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Research Vision
Research Overview
시각 물체 추적을 사용한 강화 학습 기반 모바일 조작 로봇의 전체 몸체 제어
Reinforcement Learning Based Whole-Body Control of a Mobile Manipulation Robot using Visual Object Tracking개 요
ㅇ 로봇의 모바일 베이스와 머니퓰레이터를 분리해서 순차적으로 제어하는 것은 비효율적이며 경우에 따라서는 작업 공간의 감소를 야기할 수 있음
ㅇ 운동 모델의 한계와 온라인 장애물 회피의 부족을 극복하기 위해서 전체 몸체 제어(Whole-Body Control, WBC)를 위한 심층 강화 학습(Deep Reinforcement Learning, DRL) 전략을 제안함
ㅇ RL 접근법은 시뮬레이션에서 상태 최신 방법과 비교되며, 복잡한 환경에서 모바일 조작기에 검증된 RL 훈련 정책을 통해 빠른 임무 시간을 입증
연 구 목 표
ㅇ 로봇의 모든 자유도(DoF)를 제어할 수 있는 DRL 기반 컨트롤러 설계
ㅇ Visual object tracking 기반 RL 적용
ㅇ 기존 방법에 비해 향상된 효율성과 성능을 통해 빠른 임무 시간을 입증
ㅇ 실제 로봇에 RL 훈련 정책을 검증하여 이론 모델과 실용성 사이의 격차를 해소하는 모델의 실용적 적용 가능성을 강조
연 구 내 용
ㅇ 비전 기반 인식 및 추적: 로봇에 탑재된 카메라와 센서를 이용하여 환경 내의 물체와 인간을 실시간으로 인식하고 추적
ㅇ 강화학습을 통한 WBC 최적화: 로봇의 모든 부분을 통합적으로 제어하는 WBC 기술에 강화학습을 적용하여, 로봇이 다양한 작업을 더 효율적으로 수행할 수 있는 동작 전략을 스스로 학습
ㅇ 자율적 작업 수행: Human Following, 물체 인식 및 Picking, Navigation, Manipulation 작업을 자율적으로 수행할 수 있도록 함
ㅇ 비전 기술과 강화학습의 결합을 통해 로봇은 복잡한 환경에서도 높은 수준의 작업 수행 능력을 발휘하게함
ㅇ ADR 기술의 적용: 환경의 변화를 자동으로 무작위화하는 ADR 기술을 적용하여, 로봇이 더 넓은 범위의 환경 조건에 대해 학습하고 적응할 수 있도록 함
기 대 효 과
ㅇ 동적 변화에 적응할 수 있는 실시간, 반응적 제어를 가능하게 함
ㅇ 로봇의 기지와 조작기를 일체로 관리하는 통합 제어 전략 적용을 통해 전체 임무 시간을 줄임
ㅇ 시뮬레이션에서 훈련된 것을 실제 시스템에 직접 전송할 수 있음을 보여줌으로써 이론적 모델과 실제 사용성 사이의 격차를 해소
편마비 환자를 위한 인공지능 기반 보행재활 외골격로봇 중개연구
Transitional research of exoskeleton robot for gait rehabilitation based on AI for hemiplegia patients
