윤중(允中) 발신, 아페이쓰(凹非寺)
양자위(量子位) | 위챗 공식계정 QbitAI
로봇은 이미 달리고, 뛰고, 재주넘기도 할 수 있지만, 정말로 달걀 하나를 집거나 너트 하나를 조이게 하려면 일이 그리 간단하지 않다.
시각은 로봇에게 물체의 위치를 알려줄 수 있지만, 접촉이 발생한 후 얼마나 큰 힘을 가했는지, 미끄러졌는지 여부, 그리고 다음에 어떻게 조정해야 하는지를 정확하게 알려주기는 어렵다. 이것이 바로,촉각이 로봇 업계가 다투는 새로운 기술 방향으로 떠오르고 있는 이유다.
최근, 98년생 박사가 창업한 선전의 한 회사가 조금 다른 노선을 선택했다:알고리즘이나 전통적인 센서 구조에서 출발하는 것이 아니라, 압력에 따라 색이 변하는 포토닉 크리스탈(광결정) 소재를 사용해 로봇의 촉각 센서를 재설계하는 것이다。
이 회사의 이름은 시타로봇(视塔机器人)이다.
10월 13일, 선전 시타로봇과기유한공사(이하 '시타')는 엔젤 투자 유치를 완료했다. 이번 라운드의 투자자로는 화웨이 산하 하브투자, 선전고신投 산하 펀드 및 가오쉬안투자 등이 포함되며, 두오웨이자본이 단독 재무 자문을 맡았다.
시타의 창업자 겸 CEO 장웨이(张伟)는 1998년생으로, 박사 과정은 난팡커지대학(南方科技大学)과 홍콩城市大學의 공동 양성으로 진행했으며, 연구 분야는 광학 소재와 로봇에 걸쳐 있다. 회사 팀의평균 나이는 약 23세이며, 핵심 멤버는 난팡커지대학 스마트 액정 광학 실험실 출신으로, 소재, 소자 회로 및 알고리즘 등 분야를 망라한다.
젊음은 이 팀의 가장 직관적인 특징이지만, 산업 자본의 러브콜을 받게 한 것은 재료과학에서 나온 한 가지 기술 혁신이다.
시타는 플렉시블 포토닉 크리스탈과 감광 소자를 결합하여, 두께 1mm 미만, 감지 밀도 10,000点/cm²를 초과하는 플렉시블 전자 피부 솔루션을 개발하고 있다.
전통적인 촉각 센서에 비해, 이 전자 피부는 고밀도 감지를 유지하는 동시에 센서의 두께, 유연성 및 대면적 통합 문제를 한층 더 해결하는 것을 목표로 한다.
전자 피부 외에도, 시타는 이미 촉각 센서, 데이터 수집 장비 및 촉각 제어 모델을 중심으로 하드웨어에서 알고리즘에 이르는 일련의 연구개발 체계를 구축했다.
98년생 박사의 창업, 왜 재료부터 촉각을 다시 만들려 하는가?
장웨이는 본래 전형적인 로봇 창업가가 아니었다. 그의 연구 배경은 광학 소재에서 나왔다.
난팡커지대학과 홍콩城市大學 공동 양성 박사 과정에서 그는 액정 엘라스토머, 플렉시블 광학 소자, 그리고 소재 내부의 미세 구조를 활용해 다양한 광학 기능을 구현하는 방법을 다루었다.
이후 장웨이는 이러한 소재 기술이 로봇 조작의 실제 문제를 해결하는 데 쓰일 수 있는지 생각하기 시작했다.
그중 하나의 출발점은 춘완(春晩) 무대에서 본 우터(宇树) 로봇이었다. 현재 로봇은 이미 강한 운동 능력을 보여주고 있지만, 달리고 뛰고 공중제비를 돌리는 것에서 진짜 일을 하는 것까지는 아직 먼 거리가 남아 있다.
장웨이는 인간이 많은 섬세한 조작을 할 때 항상 자신의 손을 주시하지 않아도 된다는 점을 발견했다. 컵을 집고, 쥐는 힘을 조절하고, 뚜껑을 조이는 과정에서 손가락은 접촉 피드백에 따라 동작을 끊임없이 수정한다.
