
한국항공대학교 Quantum Artificial Intelligence Lab 연구진, NeurIPS 2024 논문 채택 쾌거
한국항공대학교 인공지능학과의 송동수 학생, 고대화
학생, 정재훈 교수의 공동 연구 논문이 세계 최대의 인공지능 학술대회인 NeurIPS (Neural Information Processing Systems) 2024에 채택되었습니다. 이번 성과는 한국항공대 인공지능학과 설립 후 이룬 첫 NeurIPS 논문
채택으로, 학과와 연구진의 높은 연구 역량을 세계에 입증한 계기가 되었습니다.
NeurIPS는 1987년 창립된 이래 인공지능 및 기계학습 분야에서 가장 권위 있는 학회 중 하나로, 매년 전 세계 연구자들이 최첨단 연구 성과를 발표하고 토론하는 자리입니다. 이번 2024년 학회에는 인공지능 학계와 업계의 관심을 받는 최신 연구들이 발표될 예정이며, 논문 선정이 매우 까다롭기로 유명합니다.
한국항공대 연구진의 논문, "Amnesia as a
Catalyst for Enhancing Black Box Pixel Attacks in Image Classification and
Object Detection"는 강화학습 기반의 블랙박스 픽셀 공격 기법(RFPAR)을
통해 기존의 이미지 분류 및 객체 탐지에서 사용되는 적대적 공격 기법을 크게 개선한 연구입니다. 이
연구는 한정된 픽셀만으로도 높은 성공률을 가진 적대적 이미지 생성이 가능하도록 하였으며, 객체 탐지
분야에서도 혁신적인 성능을 입증했습니다.
이번 논문 채택은 한국항공대학교의 인공지능 연구 수준을 국제적으로 인정받은 사례로, 앞으로도 한국항공대 인공지능 연구진이 더욱 활발한 연구 성과를 내며 글로벌 무대에서 활약할 것으로 기대됩니다.
본 연구는 DNA 플러스 항공융합기술대학원 육성사업, 첨단분야 혁신융합대학 차세대통신 사업, 임베디드 인력양성 사업에
후원을 받아 진행되었습니다.
AI자율주행시스템공학과 조성건 교수 연구팀이 3D 프린팅 기술로 제작하는 메타물질(META-Material, 자연에는 없는 특수한 기계적 성질을 갖도록 인공적으로 설계한 구조 소재) 기반 소프트 센서를 제작 공정, 소재 시스템, 센싱 메커니즘의 세 가지 관점에서 분석하고 체계적인 설계 방향을 제시한 논문을 국제 학술지 'Small'에 게재했다. 해당 저널은 응용물리학(Applied Physics) 분야 상위 7.2%에 해당하며, IF는 12.1이다.
이번 논문은 우리 대학 첨단지능형로보틱스연구실(AIRL) 소속 석사과정생인 박세익 연구원이 제1저자로 연구를 주도했으며, 쩌이 중 응우옌 연구원(제2저자), 김은지 연구원(제3저자), 정재민 연구원(제4저자), 신하연 연구원(제5저자)이 저자로, 김병규 교수가 공저자로, 조성건 교수가 교신저자로 함께했다.
해당 연구는 소프트 로봇 센서 기술이 마주한 한계에서 출발한다. 소프트 로봇 기술이 빠르게 발전하면서 외부 환경을 인식하고 상호작용하기 위한 유연하고 분산된 형태의 인지 센서 기술이 중요해지고 있다. 그러나 기존의 단단한 형태의 센서는 소프트 로봇 특유의 크고 유연한 변형을 방해해 로봇의 움직임을 제한하는 한계가 있었다. 이에 대한 대안으로 기하학적 구조 설계를 통해 음의 푸아송 비(Negative Poisson's Ratio, 일반 재료는 잡아당기면 옆으로 가늘어지지만, 오히려 옆으로 두꺼워지는 특수한 성질) 등 자연계에서 찾기 어려운 기계적 성질을 구현하는 메타물질 기반 소프트 센서가 주목받고 있으나, 복잡하고 정교한 내부 구조는 기존의 주조나 성형 방식으로 제작하기 어렵다는 과제가 있었다.