연구기간 : 2023.06.28 ~ 2025.11.30
주관부처 : 국립재활원
사업명 : 재활로봇중개연구사업
개 요
ㅇ 최근 증가하고 있는 뇌졸중 후 편마비 환자의 지상 보행형 외골격 로봇을 사용한 맞춤형 보행 재활 치료를 위한 인공지능 기술 개발
연 구 목 표
ㅇ 뇌졸중 후 편마비 환자의 보행 각도 궤적 시계열 데이터로부터 딥러닝 모델을 학습해서 보행 유형을 찾아냄
ㅇ 유형별 특성을 기반으로 지상 보행용 외골격 로봇을 사용한 맞춤형 재활 치료를 위한 프로토콜을 제안함
연 구 내 용
ㅇ 편마비 환자의 환측과 건측을 구분하여 보행 운동기능 빅데이터 저장 및 시각화
1) 운동기능 검사 점수와 보행 주기 등이 포함된 임상 데이터를 빅데이터 서버에 저장 및 시각화
ㅇ 빅데이터를 사용하여 딥러닝 기반 운동학적 보행 유형 분석 기술 개발
1) 정규화 및 텐서 구조화를 활용하여 딥러닝 모델에 입력할 시계열 보행 주기 데이터에 관한 전처리 기술 개발
2) 시계열 데이터를 사용하여 보행 특징 별 군집을 형성하는 딥러닝 네트워크 설계
3) 만성기 데이터를 추가하여 장기적 운동기능 회복 유형 군집화에 최적화된 딥러닝 모델 개발
ㅇ 하지 기능 복원을 위한 맞춤형 재활 치료 프로토콜 개발 및 외골격형 로봇 훈련과의 상관 관계 수립
1) 딥러닝 기반 분석 결과를 바탕으로 편마비 환자별 맞춤형 재활을 위한 치료 전략 개발
2) 장기적 운동기능 회복 군집 유형에 따른 외골격 로봇을 활용한 재활 훈련 프로토콜 고도화
기 대 효 과
ㅇ 분석된 편마비 환자의 보행 주기 데이터를 활용하여 재활 전문가가 치료를 제공하는데 보조할 수 있음
ㅇ 현재까지 유형화되지 않은 편마비 환자의 회복 유형을 딥러닝을 통해 정량화 시도함으로써 환자 맞춤형 치료를 할 수 있음
뇌졸중 후 보행 신경망 회복을 위한 인공지능 기반 맞춤형
중추-말초 융합 재활치료 시스템 개발
연구기간 : 2017.05.25 ~ 2022.05.24
주관부처 : 한국 연구 재단
사업명 : 원천기술개발사업 / 바이오·의료기술개발사업 / 임상의과학자 연구역량강화사업
개 요
ㅇ 기존 학습 환경에서는 학습자의 성적, 학습이력 등을 분석하여 학습자의 수준에 초점을 맞추어서 정형화된 콘텐츠와 서비스를 제공하는 것이 학습성취도 향상을 위한 일반적인 방안이었음
ㅇ 본 연구개발에서는 학습자 수준은 물론 보조기기를 통해 학습자의 뇌파, 감성,정서 상황에 따라 발생되는 생체신호를 수집하여 학습자의 정서상태가 학습성취도에 미치는 영향력을 검증하고, 생체 데이터 분석을 기반으로 정서상태 맞춤형 서비스를 제공하여 학습성취도를 향상시킬 수 있는 AI 온라인 학습 서비스 및 학습보조기기를 개발하고자 함
연 구 목 표
ㅇ 뇌졸중 환자에서 보행기능과 보행신경망의 회복을 극대화할 수 있는 인공지능 기반 맞춤형 뇌자극-로봇 융합 재활치료 시스템을 개발하고, 안전성과 유효성을 확인하며, 기술이전과 사업화 전략을 제시함을 목표로 함.