하지만 로봇은 대개 이러한 능력이 부족하다. "우리가 주목하는 것은, 촉각이 로봇이 과거에 잘하지 못했거나 심지어 할 수 없었던 조작을 완수하게 할 수 있는가 하는 것입니다." 그의 견해로는, 로봇이 복잡한 조작 장면에 진입하려면 촉각은 피할 수 없는 요소다.
문제는 기존 촉각 센서가 아직 이상적인 상태에 훨씬 미치지 못한다는 것이다. 압저항, 정전용량, 자기 촉각, 시촉각 등의 기술 노선은 오랫동안 발전해 왔고 각각 적용场景이 있지만, 로봇의 손가락, 손바닥 등 제한된 공간에서 얇음, 고밀도, 저비용을 동시에 실현하는 것에는 여전히 적지 않은 공학적 어려움이 존재한다.
시촉각을 예로 들면. 이런 센서는 통상 카메라로 접촉 표면의 변형을 관찰한 뒤, 알고리즘이 접촉 상태와 수력 정보를 계산한다. 장점은 풍부한 접촉 정보를 얻을 수 있다는 것이지만, 카메라, 광학 구조 및 촬영 거리 역시 센서의 추가 박형화에 제약을 가져온다. 손끝의 경우 이 문제는 구조 최적화로 해결할 수 있을지도 모른다. 하지만 촉각이 손바닥 전체, 심지어 로봇 몸의 다른 부위까지 커버하기를 원한다면, 전통적 모듈의 두께와 부피는 더 큰 부담이 된다.
시타의 견해로는, 이상적인 촉각 센서는 세 가지 지표를 두루 갖추어야 한다:감지 밀도가 높고, 비용이 낮으며, 두께가 얇은 것。
그래서 그들은 소재 자체에서 답을 찾기로 했다. 그 핵심 기술은 콜레스테릭 상 액정 엘라스토머(CLCE)로 대표되는 한 부류의 플렉시블 포토닉 크리스탈 소재다.
이 소재에는 흥미로운 특징이 있다: 색이 안료로 물들인 것이 아니라, 내부 액정 분자가 형성하는 주기적인 나선 구조에서 만들어진다는 점이다. 소재가 압력을 받아 변형이 일어나면, 내부 나선 구조의 주기도 그에 따라 변하고, 이어서 반사 스펙트럼과 색의 변화가 일어난다.
즉, 소재 자체가 눈에 보이지 않는 기계적 변형을 판독 가능한 광학 신호로 변환할 수 있는 것이다.예를 들어, 광자결정의 600~700나노미터 구조를 10겹으로 적층한 경우, 1마이크로미터의 변화만으로 파장이 600나노미터에서 500나노미터로 바뀌어, 빨간색에서 초록색으로 직접 변할 수 있다.
이는 소재의 광학 반응을 통해 본래 미세했던 변형 변화를 뚜렷한 색 차이로 표현하는 것에 해당한다.
이러한 특성은 얇고 가벼운 구조에서의 민감한 감지의 기반을 제공한다. 또한 광자결정의 주기적 구조는 분자의 자기 배열로 형성할 수 있고, 이후 탄성 고분자 네트워크로 고정함으로써, 소재가 부드러움·가변성·광학 반응 능력을 모두 갖추게 되며, 대면적 제조와 제조 비용 절감의 가능성도 열어준다.
视塔(시타)에게 진정한 기술적 과제는 광자결정이 색을 바꾼다는 사실을 발견한 것이 아니라,이 소재를 안정적으로 판독하고 반복 제조할 수 있으며, 최종적으로 로봇에 통합할 수 있는 촉각 센서로 만드는 것이었다。
视塔 양산 센서 100만 회 테스트에서 오차율이 모두 5% 미만
카메라를 제거하고, 진정으로 부드러운 전자 피부를 만들다
포토닉 크리스탈 소재가 압력을 감지할 수 있다는 것은 첫 번째 단계에 불과하다.
다음으로 더 현실적인 문제가 있다. 이것을 로봇이 실제로 사용할 수 있는 제품으로 만들려면 어떻게 해야 할까?
