서울공대 재료공학부 김호영 교수팀, 복잡한 제어 없이도 개미처럼 유기적으로 움직이는 입자 군집 개발

서울공대 재료공학부 김호영 교수팀, 복잡한 제어 없이도 개미처럼 유기적으로 움직이는 입자 군집 개발 - 입자 간 단순 연결 구조로 물체 운반·장애물 회피 등 다양한 동작 구현 - 재난 구조, 험지 운반, 환경 감시 가능한 자원 효율적 차세대 로봇 선봬 - 국제 저명 학술지 Science Advances 논문 게재   ▲ (왼쪽부터) 서울대학교 기계공학부 손경민 박사, 김관우 석사과정생, 김호영 교수개미와 같은 군집 생명체처럼 정밀한 제어 없이도 이동, 탐사, 운반, 협력이 가능한 능동 입자 기반의 차세대 군집 로봇 시스템이 개발됐다.서울대학교 공과대학은 기계공학부 김호영 교수 연구팀이 하버드대학교(Harvard University)와의 공동 연구를 통해, 입자 간 단순한 연결을 통해 정교한 제어 없이 다양한 동작을 수행할 수 있는 군집 로봇을 개발했다고 밝혔다.이번 연구성과는 그 혁신성을 인정받아 세계적 권위의 학술지 ‘사이언스 어드밴시즈(Science Advances)’에 5월 9일 게재됐다. 일반 로봇과 다수의 드론으로 구성된 기존의 군집 로봇은 지도 작성, 장애물 회피, 물체 운반 등 다양한 고난이도 작업을 수행할 수 있다. 고성능 정밀 센서, 통신 장치, 그리고 복잡한 제어 알고리즘의 활용 덕분이다. 그러나 이를 위해선 여러 기능들, 즉 정밀한 위치 인식, 충돌 방지, 실시간 데이터 처리 및 복잡한 의사결정 기능을 개별 로봇에 일일이 탑재시켜야 한다. 따라서 이 시스템에서는 로봇의 크기와 무게가 증가하고, 고급 재료 및 부품 비용이 많이 들 뿐 아니라, GPS나 통신이 원활하지 않은 환경에서는 성능이 급격히 저하되는 한계가 있었다.이에 공동연구팀은 자연계의 개미 떼나 세포처럼 단순한 개체들이 모여 복잡한 행동을 발현하는 ‘창발적 집단 행동(emergent collective behavior)’에 착안해, 중앙 제어나 센서 없이도 자율적으로 움직이는 링크 기반의 군집 로봇 ‘링크봇(Link-bot)’을 고안했다. 기존 군집 로봇 시스템의 제약을 넘어선 차세대 로봇의 새 방향을 제시한 것이다. ▲ 그림 1. 방향성을 가진 입자들을 체인 링크로 연결해 만든 V자 형태의 링크봇링크봇은 방향성을 가진 능동 입자들이 V자의 체인 구조로 연결된 형태로 구성된다. 입자 간 이동과 회전을 단순한 링크 구조로 제한하기만 하면, 링크봇은 별도의 지능 없이도 마치 하나의 생명체처럼 유기적으로 움직인다. 또한 링크 구조의 기하학적 조절을 통해, 형태 변화와 동작의 유연성을 자유롭게 제어할 수 있다.▲ 그림 2. 링크 구조의 설정에 따라 경로와 방향이 달라지는 링크봇의 움직임또한 연구팀은 유연성과 가변성을 지닌 링크봇이 직진, 정지, 방향 전환 등 다양한 움직임을 수행할 수 있음을 실험을 통해 확인했다. 좁은 공간이나 복잡한 지형을 통과하거나, 구조물의 틈새를 차단하고 외부 물체를 감싸서 운반하는 기능도 구현했다. 나아가 복수의 링크봇이 협력력하면 단일 개체로는 수행이 어려운 작업도 할 수 있다.▲ 그림 3. (위) 링크봇이 물건을 감싸 가지고 오는 모습, (아래) 링크봇이 물건을 감싸서 멀리 이동하는 모습아울러 링크봇의 움직임을 정밀하게 분석하고, 다양한 조건에서의 동작을 예측할 수 있는 계산 모델도 함께 개발했다. 링크 구조의 파라미터(매개변수)와 입자 개수에 따른 움직임의 변화를 시뮬레이션함으로써, 동작 메커니즘을 체계적으로 탐색할 수 있는 방법도 고안한 것이다.이처럼 금번 연구는 중앙 제어나 센서 없이도 탐색, 운반, 협력 등 복잡한 작업을 연속적으로 수행할 수 있는 군집 로봇을 성공적으로 구현했다는 평가를 받고 있다. 이는 앞으로 재난 구조, 험지 운송, 환경 감시 등 다양한 분야에서 활용 가능한 자원 효율적 차세대 로봇 기술의 실현 가능성을 시사한다. 연구를 이끈 김호영 교수는 “이번 연구는 단순히 링크 모양만 바뀌어도 군집 로봇이 창발적 행동을 발현할 수 있음을 실험적으로 증명한 것”이라며 “이는 저비용의 자율 소프트 로보틱스와 차세대 집단 지능 시스템의 새로운 가능성을 제시할 것으로 기대된다”고 밝혔다. 이번 연구에서는 서울대 연구진이 아이디어를 구상하고 실험 방법을 정립한 가운데, 실험은 서울대 연구팀, 시뮬레이션 및 계산은 하버드대 연구팀이 각각 수행했다. 결과 분석과 논문 작성은 양측이 공동으로 진행했다. 서울대에서는 기계공학부 김호영 교수와 손경민 박사, 김관우 석사과정생이, 그리고 하버드대에서는 공학·응용과학대학(School of Engineering and Applied Sciences) 소속의 엘 마하데반(L. Mahadevan) 교수와 킴벌리 보왈(Kimberly Bowal) 박사가 연구에 참여했다.한편 논문의 제1저자 손경민 박사는 박사학위 취득 후 산업계에서 연구를 수행하고 있으며, 공동 저자인 김관우 석사과정생은 ‘입자 군집의 창발성’을 주제로 후속 연구를 진행 중이다. [참고자료]- 논문/저널명 : “Emergent functional dynamics of link-bots”, Science Advances- DOI : https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adu8326[문의]서울대학교 기계공학부 김호영 교수 / hyk@snu.ac.kr