1) 뇌졸중 후 보행기능 회복 데이터 활용 맞춤형 치료 전략을 위한 인공지능 기반 재활치료 프로토콜 추천 시스템 개발
2) 인공지능 융합용 의도인식 기반 맞춤형 보행보조 재활로봇 및 레일기반 탈부하 시스템 개발
3) 집중 자극형 다채널 뇌자극 기기 시스템 개발
4) 뇌자극 기기와 외골격 하지재활 로봇의 융합 및 융합 시스템의 지능화
5) 융합 재활치료 시스템의 보행신경망 회복에 관한 유효성 검증과 사업화 계획
연 구 내 용
ㅇ 뇌졸중환자 보행기능 회복을 위한 중추-말초 융합 재활치료 시스템 개발 및 인공지능 알고리즘 개발
1) 뇌졸중 임상 데이터 분석 및 의료진 보조용 재활 데이터 분석 체계 구축
2) 보행의도 파악 패턴생성 알고리즘 개발 및 보행 시 이송속도 제어 기술 개발
3) 다채널 Array형 전극 및 비침습 뇌전기자극(NIBS) 회로 및 구조 설계
4) 전문가 지식 기반 맞춤형 자동 치료 프로토콜 추천 기술 프로토타입 개발
5) 다채널 Array형 전극제어 NIBS F/W 및 위치 자동화를 위한 API 구현
6) 재활 데이터 추가 분석 및 맞춤형 자동 치료 프로토콜 추천 기술 개선
7) 로봇 안정성 평가 및 탐색 임상 GMP 취득
ㅇ 개발된 융합 치료 시스템의 안전성, 유효성 검증 및 성능 최적화와 기술 이전
1) 융합치료 데이터 활용 협업 필터링 기반 맞춤형 자동치료 프로토콜 추천 기술 시스템 개발
2) 융합시스템 고도화 및 상용화 수준의 융합 시스템 개발
3) 추천의 최적화를 위한 혼합형 맞춤형 자동 치료 프로토콜 추천 기술 개발
4) 융합 시스템의 지능 고도화를 위한 빅데이터 구축
기 대 효 과
ㅇ 뇌졸중 후 재활 치료환자의 치료를 목적으로 하는 의료 시장 진출
ㅇ 세계적 재활 치료 기술 우위 선점 및 의료기기 원천기술 확보
ㅇ 뇌질환 후 기능 회복 증진으로 의료 및 사회복지 비용 절감 및 삶의 질 증진
건설·제조업 종사자의 5대 재해(신체 정신분야) 예방을 위한 행동 패턴 분석 기반의 개인 맞춤형 건강관리 솔루션 개발
A Study on the Development of Digital Healthcare Solution for Employees According to Behavioral Patterns- Focusing on the Management of the Five Risk factors in Construction and Manufacturing Laborers
연구기간 : 2021.04.01 ~ 2023.12.31
주관부처 : 산업통상자원부 한국산업기술평가관리원
사업명 : 2021 바이오산업기술개발사업
개 요
ㅇ 건설 및 제조업 현장 종사자의 건강상태 악화 예방을 위한 행동패턴 분석 기반의 개인 맞춤형 건강 관리 솔루션 개발
연 구 목 표
ㅇ 건설 및 제조업 종사자의 5대 재해 예방을 위한 건강검진 및 행동 패턴 분석 기반 인공지능 예측 모델 개발
연 구 내 용
ㅇ 안전사고 환경 분석을 위한 군집화 및 분류화 기술 고도화
1) 군집화 및 분류화에 맞는 최적 특징 추출을 위한 최적화 수행 및 선정
2) 유의미한 통계처리를 통한 최적의 군집수 선정
3) 각 군집의 특징점 추출을 통하여 안전사고 유형의 분석을 수행하며, 유형 의미에 따른 재군집 및 재분류 수행(군집 결과 분석)
ㅇ 빅데이터 융합 수행
1) 정적 데이터(건강검진 데이터, 문진 데이터) 전처리
2) 동적 데이터(행동 데이터, 생체 데이터) 전처리: 상황/맥락 기반 segmentation 기법, 가설 특징들의 조합으로 평균/편차/최대/최소/빈도 등의 계산으로 새로운 특징 생성
ㅇ 건강(질환) 패턴 진단을 위한 분류 모델 개발