시탑(视塔)의 차세대 전자 피부 솔루션은 힘 유발 변색 유연 포토닉 크리스탈, 투명 중간층, 유연 TFT 감광 어레이 및 백라이트층을 결합한다. 그중 포토닉 크리스탈은 접촉과 변형을 감지하고, 유연 감광 어레이는 광학 신호를 읽어낸다.
카메라를 위한 성상 공간이 필요한 기존 시촉각 방식과 달리, 이 설계는 광학 판독 소자를 박막 구조에 통합하여 센서 두께를 더욱 압축할 가능성을 제공한다.
소재가 감지를 담당하고, 감광 어레이가 판독을 담당한다. 이 두 요소의 조합 방식을 변경함으로써 시탑은 고밀도 촉각 센서를 진정으로 부드럽고 얇고 가벼운 전자 피부로 만들고자 한다.이 포토닉 크리스탈 전자 피부의 두께는 1밀리미터 미만이 가능하며, 감지 밀도는 10,000점/cm²를 초과할 수 있다.
이 두 가지 지표는 각각 전자 피부의 두 가지 핵심 문제에 해당한다.
하나는설치할 수 있는가이다. 로봇 손가락과 손바닥의 공간은 본래 매우 제한적인데, 센서가 너무 두꺼우면 본체 구조 설계에 영향을 미치고 심지어 손가락 움직임을 제한할 수 있다.
다른 하나는충분히 세밀하게 감지할 수 있는가이다. 로봇이 물체를 잡을 때 접촉은 단일 지점에서 발생하는 것이 아니라 여러 영역에 분산되는 경우가 많다. 더 높은 공간 분해능은 이러한 영역의 접촉 세부 사항을 기록하는 데 도움이 된다.
유연성은 전자 피부의 응용 범위를 더욱 확장한다. 인간의 손은 평면이 아니며, 손가락, 손가락 관절, 손바닥 모두 복잡한 곡률을 가지고 있다. 기존의 독립형 모듈로는 모든 접촉 위치를 커버하기 어렵지만, 유연 박막은 이러한 표면을 따라 펼쳐질 기회가 있다.
이것은 또한 시탑 전자 피부의 다음 단계 중요 방향이다.촉각을 손끝에서 더 넓은 면적의 손 표면으로 확장하고, 전체 손바닥乃至 로봇 신체의 다른 부위까지 촉각 커버를 더 탐구하는 것이다.
물론 소재가 구부러질 수 있다는 것이 곧 전체 전자 피부 시스템이 성숙한 대면적 배치 능력을 갖추었다는 의미는 아니다. 감광 어레이, 패키징 구조, 소자 일관성 및 장기 내구성은 모두 후속 엔지니어링 과정에서 계속 해결해야 한다.
그러나 이 기술 경로의 응용 공간은 로봇에만 국한되지 않는다. 예를 들어, 자동차 시트, 매트리스, 마사지 기기 등의 제품도 유연한 압력 감지에 대한 수요가 존재한다. 이러한 기기의 접촉 표면은 면적이 크고 형상도 불규칙한 경우가 많다. 센서가 충분히 얇고 부드러우며 높은 감지 밀도를 갖춘다면, 기존 제품 형태를 크게 변경하지 않고도 압력과 접촉 상태 감지 능력을 추가할 기회가 있다.
이것이 시탑이 포토닉 크리스탈 전자 피부로 더 많은 응용 시나리오에 진입하고자 하는 이유이다.
소재 혁신에서 제품 납품까지, 시탑의 촉각 상용화로 가는 길
소재 혁신은 시탑의 기술적 출발점이지만, 하드웨어 스타트업에게 실험실의 소재에서 납품 가능한 제품까지는 그 사이에 수많은 엔지니어링 문제가 있다.
소재의 일관성은 어떻게 보장하는가? 센서는 어떻게 패키징하는가? 제조 비용은 어떻게 낮추는가? 고객이 새로운 치수와 구조 요구를 제시할 때 신속하게 조정할 수 있는가? 이러한 문제는 논문 한 편만으로 해결할 수 없다.
