성별이 남자, 나이는 10세 초반, 신장은 약간 작은 편, 체형은 날씬하거나 살찌지 않은 보통이라고 인식되는 것으로 판단된다. 한국인의 신체 통계 자료에 따르면 10세 초반(초둥 4~6학년생)의 신장이 약 135-150 cm이므로 126 cm인 휴보는 인식된 나이에 비해 신장이 작다.
- 시연이 끝난 후 참여자들을 대상으로 즉석에서 주관적 평가지를 배부하고 평가토록 하였다. 약 4개월 기간 동안 총 33회의 시연에 대해 평가를 수행하였으며 시연 1회당 무작위로 선정된 10명 내외의 인원이 평가에 참여하였다. 그 결과 총 332매의 유효한 평가결과를 확보할 수 있었다.
- 연구에 사용된 인간 크기의 휴머노이드 로봇은 한국과학기술원(KAIST)에서 개발된 휴보이다. 이 로봇의 플랫폼은 2004년에 처음으로 이족 보행을 선보인 휴머노이드 로봇이다[11, 12].
- 개발된 휴보이다. 이 로봇의 플랫폼은 2004년에 처음으로 이족 보행을 선보인 휴머노이드 로봇이다[11, 12]. 그 후 기존 모델을 개량하여 보다 가볍고 작은 체구로 설계된 것이 2009년에 개발된 휴보2이다.
- 관절에 대한 작동기로는 하모닉 드라이브와 풀리-벨트 감속 기어를 가진 DC모터가 장착되어 있다. 인간의 피부에 해당되는 휴보 외장 프레임에 해당하는 소재는 알루미늄이 사용되었다[13]. 휴보2+ 모델의 전체적인 사양은 표 1과 같다.
데이터처리
- 7%로 차이가 있다. 각각의 차이를 통계적으로 검증하고자 카이제곱 검증(;广 test)을 사용하였다. 그 결과 성별에 따른 차이는 유의수준 a =0.
- 로봇의 나이, 신장과 체형 항목에 대해 평가자의 성별 또는 연령에 따른 평가 값의 차이가 통계적으로 유의한지를 확인하고자 T검증하였다. 그 결과 성별 그룹 간에는 유의수준 a =0.
- 요인분석 도구로는 SPSS Statistics 통계분석 프로그램을 사용하였다. 요인추출방식 으로는 주성 분 분석 법 을 사용하여 고유값 1이상의 요인을 추출하고 베리맥스 방법으로 요인을 회전하였다.
- 각 그룹 간에 평가 값의 차이가 존재하는 것이 보인다. 이 차이를 통계적으로 판단하고자 독립 표본 T검증(independent samples T-test)을 사용하였다. 그 결과 유의수준 a= 0.
이론/모형
- 다양한 목적으로 휴머노이드 로봇 플랫폼이 활용되고 있는 근래의 상황 속에서 다른 연구 분야의 연구자들을 위해 사용 편의성을 향상시키고 더 튼튼하고 신뢰성을 높여 2012년에 개발된 것이 휴보2+이다[13]. 본 연구에서는 이 휴보 시리즈최신형 모델인 휴보2+를 사용하였다.
- 요인추출방식 으로는 주성 분 분석 법 을 사용하여 고유값 1이상의 요인을 추출하고 베리맥스 방법으로 요인을 회전하였다. 그 결과 표 5에서와 같이 요인(factor)은 모두 4개가 추출된다.
성능/효과
- Shibata 등[9, 10]은 물개를 형상화한 심리치료로봇을 7개 국가의 박물관 및 전시관에서 전시물로 배치하고 관람객들의 주관적 평가를 수행하였다. 2가지의 대비되는 평가 요소로 첫째, 진짜 동물과 상호작용하는 편안한 느낌, , 둘째, 상호작용을 유도하는 호감적인 인상, 을 도출하고 서양 문화권에서는 첫째 요소를 동양 문화권에서는 둘째 요소를 더 높게 평가한다는 것을 보여주었다.
- 48이다. 5개의 모든 항목들의 값을 합하고 평균하여 로봇의 상호작용 유발에 대한 주관적 평가치를 구하면 4.26으로 나타난다.
- 그 대신 안내로봇 및 동물로봇을 다룬 선행 연구들과 달리 본연구에서는 인간과 매우 유사한 인간 크기의 이족보행 휴머노이드를 대상으로 함으로써, 인간관계에서 상호 유사성이 높을 때 친밀감이 높다는 유사성 효과를 적용하여 휴머노이드의 인간동작 모방 능력을 추가적인 인간 친화성 요소로 삼았다. 결론적으로 로봇의 인간 친화성에 대한 주관적 평가모형은, 인상, , , 상호작용 유발, , , 인간동작 모방, 의 3가지 요소로 구성하였다.
- Kanda 등[1]은 어린이들과 행동으로 상호작용할 수 있는 휴머노이드형 로봇을 개발하고 두 달간 초둥학교의 교실에 그 로봇을 배치하고 필드 테스트를 수행하였다. 그 결과 두 달간 많은 학생들과 지속적인 상호작용을 성공적으로 하였고 학생들과 친구 같은 관계를 형성하는 것이 관찰되었다. 이는 현재의 상호작용 로봇들이 일상의 사람들과 사회적 관계를 형성할 수 있는 가능성을 보여준다고 설명하고 있다.
- 이 차이를 통계적으로 판단하고자 독립 표본 T검증(independent samples T-test)을 사용하였다. 그 결과 유의수준 a= 0.05에서 남성(male)과 여성(fbmale)의 성별 그룹 간에는 모든 평가항목들의 유의확률 p값이 0.05 보다 크므로 통계적으로 의미 있는 차이가 없다는 것을 알 수 있다. 같은 유의수준으로 어린이(childen)와 어른(adult) 의 연령 그룹 간에, 친근한, , , 매력적인, 의 2개 평가항목은 p값이 0.
