보고서 정보
주관연구기관 |
서울대학교 Seoul National University |
연구책임자 |
이제희
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2018-07 |
과제시작연도 |
2017 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
과제관리전문기관 |
한국연구재단 National Research Foundation of Korea |
등록번호 |
TRKO201900024112 |
과제고유번호 |
1711048542 |
사업명 |
개인기초연구(미래부) |
DB 구축일자 |
2020-08-15
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키워드 |
생체 운동.이족 보행.휴머노이드 로봇.의료 보행 분석.인체 동작 분석.컴퓨터 애니메이션.물리 기반 시뮬레이션.비행 시뮬레이션.biological motion.biped locomotion.humanoid robot.clinical gait analysis.human motion analysis.computer animation.physically based simulation.flying simulation.
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초록
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□ 연구목표
본 연구는 실제 사람과 동물의 자연스러운 동작을 물리적으로 시뮬레이션하고 제어하기 위한 새로운 방법론의 개발을 목표로 한다. 생명체의 두뇌와 센서-모터 시스템을 관장하는 신경 구조를 모델링하고 이를 컴퓨터로 시뮬레이션하여 생체 운동이 생성되는 과정으로 밝히고자 한다. 이족 보행, 사족 보행, 비행 생명체 등 다양한 형태의 생명체를 대상으로 실험을 진행하고, 이를 바탕으로 이족/사족 보행 로봇 제어와 의공학 및 의료 가시화 분야에서 적용하여 실용화를 추진한다.
□ 연구개발내용
학술적인 측면에서는 사
□ 연구목표
본 연구는 실제 사람과 동물의 자연스러운 동작을 물리적으로 시뮬레이션하고 제어하기 위한 새로운 방법론의 개발을 목표로 한다. 생명체의 두뇌와 센서-모터 시스템을 관장하는 신경 구조를 모델링하고 이를 컴퓨터로 시뮬레이션하여 생체 운동이 생성되는 과정으로 밝히고자 한다. 이족 보행, 사족 보행, 비행 생명체 등 다양한 형태의 생명체를 대상으로 실험을 진행하고, 이를 바탕으로 이족/사족 보행 로봇 제어와 의공학 및 의료 가시화 분야에서 적용하여 실용화를 추진한다.
□ 연구개발내용
학술적인 측면에서는 사람 및 척추동물의 생체 운동을 이해하기 위한 생체 운동 모델을 정립하고, 이를 바탕으로 생체 운동을 물리 기반 시뮬레이션을 통해 재현한다. 이족보행(사람), 사족보행(이구아나), 비행(앵무새, 비둘기)을 대상으로 실제 생체 운동과 컴퓨터 시뮬레이션으로 얻어진 결과를 비교 분석함으로써 생체 운동 모델을 검증한다. 연구 결과의 실제적 응용을 위해서 연구 1단계(3년간)에서는 로봇 하드웨어 플랫폼 상에서 생체 운동 모델을 적용하여 이족보행 및 사족보행 로봇이 동적 균형을 유지하며 실제 사람/동물과 같이 자연스럽게 움직이도록 한다. 연구 2단계(2년간)에서는 생체운동 모델과 물리 기반 시뮬레이션을 통해 보다 정교한 의료 보행 분석(clinical gait analysis)을 진행하고, 근골격 변형 혹은 의족 착용 후 보행 예측 시뮬레이션 등 의료/재활 분야의 응용을 추진한다.
□ 연구개발 성과
생체 운동의 네가지 분야인 인체 운동 및 휴머노이드 로봇, 동물의 운동 분석 및 시뮬레이션, 군집 행위 분석 및 생성, 의료 행위를 위한 인체 분석 분야에서 향후 활용가치가 높은 연구 성과를 거두었다. 인체 동작을 데이터화하여 데이터베이스를 구축하고 이에 기반한 보행 동작을 컴퓨터상에서 시뮬레이션 하였다. 사족보행 및 비행하는 동물의 동작을 시뮬레이션 상에서 재현하였으며, 시뮬레이션 상에서 다양한 동물이 새로운 환경에서 스스로 학습하여 동작할 수 있도록 하였다. 실시간으로 사람 개개인의 동작 및 군집의 동작을 생성, 편집할 수 있는 기술을 마련하였으며, 환자 맞춤형 근골격 모델을 3차원으로 재현하여 병적 보행을 시뮬레이션 하였다.
