비즈니스 기회
AI 기반 외골격
이미지 크레디트: Hao Su / 노스캐롤라이나 주립대학교
외골격은 장애인이 다시 자유롭게 움직일 수 있도록 돕고 언젠가는 육체 노동을 하는 노동자의 힘과 체력을 높일 수 있습니다. 이러한 장치를 구축하기 위한 새로운 AI 기반 접근 방식은 사용을 확장하는 데 도움이 될 수 있습니다.
외골격이라는 용어는 공상 과학 영화에서 거대한 로봇 몸체에 갇힌 사람들의 이미지를 연상시킬 수 있지만 일반적으로 이러한 장치에는 착용자의 허리에 묶인 몇 개의 로봇 경첩이 있어 걷거나 달리거나 계단을 오르는 동안 사람의 다리에 힘을 더합니다.
그러나 이러한 장치가 적시에 추가 주스를 제공하도록 하는 것은 보기보다 까다로우며 착용자의 생체 역학에 대한 자세한 이해가 필요합니다. 이는 장치를 착용하는 동안 사람으로부터 수집한 데이터에 대해 기계 학습 알고리즘을 훈련하여 얻는 경우가 많지만 수집하는 데 시간과 비용이 많이 듭니다.
새로운 "실험이 필요 없는" 접근 방식은 이 데이터의 필요성을 없애고 대신 시뮬레이션에서 AI 모델을 훈련시킵니다. 이것은 극적으로 기술을 위한 발달 주기를 단축할 것입니다.
"외골격은 인간 기관차 성능을 향상시킬 수 있는 엄청난 잠재력을 가지고 있습니다." 노스캐롤라이나 주립 대학의 하오 수(Hao Su)는 보도 자료에서 말했습니다.
"그러나 그들의 개발과 광범위한 보급은 긴 인체 실험과 수공예 통제법에 대한 요구 사항으로 인해 제한됩니다. 여기서 핵심 아이디어는 휴대용 외골격에 구현된 AI가 실험없이 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 사람들이 걷고, 뛰고, 오르도록 돕는 방법을 학습한다는 것입니다."
역사적으로 외골격을 제어하는 소프트웨어는 특정 활동을 위해 신중하게 프로그래밍하고 개별 사용자에 맞게 공들여 보정해야 했습니다. 이를 위해서는 일반적으로 전문 실험실에서 몇 시간 동안 인체 테스트를 거쳐야 하며, 이로 인해 연구와 배포 속도가 크게 느려집니다.
최근 연구원들은 추가 교육 없이 새로운 사용자에게 원활하게 적응할 수 있는 AI 기반 범용 컨트롤러를 만들 수 있음을 보여 주었습니다 . 그러나 컨트롤러를 훈련시키기 위해 25명의 피험자로부터 광범위한 데이터를 수집해야 했습니다.
새로운 접근 방식은 시뮬레이션에서 컨트롤러를 훈련시켜 사람의 입력이 필요하지 않습니다. 이 설정은 저렴한 웨어러블 센서, 전신 근골격계 모델, 외골격의 물리적 모델, 착용자와 외골격 간의 접촉을 시뮬레이션하는 모델을 사용하여 수집된 인간의 움직임 데이터로 훈련된 신경망을 포함하여 상당히 복잡합니다.
외골격을 착용한 사람이 걷고, 달리고, 계단을 오르는 것을 시뮬레이션하는 데 사용됩니다. 수백만 번의 가상 실험을 통해 강화 학습(알고리즘이 지정된 목표를 향해 나아가면 보상을 받는 기계 학습 방법)은 컨트롤러가 적시에 적절한 양의 전력을 발휘하도록 훈련하여 착용자의 효율성을 높입니다. 전체 프로세스는 단일 GPU에서 단 8시간이 소요됩니다.
결과 모델은 사용자에 구애받지 않으며 다양한 사람들의 고유한 움직임 패턴에 자동으로 적응합니다. 또한 사용자가 수동으로 다른 모드로 설정해야 했던 이전 접근 방식과 달리 세 가지 활동 간에 원활하게 전환할 수 있습니다.
실험에서 연구팀은 사람들이 로봇 외골격을 사용하여 걸을 때 도움 없이 걸을 때보다 에너지를 24% 덜 사용한다는 것을 보여주었습니다. 그들은 또한 달릴 때 13% 더 적은 에너지를 사용하고 계단을 오를 때 15% 더 적게 사용했다.
실제 작업을 위한 시뮬레이션에서 AI를 훈련하는 것은 매우 어렵기로 악명이 높기 때문에 상당한 성능 향상은 큰 성과입니다. 그리고 연구팀은 그들의 접근 방식이 다른 종류의 활동과 다른 외골격에도 쉽게 적용될 수 있어야 한다고 말합니다.
현재 연구진은 노인과 신경 질환이 있는 사람들을 위해 외골격을 개선하는 데 집중하고 있습니다. 그러나 인간 움직임의 힘과 효율성을 극적으로 증가시킬 수 있는 기술의 광범위한 응용 프로그램을 보는 것은 어렵지 않습니다.
이상의 기사는 2024년 6월 14일 SingularityHub에 게재된 “This AI-Powered Exoskeleton Could Speed Adoption by the Masses”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 원문정보 출처 : This AI-Powered Exoskeleton Could Speed Adoption by the Masses (singularityhub.com)