서울공대 재료공학부 강기석 교수, 세계 최고 권위 화학저널 JACS 부편집장 선임

서울공대 재료공학부 강기석 교수, 세계 최고 권위 화학저널 JACS 부편집장 선임 ▲ 서울대학교 재료공학부 강기석 교수 서울대학교 공과대학(이하 서울공대)은 재료공학부 강기석 교수가 최근 세계적 학술지인 ‘미국 화학회지(Journal of the American Chemical Society, 이하 JACS)’의 부편집장(Associate Editor)으로 선임됐다고 밝혔다.강 교수는 앞으로 10년간 JACS의 편집위원으로서 물리화학, 에너지 저장, 이차전지 등 핵심 분야의 논문 심사 및 편집을 담당하게 된다.미국 화학회(American Chemical Society, ACS)가 1879년부터 발행해 온 세계 최고 권위의 화학 전문 학술지 JACS는 140년이 넘는 역사 속에서 화학 이론 및 기술 발전을 이끌어왔다. 또한 JACS는 매년 전 세계 화학자들이 가장 많이 인용하는 저널 중 하나로, 물리화학· 유기화학·무기화학·생명화학 등 전 분야에 걸쳐 선도적인 연구 성과를 싣고 있다.특히 JACS에 게재된 논문 중에는 노벨화학상 수상으로 이어진 연구들도 다수 포함돼 있다. 대표적으로, 부산 태생으로도 잘 알려진 1987년 노벨화학상 수상자 찰스 피더슨(Charles Pedersen)은 크라운 에테르(Crown Ether) 합성에 관한 획기적인 연구성과를 JACS에 발표했으며, 이 공로로 노벨상을 받은 바 있다.따라서 국내 학자가 JACS 편집진에 합류한 이번 쾌거는 한국 과학계의 높은 위상과 뛰어난 리더십을 다시 한 번 세계적으로 입증했다는 평가를 받고 있다.강기석 교수는 물리화학 및 전기화학을 기반으로 리튬이차전지, 전고체전지, 에너지 저장 재료 분야에서 세계적 연구 성과를 쌓아온 석학이다. 2020년부터는 국제 학술지 ‘사이언스(Science)’의 편집위원(Reviewing Editor)으로도 활동하며, 과학계의 주요 학술 의사결정에 참여하고 있다.서울공대 관계자는 “이번 선임은 강 교수 개인의 탁월한 연구 업적 뿐 아니라, 국내 에너지 소재 및 화학 연구의 세계적 수준을 보여주는 상징적인 사례”라며 “앞으로도 우리 과학자들이 국제 학술 생태계에서 주도적인 역할을 할 수 있도록 적극 지원하겠다”고 밝혔다.[문의]서울대학교 공과대학 재료공학부 / 강기석 교수 / matlgen1@snu.ac.kr