그 결과로 그래픽스 분야의 최고 학술지인 ACM Transactions on Graphics에 7편의 논문을 게재하였으며, 총 14편의 SCI논문을 게재하였다. 그리고 12개의 특허를 출원/등록 하였으며, 연구 결과에 대해 대기업과 기술실시계약을 체결하였다. 공중파 및 여러 매체에 연구 결과를 홍보하였다.
□ 활용 계획 및 기대효과
생체운동 (특히, 이족 보행) 시뮬레이션 및 제어는 로보틱스 및 생체역학 분야의 오랜 난제 중의 하나이다. 특히, 기존의 휴머노이드 로봇에서 보이는 기계적인 quasi-static walking이 아닌 dynamic biped walking과 다양한 인체 동작으로 안정적으로 재현하는 것은 학문적 도전을 필요로 한다. 응용 측면에서는 인간형 로봇과 생체모방 로봇이 보다 더 생체 운동에 가깝게 사실적으로 움직이도록 제어하고, 의공학 측면에서는 근골격의 외과적 변형이나 지각 신경의 결함이 인체 운동에 미치는 영향을 시뮬레이션하고 가시화한다.
(출처 : 연구결과 요약문 : 한글 4p)
Abstract
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□ Purpose
The major goal of this research project is to develop a new way of understanding, analyzing and synthesizing the biological motion of humans and animals. We intend to build a computer simulation model of biological brains and sensory-motor systems in order to understand how biological m
□ Purpose
The major goal of this research project is to develop a new way of understanding, analyzing and synthesizing the biological motion of humans and animals. We intend to build a computer simulation model of biological brains and sensory-motor systems in order to understand how biological motions are generated and modulated. We will conduct experiments with biped, quadrupled, and flying creatures to build a unified model of biological motions that can be applied to subjects regardless of their musculoskeletal structures and inhabitation. We will apply our model of biological motion and its simulation method to biped/quadrupled robot control and clinical gait analysis.
□ contents
From an academy point of view, we will study the biological motion of humans and vertebrates to understand its generation process and reconstruct biological motion in physically based simulation. Our subjects would include humans (biped), iguanas (quadrupled), parrots and pigeons (flying) to capture their biological motion using marker-based optical motion capture, markerless high-speed video, and ground force plates. The motion data thus obtained will be compared to simulation results to verify our model and evaluate the accuracy of the simulation. The practical application at the first phase of our research project includes the control and simulation of biped/quadrupled robots to make them move like a real human/creature while keeping them dynamically balanced. The application at the second phase of the project includes clinical gait analysis based on our model of biological motion and physically based simulation. We intend to develop a system that predicts and visualizes gait patterns subject to surgical operation, impaired (balance, pressure, or vision) sensors, and the use of prostheses.
□ Developement results
We have achieved high-value research results in the fields of human motion and humanoid robots, animal motion analysis and simulation, group behavior analysis and creation, and human body analysis for medical activities. We have built human motion database, and simulated the walking behavior on the computer. The movements of the quadruped and flying animals were reproduced on the simulation, and the the various animals were allowed to learn their movements by themselves in a new environment. We have developed techniques to create and edit individual movements and group behaviors in real time, and simulated pathological gait by reproducing musculoskeletal models based on real patients.
As a result, seven papers have been published in the top journal of graphics, ACM Transitionson Graphics, and a total of 14 SCI papers have been published. We applied and registered 12 patents, signed a technical agreement with a corporation for the results of our research. We also introduced our research to major media.
□ Expected Contribution
The robust simulation and control of biological (in particular, biped) motion has been a long-standing problem in robotics and biomechanics. Most existing humanoid robots, such as Honda Asimo, exhibit stereotyped quasi-static walking that looks robotic and unnatural. Achieving dynamic walking and a variety of natural human behaviors in humanoid robots still necessitate significant academic challenges. In practice, biological motion modeling and simulation would allow humanoid and biologically-inspired robots to better imitate a real human/creature. Through clinical gait analysis based on accurate model and physically based simulation, we expect to better predict and visualize post-operative gait patterns and understand how impaired sensors affect human motion.
(출처 : SUMMARY 5p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 목차 ... 2
- 연구계획 요약문 ... 3
- 연구결과 요약문 ... 4
- 국문 요약문 ... 4
- SUMMARY ... 5
- 연구내용 및 결과 ... 6
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 8
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 139
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 143
- 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 143
- 7. 대표적 연구실적 ... 145
- 8. 참고문헌 ... 145
- 9. 연구성과 ... 147
- 10. 연구기자재 현황 및 활용 ... 164
- 11. 기타사항 ... 165
- [별첨1] 대 표 연 구 성 과 ... 166
- 끝페이지 ... 176
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