연구팀은 이러한 구조를 정밀하게 구현할 수 있는 3D 프린팅 기술과 다기능성 소재, 변형 기반의 센싱 메커니즘을 하나의 틀에서 종합적으로 정리했다. 특히 저항형, 정전용량형, 유도형 등 센싱 메커니즘을 유형별로 분류하고, 제작 기술과 소재 시스템, 센싱 구조를 연결하는 설계 프레임워크를 제시했다. 이는 센서를 로봇에 부착하던 기존 방식과 달리 소재 설계와 기하학적 구조 자체를 하나의 지능형 시스템으로 통합해, 강성 조절과 효율적인 전기기계적 신호 변환을 가능하게 하는 접근이다.
해당 연구 방향은 복잡한 환경에서 인간과 안전하게 상호작용하는 차세대 지능형 소프트 로봇을 비롯해 웨어러블 헬스케어 기기, 스마트 의류 등 다양한 분야에 적용될 수 있는 기반 기술로 평가된다.
이번 연구는 독일 슈투트가르트대학교(University of Stuttgart) 연구진인 알렉산더 페를(Alexander Verl), 안니카 킨첸(Annika Kienzlen) 교수와의 국제 공동 연구의 결실이다. 슈투트가르트대학교 공작기계 및 생산설비 제어공학연구소(Institute for Control Engineering of Machine Tools and Manufacturing Units)와 우리 대학 KAU 로봇연구센터는 올해 양해각서(MOU)를 체결하고 공동 연구를 진행해왔으며, 페를 교수는 다음 학기 우리 대학 겸임교수로도 위촉될 예정이다.
조성건 교수는 "논문은 3D 프린팅과 메타물질 기술을 융합해 '구조 자체가 감각을 갖는 센서'라는 새로운 설계 패러다임을 제시했다"며 "기존에는 센서를 구조물에 부착했다면, 앞으로는 구조 자체가 센서가 되어 스스로 변형과 외부 환경을 인식하게 되며, 이는 차세대 소프트 로봇뿐 아니라 우주 로봇, 웨어러블 기기, 의료기기 등 다양한 분야에서 인간의 피부와 같은 지능형 구조를 구현하는 핵심 기반 기술이 될 것으로 기대한다"고 말했다.
제1저자인 박세익 연구원은 "논문을 작성하며 기존 소프트 로봇의 한계를 극복하기 위해서는 소재의 유연성뿐만 아니라 메타물질의 기하학적 구조 설계와 3D 프린팅 공정을 통합적으로 바라보는 시각이 필수적임을 깊이 깨달았다"며 "특히 독일 슈투트가르트대학교 연구진과의 긴밀한 교류를 통해 글로벌 수준의 최신 연구 동향을 폭넓게 수용하고 융합할 수 있었던 것은 석사과정생으로서 큰 자산이 됐으며, 이번 성과를 발판 삼아 다양한 환경에서 사람처럼 유연하고 정교하게 상호작용할 수 있는 차세대 지능형 소프트 로봇을 개발하는 연구자로 성장해 나가겠다"고 말했다.
일반대학원 인공지능학과 윤지중 교수가 개발한 기술을 기반으로 한 초소형 위성 OOV-Cube가 유럽우주국(ESA)의 아리안 6호 로켓으로 발사된 이후 6일 만에 첫 교신에 성공했다.
OOV-Cube는 지난 9일 오후 4시(남미 현지시각·한국시각 10일 새벽 4시) 남미 프랑스령 기아나 쿠루에 있는 기아나우주센터에서 유럽의 차세대 우주발사체인 아리안 6호에 탑재되어 우주로 발사됐다. 유럽우주국이 28년만에 야심차게 선보인 신형 로켓인 아리안 6호에는 OOV-Cube 이외에도 NASA의 초소형 위성을 비롯한 9개의 위성이 실렸다.
