드론과 4족 보행 로봇이 먼저 맞이하는 응용동역학및지능형수명예지연구실은 4차 산업혁명 시대의 핵심 기술이라 할 수 있는 PHM, 모빌리티, 인공지능 등의 원천기술을 개발한다. 기계공학부 오기용 교수는 지난 9월 한양대학교 임용 직후부터 자율주행 모빌리티 등에 적용할 수 있는 차세대 영상인식기술을 발표하며 남다른 성과를 다져가고 있다.

글. 박영임 | 사진. 이현구

Q. ‘응용동역학및지능형수명예지연구실(이하 연구실)’에 대한 소개를 부탁드립니다.

A. 우리 연구실은 4차 산업의 핵심 기술이라 할 수 있는 수명예지 및 건전성 관리(PHM), 모빌리티, 인공지능 등의 원천기술을 개발하고 있습니다. 연구실의 목표는 실제 현장에 적용할 수 있는 실용적인 기계공학 기술을 개발하는 것이죠. 따라서 대부분의 연구가 산업체와의 긴밀한 공동연구로 이뤄지며 그 결과 연구 성과도 높은 가치를 인정받고 있습니다. 실험 및 실증을 탄탄히 뒷받침하기 위해 GPU 서버, 전산해석 서버, 배터리 충방전실험기, 항온챔버, 드론, 이동 로봇 등을 보유하고 있습니다.

Q. 최근 영상인식기술인 ‘회전 다중 피라미드 신경망(Rotational Multi Pyramid network, RoMP Net)’을 개발하셨습니다. 기존 영상인식에 사용되는 심층신경망과 비교해 인식정확도와 범용성이 크게 향상되었다고 들었는데요.

A. 본 연구는 한국전력공사 기초전력연구센터의 지원을 받아 송전선로 점검용 드론 시스템의 완전 자율비행을 지원하는 환경인지기술을 개발하기 위해 시작됐습니다. 과제 수행을 위해 객체탐지기법에 관한 사전조사를 시행하던 중에 실시간 사물탐지가 가능한 1단 검출기(one-stage detector) 모델은 정확도가 떨어지는 반면, 2단 검출기 모델은 정확도는 높지만 계산속도가 느려 실시간 사물탐지에 사용할 수 없다는 걸 알게 됐죠. 그래서 정확하면서도 빠른 1단 검출기 모델을 개발하면 좋겠다는 생각으로 연구를 시작했습니다.

이미지 내 사물의 배치 각도를 고려한 경계상자(bounding box)를 활용해 정확성과 범용성을 향상시켰고, 작거나 큰 사물, 혹은 단순하거나 복잡한 사물을 모두 인지할 수 있도록 다중 피라미드 네트워크를 구성해 정확도를 높였습니다.

Q. 연구의 우수성을 인정받아 관련 내용이 컴퓨터과학·인공지능 분야 국제학술지인 <인터내셔널 저널 오브 인텔리전트 시스템>(International Journal of Intelligent System, IF=10.312) 9월 1일자 표지논문으로 실렸습니다. 향후 어떤 분야에 적용할 수 있나요?

A. 한국전력공사와의 협업으로 다양한 송전선로를 드론으로 점검하며 촬영 영상을 획득, 수천 장의 이미지 데이터베이스를 구축했습니다. 이러한 빅데이터를 기반으로 회전 다중 피라미드 신경망의 정확도, 범용성 등을 다양하게 분석했기 때문에 우수성을 인정받고 좋은 저널에 게재할 수 있었습니다. 회전 다중 피라미드 신경망은 이미지를 기반으로 객체를 탐지하는 모든 분야에 적용이 가능합니다. 예를 들자면 증강현실이나 드론, 자율주행차, 의료영상분석, 스마트공장의 인지·진단 등 적용할 수 있는 분야가 아주 다양합니다. 그만큼 파급효과가 클 전망입니다.

Q. 드론이나 로봇에 센서를 설치하고 수집한 정보를 기반으로 기계의 상태를 감지, 문제를 진단하고 그 수명까지도 예지하는 연구를 진행하고 계십니다. 인공지능을 이용한 고장진단 로봇을 개발 중이시죠?

A. 현재 다양한 센서를 탑재한, 똑똑한 점검 로봇 연구에 매진하고 있습니다. 이러한 로봇은 그동안 사람들이 접근하기 어려웠던 원자력발전소, 화학플랜트, 송전선로 등 현대사회의 핵심기반시설을 효율적으로 유지, 보수, 관리하는 데 활용돼 큰 역할을 할 것입니다.