1) 건강(질환) 진단을 위한 모델 기반법, 모델 비활용법, 통계 기반법 등을 활용한 특징 벡터 추출
2) 건강(질환) 패턴 진단을 위한 분류 모델 개발
3) 성능 고도화를 위한 전이학습 모델 구축 (건설 제조업 및 의료종사자의 건강, 질환 상태가 포함된 High-level 모델)
ㅇ 건설 및 제조 종사자 건강상태 패턴 예측을 위한 추정기 모델 성능 고도화
1) 건설 및 제조 종사자 등 의료서비스 종사자 맞춤형 모델 아키텍처 최적화 설계
2) 건설 및 제조 종사자 건강 패턴 추정기 모델 성능 향상을 위해 모델 초변수 최적화 수행
기 대 효 과
ㅇ 건설·제조업 종사자용 사용자 맞춤형 서비스 모델 개발 및 작업장 환경에 최적화된 디지털 헬스케어 서비스 보급
ㅇ 해당 분야 산업재해 감소에 기여하고, 동시에 의료비 절감에도 기여하여 사회적 비용 절감
ㅇ 근로자의 업무 효율 및 기업의 생산성 제고에 기여
ㅇ 국내외 건설·제조업 종사자용 안전관리 가이드라인 2종 개발 및 보급(산업안전관리공단 연계), 스마트 산업안전관리 지표 개발 및 저개발국 솔루션 보급(ODA사업 연계)
발달장애아동 대상 놀이형태의 통합교육을 위한 95 퍼센트 이상의 행동패턴 인식률을 갖는 스마트 인터랙티브 기반의 선별진단 및 훈련 로봇 Development of a screening and training robot system with 95 percent beavioral recognition based on HRI for children with developmental disorder
연구기간 : 2019.04.01 ~ 2021.12.31(48개월)
주관부처 : 산업통상자원부 한국산업기술평가관리원
사업명 : 로봇산업핵심기술개발사업 - 범부처협력로봇제품기술기술개발사업
개 요
ㅇ 스마트인터랙티브 기능을 갖춘 놀이형태로 실제 교육현장에서 주의력결핍과잉행동장애(ADHD) 아동 선별진단을 수행하고, 일반아동과 ADHD아동과 고기능성자폐아동이 통합교육형 훈련을 수행할 수 있는 인공지능 기반의 로봇 시스템 및 제반 기술
연 구 목 표
Vision - 발달장애 구분없이 함께 교육받는 사회, Living Together & Learn with Fun
ㅇ 최종 목표 : 발달장애아동 대상으로 실제 교육현장에서 스마트 인터랙티브 기능을 갖춘 놀이형태의 ADHD 선별진단과 통합교육형 훈련이 가능한 인공지능 기반의 로봇시스템 개발
ㅇ 세부 목표
1) 통합교육 상황에서 아동 패턴의 실시간 인식을 통한 ADHD 진단기능 개발 및 신뢰성 검증
2) 놀이형태의 통합 교육에 활용 할 수 있는 스마트 인터랙티브 교육콘텐츠를 이용한 로봇기반의 훈련기능 개발 및 유효성 검증
3) 데이터마이닝을 활용한 인공지능 기반 로봇의 상황판단 및 개입기술개발
4) 개발될 시스템의 교육효과를 제고 할 수 있도록 아동친화형 디자인이 적용된 로봇 개발
연 구 내 용
ㅇ 로봇을 활용하여 발달장애아동과 관련된 행동데이터를 객관적으로 수집하고 분석하여 특수교육 도메인에서의 교육 분석 자료로 활용
ㅇ 본 과제로 개발한 시스템을 활용하여 타 장애 및 교육대상군에 필요한 행동데이터 측정/분석 기술 확산
ㅇ 로봇, 스마트 디바이스, 미디어를 활용한 활동형 교육콘텐츠를 교육현장 전반에 활용할 수 있도록 개발 기술 도입 분야 확산
기 대 효 과
ㅇ 로봇 활용 교육인력, 시스템 운영 유지보수 관리를 위한 신규 고용 창출
ㅇ 로봇을 활용한 특수교육 시장은 태동기로 기술선점과 사회적인 활용 확산으로 수출확산
ㅇ 전문가는 객관적 지표를 산출하기 위한 관찰 활동은 로봇의 보조를 받으며, 교육활동 중 아동의 적절한 행동을 개입할 수 있도록 전체적인 교육훈련에 집중하여 교육의 질 제고