위성들은 발사 후 1시간 6분 만에 발사체 상단으로부터 성공적으로 분리되어 목표궤도에 진입했으나 교신에 성공하기까지 며칠이 더 걸려 연구진의 애를 태웠다. 아리안 6호의 발사 일정이 지연되면서 위성 안의 배터리가 방전된 까닭에, 위성이 궤도 안착 후에도 바로 작동하지 못하고 궤도상에서 태양전지로 다시 충전하는 데 며칠이 더 걸린 것이다. 큐브 형태의 위성인 OOV-Cube는 태양전지판의 면적이 작아서 충전에 더 오랜 시간이 소요될 수밖에 없었다.
그러나 위성은 15일 오후 6시(독일 현지시각·한국시각 16일 새벽 1시) 마침내 베를린공과대학교(TU Berlin) 지상국과 첫 교신에 성공하며 현재 정상적으로 작동 중임을 알려 왔다.
아리안 6호에 탑재된 OOV-Cube와 다른 위성들의 모습
윤지중 교수와 연구진은 앞으로 1~2주간 위성의 상태를 정밀하게 점검한 후 지상 IOT 단말기와 위성이 직접 통신하는 고효율 통신프로토콜 시연, 위성 온보드 상에서 실행하는 인공지능 신경망을 통한 데이터 처리 검증 등 첨단기술을 우주 환경에서 검증하는 위성의 임무를 차례로 수행하도록 한다는 계획이다. OOV-Cube의 임무가 성공적으로 완수되면 저비용으로 높은 신뢰성을 구현하는 초소형 위성 플랫폼 기술의 검증으로 유럽 우주시장에서의 입지가 강화되고 향후 추가 기술검증 임무를 수행할 수 있는 기회도 확대될 것으로 보인다. 또한 초저전력 IOT 통신 기술 시연을 통해 지상의 수많은 휴대용 IOT 단말기와 군집위성을 연결하여 환경 모니터닝을 할 수 있게 되는 것은 물론, 향후 지상통신과 위성통신이 융합될 6G 통신 시장에서 중요한 역할을 할 IOT 서비스에 필요한 핵심기술을 시연할 수 있을 전망이다.
향후 위성의 운용은 우리 대학 분산형 우주시스템 연구실과 베를린공대, 두 곳에 있는 위성관제센터가 맡는다. 윤지중 교수는 베를린공대에서 책임연구원으로 재직할 당시 OOV-CUBE에 사용된 위성체 플랫폼인 ‘TUBiX10’을 개발‧설계했으며, 2018년부터 2020년까지 총 5기의 위성을 TUBiX10 플랫폼을 기반으로 제작하여 저궤도에서 성공적으로 운용해 왔다.
발사를 기다리고 있는 OOV-Cube
OOV-CUBE는 유럽우주국이 아리안 6호의 첫 비행을 앞두고 지난 2022년 개최한 대회에서 수상의 영광을 안으며 별도의 발사 비용 없이 우주공간에서 첨단기술을 검증할 수 있는 기회를 갖게 됐다. 윤지중 교수는 “발사체의 첫 비행이 성공하는 건 쉽지 않은 일이라 위험부담이 있었지만, 비교적 신속하고 효율적으로 위성을 개발 및 제작할 수 있다는 자신감이 있었기 때문에 도전하게 됐다”고 설명하면서 “발사기회를 제공한 유럽우주국과 차세대통신 혁신융합대학 사업의 일환으로 교내에 위성 지상국을 설치해준 대학에 감사드리며, 앞으로 한국항공대와 유럽 간 우주분야 국제협력에 더 집중하겠다”고 말했다.
윤지중 교수는 OOV-Cube의 성과를 토대로 향후 IOT 기술을 탑재한 군집위성 개발에 더 박차를 가할 예정이다.