서울공대 교수팀 vs 학생팀, 명예를 건 대결이 시작된다...유쾌한 공학 예능 ‘샤대 오징어게임’ 화제

서울공대 교수팀 vs 학생팀, 명예를 건 대결이 시작된다...유쾌한 공학 예능 ‘샤대 오징어게임’ 화제 공학의 재미를 방탈출 게임으로 풀어낸 6부작 시리즈 공개 ▲ ‘샤대 오징어게임’ 시리즈 소개 이미지서울대 공대 교수와 학생들이 방탈출 게임에 도전장을 내밀었다. 서울대학교 공과대학(이하 서울공대)이 관악캠퍼스 이전 50주년을 맞아 기획·제작한 6부작 예능 시리즈 ‘샤대 오징어게임’이 공개 직후부터 흥미로운 설정과 스승과 제자 간 치열한 대결로 시청자들의 관심을 끌고 있다.‘샤대 오징어게임’은 각각 4명의 공대 교수팀과 학생팀이 자존심을 걸고, 오직 공학 지식과 두뇌 싸움만으로 방탈출 대결을 펼치는 리얼 예능 콘텐츠다. 서울공대 유튜브 채널을 통해 5월 1일부터 매주 화·목요일에 순차적으로 공개되고 있으며, 현재 프롤로그 영상과 에피소드 1·2가 시청 가능하다. 방탈출 형식의 게임은 간단한 과학 상식부터 창의적인 공학 사고를 요구하는 미션까지 다양하게 구성돼 있다. 교수팀은 수십 년간 축적된 이론과 경험을 바탕으로 승부에 임하며, 최신 기술에 대한 높은 이해도와 빠른 두뇌 회전을 강점으로 내세운 학생팀과 치열한 접전을 벌인다. 특히 교수들이 난제 앞에서 땀을 흘리며 ‘서울공대의 명예’를 지키기 위해 분투하는 모습은 시청자에게 웃음과 놀라움을 동시에 선사한다. 서울공대 관계자는 “이번 시리즈는 평소 공학을 어렵게 느꼈던 대중들에게 공학이 우리의 일상 생활과 긴밀히 연결돼 있으며, 누구나 흥미롭게 접근할 수 있는 분야임을 알리고자 기획됐다”면서 “재미와 교양을 동시에 잡은 샤대 오징어게임을 통해 더 많은 사람들이 공학에 자연스럽게 다가가게 되길 기대한다”고 전했다.오는 5월 20일 ‘샤대 오징어게임’ 마지막 에피소드가 공개돼 시리즈가 완결될 예정이며, 이날 승부의 결말과 우승팀의 정체가 공개된다.* 서울대학교 공과대학 공식 유튜브 채널 : https://www.youtube.com/@snucollegeofengineering[문의]서울대학교 공과대학 대외협력실 배장윤 / 02-880-9147 / jybae311@snu.ac.kr