경도인지장애 및 치매환자의 정서 행동 안정 및 인지기능 증진을 위한 로봇 기술 개발
Development of robotics for mood stabilization and cognitive improvement in patients with mild cognitive impairment and dementia
연구기간 : 2016.05.01 ~ 2020.04.30
주관부처 : 산업통상자원부 한국산업기술평가관리원
사업명 : 산업핵심기술개발사업
개 요
ㅇ 경도인지장애 및 치매환자의 정서안정과 인지기능향상을 위한 로봇 상호작용 기술과 인터액티브 훈련 시스템, 일상생활 보조서비스 개발과 효과를 입증하기 위한 임상연구를 진행 하고, 환자의 삶의 질 향상을 위한 라이프로그 데이터 획득/저장/공유 기술과 빅데이터 분석에 의한 정서, 건강상태 예측 및 서비스 추천 기술을 개발
연 구 목 표
ㅇ 본 연구개발은 경도인지장애 및 치매환자의 1) 정서안정과 인지기능향상을 위해 감성적 교류가 가능한 인터액티브 로봇 기술을 개발하고, 2) 삶의 질 향상을 위해 라이프로그 분석 기반 개인별 건강상태 예측 및 서비스 추천 시스템 개발을 목표로 함
연 구 내 용
경도인지장애 및 치매환자의 삶의 질 향상을 위한 라이프로그 분석 기반 개인별 건강상태 예측 및 서비스추천 시스템 개발
ㅇ 라이프로그 빅데이터 획득/저장/공유 기술 개발
1) IoT와 로봇기술을 이용해 노인의 라이프로그 데이터(정서상태, 생체신호, 생활패턴) 자동 획득 기술 개발
2) 오픈소스 기반 빅데이터 저장/공유 기술 개발
ㅇ 빅데이터 분석에 의한 정서, 건강상태 예측 및 서비스 추천 기술 개발
1) 빅데이터 분석에 의한 정서상 우울 및 불안의 분류와 예측 기술 개발
2) 라이프로그 분석에 의한 건강상태 파악 및 이상징후 발견 기술 개발
3) 의사 등 전문가들이 치료에 보조할 수 있는 환자 연계에 필요한 정보 요약 및 시각화
4) 빅데이터 분석 및 집단지성 기법에 기반한 개인별 맞춤 건강정보 서비스 추천 기술 개발
기 대 효 과
ㅇ 로봇 시스템과 인지 훈련 콘텐츠, 인터액티브 인지훈련 도구의 결합을 통해 SPEC(Social, Physical, Emotional, Cognitive activity)을 동시에 증가 가능
ㅇ 감정인식, 음성인식, 동작 인식등 다양한 로봇의 센싱 기술을 이용하여, 상호작용이 가능한 로봇과의 인지능력 훈련을 통해 인지 기능 향상 효과를 극대화시킬 수 있음
ㅇ 로봇 인지 훈련 프로그램이 경도인지장애 및 치매환자의 정서 안정 및 인지기능 개선 뿐 아니라 뇌네트워크에 미치는 변화 근거 획득 확보
자폐/ADHD 아동 교육 보조를 위한 신뢰성 95% 이상인 장애 수준 진단시스템 및 교육훈련용 로봇 시스템 개발
Development of a diagnostic and training robot system for students with autism and ADHD, compliant to 95% of human diagnostic results
연구기간 : 2014.07.01.~2018.06.30
주관부처 : 산업통상자원부 한국산업기술평가관리원
사업명 : 산업핵심기술개발사업
개 요
ㅇ 장애아동 교육을 담당하는 특수/일반 교사들에게 편리하고 효율적인 도구가 될 수 있는 장애아동의 평가/관찰 및 대응/인지능력 향상을 위한 교육로봇 시스템
연 구 목 표
ㅇ 일반 교사가 활용 가능한 장애 아동용 교육 보조 로봇 개발
연 구 내 용
ㅇ 자폐/ADHD 아동 진단 로봇 시스템 개발