그동안 기술적인 한계와 경제성 때문에 지능형 상태감시 로봇의 현장 적용에 어려움이 많았습니다. 하지만 최근 4차 산업혁명으로 똑똑한 로봇을 개발할 수 있는 AI 기술 및 AI 학습을 위한 고성능 GPU가 개발됐죠. 또 인터넷을 통한 빅데이터 축적이 용이해지는 등 제반 환경이 무르익고 있습니다.

인공지능 및 모빌리티 기반의 건전성 예측 및 관리 기술(PHM, Prognostics and Health Management) 분야는 신생 분야이기 때문에 우리 연구실이 선구자가 될 수 있다고 생각합니다. 그동안 보유한 응용동역학, 통계, 신호처리 등의 원천기술에 인공지능기술을 접목해 실제 현장에서 사용할 수 있는 기술을 개발하고자 합니다.

Q. 연구실 운영 시 중요하게 생각하는 덕목은 무엇인가요?

A. 연구원들에게 근면성실을 강조하는 편입니다. 게으른 베짱이는 절대 성공할 수 없다는 게 제 지론이에요. 아무리 똑똑한 연구원이라도 노력하지 않으면 좋은 성과를 얻을 수 없는 법이 죠. 제 역할은 성실한 연구원들의 동기를 높여주는 것이라 생각합니다. 그래서 연구원들과 소통을 많이 하려고 노력해요. 연구원 개개인의 고민이 무엇인지 경청하기 위해 스몰토크를 많이 하는 편입니다.

그리고 실제 현장의 문제를 해결할 수 있는 실용적인 연구를 강조하고 있습니다. 그러다 보니 학부에서 배운 기계공학 역학이 현장에 어떻게 적용되는지 이제야 알게 됐다는 연구원들도 나옵니다. 현장에 적용 가능한 기술을 개발하기 위해서는 정말 피나는 노력이 필요합니다. 우리 연구실은 스스로 연구에 대한 만족도가 높고 능동적으로 연구하는 젊고 열정적인 연구실입니다.

Q. 끝으로 연구실의 비전을 말씀해주세요.

A. 지난 5년이 우리 연구실의 기초를 다지는 시기였다면, 향후 5년은 도약의 시기라고 생각합니다. 앞으로 5년간 지금까지 닦은 기초를 기반으로 지능형 모빌리티, 인공지능 및 모빌리티 기반 PHM 기술들을 더욱 열정적으로 연구해 관련 분야를 선도하는 연구실이 되겠습니다. 그동안은 전력 및 발전 분야를 중점적으로 연구해왔습니다. 하지만 사실 우리 연구실에서 수행하는 인공지능 및 모빌리티 기반 PHM 기술은 그 응용 분야가 매우 광범위합니다. 향후 스마트공장, 전기자동차 등 다양한 분야로 연구를 확장할 방침입니다.

또한 여러 산업체 및 연구소와 공동연구를 통해 ‘원천기술 개발-기술이전-상용화’라는 공학 연구의 선순환 구조를 이루고 싶습니다. 우리 연구실 구성원들이 항상 행복하게 연구하며 본인의 연구에 자부심을 갖기를 바랍니다.

“우리 연구실에서는 현재와 미래 사회를 위해 꼭 필요한 것들을 연구하고 있습니다. AI나 로봇, 차세대 배터리 등 4차 산업혁명 시대가 요구하는 의미 있고 재미있는 연구들이 많이 이뤄지는 곳이죠. 연구하는 틈틈이 자전거 타기, 한강 산책, 연극 관람 등 친목을 다지는 활동을 많이 해 구성원들 간 사이도 좋습니다. 저는 AI와 로봇에 관한 연구를 진행중인데, 앞으로도 관련 연구를 즐겁게 이어가고 싶습니다.”

“우리 연구실의 장점은 ‘소통’과 ‘공동체 의식’입니다. 꿈을 가진 학생들이 모여 있고, 교수님께서 누구보다 학생들의 성장을 위해 무한한 지지를 보내주시기 때문에 연구실 전체가 같은 곳을 바라보며 함께 나아가는 공동체를 이루고 있습니다. 그러니 자연히 좋은 성과가 따라올 수밖에 없다고 생각해요. 앞으로 배터리 시스템의 안전성을 높여 열폭주와 같은 배터리 사고를 예지, 방지하는 연구를 진행할 계획입니다.”

“자유로운 연구 분위기 속에서 구성원들 간에 서로 조언을 아끼지 않아 큰 동기부여가 되고 있습니다. 게다가 라이다, 열화상 카메라 등 다양한 센서와 GPU 서버, 배터리 충방전기 등 퀄리티 있는 연구장비를 보유하고 있어 연구하기 좋은 환경을 갖추고 있다고 생각합니다. 저의 최종 목표는 열화상 카메라뿐 아니라 다른 센서들을 융합해 장비나 시설을 진단할 수 있는 범용 알고리즘을 개발하는 것입니다.”