- 약 4개월 기간 동안 총 33회의 시연에 대해 평가를 수행하였으며 시연 1회당 무작위로 선정된 10명 내외의 인원이 평가에 참여하였다. 그 결과 총 332매의 유효한 평가결과를 확보할 수 있었다.
- 그리고 로봇에 대한 공감을 높이기 위해 스토리텔링 시연 기법을 구성하여 불특정 다수의 사람들에게 공개 시연하고 참가자들이 평가모형에 따라 로봇을 평가하도록 하였다. 그 결과는 사람들이 시연한 로봇에 대해 전반적으로 긍정적인 평가를 하며 상호작용 유발 요소를 가장 높게, 인간동작 모방 요소를 가장 낮게 평가하고 있는 것을 보여준다. 평가자 개인적 요인인 성별과 연령별 차이를 통계적으로 분석한 결과 인간 친화성 3개 요소 모두에 대해 평가자 성별 간에 평가치의 차이는 없고 연령별 차이가 존재하여 어린이가 어른보다 높은 평가를 한다는 것을 알 수 있다.
- 로봇의 인간동작 모방을 평가하는 항목들에 대한 평가 결과의 평균값은, 머리동작, 3.62, , 팔동작, 3.90, , 다리동작, 3.55, , 손가락동작, 4.05, , 전체동작, 3.60으로 나타난다. 5개의 모든 항목의 값들을 합하고 평균하여 로봇의 인간 동작 모방에 대한 주관적 평가 값을 구하면 3.
- 본 연구 대상 로봇의 인간친화성 평가의 종합 평균은 5 점 척도에서 4.02점으로 비교적 높은 점수를 얻었다. 그런데 인간친화성을 구성하는 3가지 차원의 평가 점수는 상호작용 유발(4.
- 이 항목들은 심리치료용 동물로봇의 인간과 상호작용을 연구한 선행 연구 [9, 10]에서 적합한 항목들을 선별하고 유사한 방식으로 추가 항목을 개발하여 구성한 것이다(표 3). 셋째 요소인, 인간 동작 모방, 의 개념은 인간의 신체 동작을 얼마나 유사하게 모방하는지를 말하는 것으로 머리(Head), 팔(Arms), 손 (Hands), 다리(Legs)의 움직임이나 몸 전체(Whole body) 의 움직임과 음성(Voice)의 자연스러움을 평가하는 것으로 하였다(표 4).
- 둘째, 직접적인 교류가 일어나는 접촉단계는 Shibata [9, 10]가 전시회, 박물관 등과 같은 대중공간에 전시하고 연구하였던 인간과의 상호작용을 강조한 심리치료용 동물로봇에 대한 이용자 평가로부터 도출한 상호작용 유발 평가 요소를 적용하였다. 셋째, 상호의존단계는 현 기술 수준의 휴머노이드 로봇이 실현 불가한 단계로 인간 친화성 요소에서 제외하였다. 그 대신 안내로봇 및 동물로봇을 다룬 선행 연구들과 달리 본연구에서는 인간과 매우 유사한 인간 크기의 이족보행 휴머노이드를 대상으로 함으로써, 인간관계에서 상호 유사성이 높을 때 친밀감이 높다는 유사성 효과를 적용하여 휴머노이드의 인간동작 모방 능력을 추가적인 인간 친화성 요소로 삼았다.
- 그 결과는 사람들이 시연한 로봇에 대해 전반적으로 긍정적인 평가를 하며 상호작용 유발 요소를 가장 높게, 인간동작 모방 요소를 가장 낮게 평가하고 있는 것을 보여준다. 평가자 개인적 요인인 성별과 연령별 차이를 통계적으로 분석한 결과 인간 친화성 3개 요소 모두에 대해 평가자 성별 간에 평가치의 차이는 없고 연령별 차이가 존재하여 어린이가 어른보다 높은 평가를 한다는 것을 알 수 있다. 이는 개인적 배경 요인으로 측정한 평소 로봇 관심도가 연령 차이는 없이 성별 차이를 보이며 남자가 여자보다 높다는 것과는 대조적이다.
후속연구
- 이것은 사람들이 휴머노이드 로봇을 하나의 인간으로 인식한다는 것을 의미한다. 따라서 사람들이 일반적으로 타인을 인식하는 대표적인 특징인 성별, 연령 그리고 키와 몸무게 등의 특성은 휴머노이드 로봇에 적용될 수 있다고 보며 주관적 평가의 요소로 사용될 수 있을 것이다. 그런데 이 요소들 중 몸무게는 상호작용 시에 관찰될 수 있는 요소가 아니기 때문에 본 연구에서는 유사한 개념으로 외적관찰이 가능한 요소인 체형으로 대체하였다.
- 자료가 될 것이다. 본 연구 결과가 보다 인간 친화적인 로봇의 개발에 활용되기를 기대한다.
- 결국 휴머노이드 로봇은 인간과 공존하기 위한 이상적인 로봇으로 연구되어 오고 있지만 로봇 자체에 대한 연구에 초점이 맞춰져 있고, 사람들의 일상 환경에서 운영되고, 인간과의 상호작용 측면에서 연구된 사례를 찾아보기 힘들다. 휴머노이드 로봇은 어떤 다른 로봇 보다 인간 친화적인 방향으로 개발되는 것이 중요하므로 많은 사람들과 상호작용하는 실증 시험을 통한 이용자 연구가 더욱 필요하다.
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