1) 지능로봇의 다양한 휴먼 인식 기술을 이용하여 장애 수준을 자동으로 진단하는 표준화된 진단 로봇 시스템 개발
ㅇ 장애 아동 모니터링 및 대응 로봇 시스템 개발
1) 지능로봇의 상호작용기술을 적극 활용하여 장애아동의 이상행동을 1차적으로 로봇이 즉각 대응하고, 2차적으로 전문교사가 원격에서 개입할 수 있는 교육 보조 시스템 개발
ㅇ 장애 아동 인지능력 훈련을 위한 맞춤형 로봇 시스템 개발
1) 장애아동들의 사회적 적응능력 향상을 위한 로봇 기반의 개인별 맞춤 교육용 콘텐츠 개발 및 적용
ㅇ 장애아동 교육에 적합한 로봇의 디자인 및 상호작용 기술
1) 로봇의 다양한 인간적인 표현과 지능적 상호작용을 통하여 장애아동의 관심과 친밀감을 유도할 수 있는 형태와 기능을 갖춘 로봇 시스템 개발
기 대 효 과
ㅇ 로봇기술 융합을 통한 장애아동 교육의 새로운 패러다임을 구축
ㅇ 로봇을 이용하여 객관적이고 정확한 장애 진단 방법을 제시
ㅇ 로봇을 통한 일대일 관찰이 가능해짐으로써 소수의 특수교사가 다수의 학생들을 관찰하고 대응할 수 있는 획기적인 교육의 질 향상 기대
장애아동 조기발견 모델개발 연구 Development of early detection model for children with disabilities
주관부처 : 한국장애인개발원
개 요
ㅇ 영유아의 장애위험요인을 조기에 발견하여 조기에 중재를 지원하는 것은 장애 위험요인을 제거하여 아동의 장애를 예방하는 효과와 함께 2차 장애발생을 예방하는 효과
ㅇ 장애의 발견이 늦어질 경우 아동의 발달과업을 수행하지 못함으로 인해 발달의 지연 가중
ㅇ 언어발달의 완성기인 6세가 지나 장애를 발견할 경우 언어발달의 최적기를 지나게 되어 언어적 의사소통의 어려움 지속
연 구 목 표
ㅇ 아동의 장애 조기발견을 위해서는 조기에 부모가 인식하고 관련 지원을 요청해야만 하므로 검사 비용과 대상을 확대하는 정책만으로는 한계가 있음
ㅇ 부모가 조기에 장애를 인식할 수 있도록 하는 홍보와 교육 등의 체계도 함께 이루어져야 하지만, 장기적으로는 부모가 조기에 인식하지 못하더라도 정부가 아동의 장애 위험요인을 찾아낼 수 있는 체계가 구축되어야 함
ㅇ 이러한 방법으로 어린이집, 병원 등 대부분 아동이 이용하게 되는 기관에서 장애의 위험요인을 최대한 빨리 발견하고 부모에게 관련 정보를 제공하는 방안 연구
연 구 내 용
ㅇ 영유아 건강검진을 통해 위험군 아동의 복지지원모델을 개발하여 발달이 지체된 아동의 장애 발생 예방을 위해 국민건강보험공단의 표본 코호트 DB, 영유아 검진 코호트 DB, 맞춤형 DB 등의 장애아동 진료명세서, 진료내역, 상병내역, 처방전교부상세, 영유아 건강검진, 영유아 구강검진 결과를 분석하여 장애아동의 진료 경로를 분석하여 장애의 조기발견 모델을 개발
기 대 효 과
ㅇ 장애를 보일 가능성이 높은 아동들을 조기에 발견하여 적절한 대응을 해야함의 필요성을 인지하고 이를 해결하기 위한 방법으로 국민건강보험 데이터를 이용하는 연구를 진행
ㅇ 빅데이터 분석에 적합한 기계학습 알고리즘을 이용하여 그 가능성을 검증
ㅇ 다양한 요인에 의해 장애위험에 빠질 수 있는 아동들을 조기에 선별하여 적절한 치료를 받아 장애를 예방하거나 정도를 낮출 수 있고, 실제로 장애를 겪고 있지만 부모의 초기인식이 늦어지게 되어 장애 진단까지 오래 걸릴 수 있는 아동을 선별하여 적절한 치료 가능
ㅇ 본 과제로 개발한 시스템을 활용하여 타 장애 및 교육대상군에 필요한 행동데이터 측정/분석 기술 확산 가능
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