초록 ▼

연구의 목적 및 내용
- 곤충 및 동물의 행동에 기반한 바이오 로봇 분야를 다룬다. 향후 로봇 관련 산업의 부가가치 창출을 위한 핵심적인 역할을 담당할 지능형 바이오 로봇 분야에서의 세부요소 기술 확보를 목표로 하며, 이 과정에서 동물 행동을 모티브로 한 로봇의 연구 및 실험은 행동 신경 생물학 분야의 많은 가설과 이론을 입증하는데 사용될 것이다.
- 전체 연구는 첫번째 공간지각 및 내비게이션 기술, 두 번째 시각 정보 기술, 세 번째 촉각 기술 및 통합 기술 연구를 중심으로 진행되며, 궁극적으로 청소용, 군용, 재난 대

연구의 목적 및 내용
- 곤충 및 동물의 행동에 기반한 바이오 로봇 분야를 다룬다. 향후 로봇 관련 산업의 부가가치 창출을 위한 핵심적인 역할을 담당할 지능형 바이오 로봇 분야에서의 세부요소 기술 확보를 목표로 하며, 이 과정에서 동물 행동을 모티브로 한 로봇의 연구 및 실험은 행동 신경 생물학 분야의 많은 가설과 이론을 입증하는데 사용될 것이다.
- 전체 연구는 첫번째 공간지각 및 내비게이션 기술, 두 번째 시각 정보 기술, 세 번째 촉각 기술 및 통합 기술 연구를 중심으로 진행되며, 궁극적으로 청소용, 군용, 재난 대처용 등 다양한 로봇으로의 적용을 위한 세부 알고리즘을 연구 및 개발하는 것을 목표로 한다.
연구결과
- 사막 개미를 모델로 한 내비게이션 알고리즘을 모바일 로봇에 적용하여 성능을 분석하였다.
- 이미지를 이용한 내비게이션 기술에서 기존 이미지 매칭 방법에 구획을 나누는 방법을 추가하여 기존 알고리즘의 성능과 간결성을 높였다.
- 곤충 및 동물의 시각 구조를 모델로 하는 랜드마크 거리 추정 기반 내비게이션 알고리즘을 개발하고, 이를 시뮬레이션 및 모바일 로봇 실험에 적용하여 성능을 분석하였다.
- 전기 물고기의 꼬리 움직임을 이용한 전기장 패턴의 변화를 통한 물체 인식 알고리즘을 개발하고, 기존의 연구에서 더 나아가 하나 이상의 물체에 대한 상대적 기울기 값을 분석하고 이를 이용해 물체들을 인식하도록 하였다. 또한 전기장 신호의 잡음을 제거하여 더 좋은 결과를 얻을 수 있는 방법을 제안하고 테스트 하였다.
- 사막 전갈을 모델로 한 진원지 추정 기법을 개발 및 성능을 분석하였다.
- 광학 흐름 정보를 이용하여 실제 농게를 모델로 제작한 게 로봇의 걸음걸이를 제어하여 효과적인 오름, 내림 걸음걸이 알고리즘 개발 및 성능을 분석하였다.
- CPG 뉴런 모델을 이용하여 6개의 다리를 가진 동물이 3개씩 쌍을 지어서 tripod 방식으로 걸음걸이를 하는 이유를 GA알고리즘을 사용하여 시뮬레이션을 통해 확인하였고, 이를 로봇에 적용하였다.
- 박쥐를 모델로 한 초음파 물체 위치 탐지 방법을 개발하고 시뮬레이션을 하였다.
- 설치류의 Place cell을 이용한 내비게이션 방법을 제안하고, 이를 경로 적분법과 결합함으로써 보다 좋은 성능의 내비게이션 알고리즘을 개발 및 테스트 하였다.
- 구형(sphere) 거울을 장착한 전방향 카메라를 응용하여 디스패리티 지도(disparity map)를 만들기 위한 연구를 진행하여, 특허 등록을 하였다.
연구결과의 활용계획
- 곤충 및 동물들의 행동을 분석하여 로봇에 적용 가능한 알고리즘과 센서를 연구하면서 공간지각, 내비게이션 기술, 시각 정보 기술, 촉각 기술 등을 다루었다. 각 기술들은 군용이나 재난 대처용 로봇 등에 적용되어 사용될 수 있다. 예를 들어, 사막 개미나 다른 곤충, 동물들의 내비게이션 기술이 사용된 알고리즘을 로봇에 적용하면 전쟁이나 재난 시, 시야가 확보되지 않거나, 장애물이 많은 복잡한 상황에서도 로봇들을 사용하여 안전하게 홈이나 피난처로 복귀할 수 있을 것이다. 그리고 전기 물고기를 이용한 물체 탐지 기법이 좀 더 발전하여 실제 로봇에 구현을 하게 된다면, 눈으로 잘 보이지 않는 심해나 오염이 심하여 잘 보이지 않는 곳에서 시각을 사용하지 않고도 전기장을 이용하여 물체를 탐지하는 것이 가능할 것이다. 또한 사막전갈이 먹이가 움직일 때 생기는 진동을 다리에서 감지하여 먹이의 위치를 찾아내는 것처럼 이를 실제로 구현한 연구를 통해서, 적군의 움직임을 은밀하게 감지할 수 있을 것이다.

Abstract ▼

Purpose&contents
- This project will do research on biorobotics inspired by insects or animals. The objective is to obtain specific knowledge and technology of intelligent biorobotics, which will provide added value in the robot industry. While doing research and experiments on robotics motivated

Purpose&contents
- This project will do research on biorobotics inspired by insects or animals. The objective is to obtain specific knowledge and technology of intelligent biorobotics, which will provide added value in the robot industry. While doing research and experiments on robotics motivated by animal behavior, this will also make new hypotheses or give answers to the existing hypotheses in behavioral neuroscience.
- The scope of this research will include the following three categories. First, space perception and navigation methods. Second, technolgy using visual information. Third, tactile perception and fusion of all technology developed in this research. The ultimate goal is to develop algorithms which can be applied to robots for cleaning, military defence or search and rescue tasks.
Result
- We applied the algorithm which was motivated from the desert ant into a mobile robot and tested the performance. The navigation method which used images were upgraded by using a sector based image matching method that made the algorithm's performance better. A landmark based distance estimation navigation algorithm was developed based on insects and animals visual sensing structure.
- The pattern of the electric field when a weakly electric fish bended its tail was analyized, and have shown that this pattern could give additional information for prey capture. Also, instead of just one object localization, a multi object localization method was developed based on relative slope. Reducing electric field noise algorithm was developed and was tested.
- Vibration source localization based on desert scorpions was developed, and its performance has been tested.
- A robot which mimicked the features of a real fiddler crab was made, and an efficient gait control algorithm was developed based on optical flow.
- Using a CPG neural model, we have found an explaintion why a six legged insect would walk in a tripod way, using three legs as one pair, by using a GA algorithm. We did simulations to support our hypothesis and applied it to a robot.
- A localization method based on a bat model using ultrasonic has been developed. The performance was evaluated based on simulations.
- A navigation method using rodent's place cells was developed and was combined with the path integration method giving a better navigation performance.
- A spherical mirror attacted to an omni directional camera was made to make a disparity map and also has obtained a patent.
Expected Contribution
- While analyizing the patterns of insects and animals, we have developed algorithms and sensors with/for space perception, navigation, visual perception and tactile perception. Each technology can be applied military or search and rescue tasks. For example, the navigation skills used by desert ants and other insects or animals can be applied to robots in situations like war or in disaster areas (where visual cues are insufficient or numerous obstacles exist) so that te robots may return home safely. And if the electric fish's object detection inspired method be more developed in order to by applied to robots, it will allow the robots to find objects using electric fields, even in deep seas or extremely polluted water where visual cues are scarse. Mimicking the mechanism of the desert scorpion to estimate the vibration source using eight legs, this could be applied to find or detect enemies' movements.

목차 Contents

• 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
• 목 차 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 11
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 75
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 76
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 77
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 79
• 8. 참고문헌 ... 80
• 9. 연구성과 ... 82
• 10. 기타사항 ... 89