시탑에게 0에서 1로 가는 기술 탐색은 비교적 순조로웠지만, 1에서 10, 그리고 100으로 가는 진정한 도전은기술적 우위를 안정적이고 제조 가능하며 지속적으로 납품할 수 있는 제품으로 전환하는 방법。
에 있다. 현재 시탑 팀 규모는 약 50명이고 평균 나이는 약 23세이다. 젊은 팀은 수평적 조직 방식을 채택하고, 소재 연구개발, 소자 설계, 가공 제조 및 테스트 검증을 한 장소에 집중시켰다.
시탑 핵심 팀, 왼쪽 세 번째가 창업자 겸 CEO 장웨이
선전 약 800제곱미터의 연구개발 및 생산 공간에는 연구개발 사무 구역뿐만 아니라 클린룸, 3D 프린팅, CNC, 레이저 가공, 회로 부착 등의 장비와 팀이 자체 구축한 테스트 플랫폼도 갖추어져 있다.
이러한 연구개발과 제조가 긴밀하게 연결된 모델 덕분에 엔지니어들은 같은 장소에서 설계, 가공 및 테스트를 완료할 수 있고 피드백에 따라 신속하게 방안을 조정할 수 있다. 소재, 광로, 구조, 회로를 반복적으로 최적화해야 하는 촉각 하드웨어에게검증 주기를 단축하는 것은 제품이 엔지니어링화로 나아가는 중요한 한 걸음이다.
창립 1년도 지나지 않아 시탑은 이미 촉각 센서와 데이터 수집 장비의 연구개발 및 납품 체계를 점차 구축했으며, 고객은 국내외 대학 연구실, 헤드 모델 기업 및 러닝핸드(robust hand) 제조업체를 포괄한다.
상업화 과정에서 시탑(视塔)은 고객마다 촉각에 대한 요구가 뚜렷이 다르다는 것을 발견했습니다. 어떤 고객은 응답 속도에 주목하고, 어떤 고객은 더 높은 측력 정밀도를 추구하며, 어떤 고객은 질감을 감지할 필요가 있고, 또 어떤 고객은 우선적으로 설치 공간에 제약을 받습니다.
이는 광자 결정이 얇고 가벼우며 고밀도 감지 측면에서 고유한 이점을 가지고 있더라도, 모든 촉각 기술 경로를 대체할 수 있다는 것을 의미하지 않는다.
따라서,视塔은 한편으로는 유연 광자 결정 전자 피부의 연구개발을 지속적으로 추진하고, 다른 한편으로는 고객의 실제 수요에 맞춰 시촉각, 압저항, 정전용량 등 다양한 촉각 솔루션을 구축하여 이에 상응하는 센서 제품을 제공하고 있다。
하드웨어 외에도 시탑(视塔)은 로봇 데이터 및 조작 제어 분야로 확장하고 있습니다.
데이터 수집 분야에서 회사는 시촉각 데이터 수집 그리퍼, EGO 데이터 수집 시스템, 데이터 수집 백팩 등의 장치를 개발하여 로봇 모델 훈련에 접촉 상태 및 수력 변화 등의 정보를 보완해 준다.
하지만 로봇에게 필요한 것은 더 많은 촉각 데이터가 아니라, 접촉 피드백에 따라 동작을 실시간으로 조정할 수 있는 능력이다.
이를 위해 시타(视塔)는 자체 개발한 촉각 제어 모델인 ‘외장형 촉각 소뇌". 그 설계 방향은 VLA 등 상위 로봇 모델과의 협업이다: 상위 모델이 작업 이해와 동작 계획을 담당하고, 촉각 모델은 접촉 피드백에 따라 힘, 위치 및 자세를 국소적으로 조정한다.
칠판 닦기, 구멍 꽂기 등 일부 전형적인 작업의 내부 테스트에서 촉각 소뇌 피드백을 도입한 후 로봇의 작업 성공률이 최대 약 100% 가까이 향상되었습니다.
센서와 모델의 공동 연구 개발은 시타(视塔)가 실제 조작 요구에 기반하여 하드웨어 설계와 데이터 수집 방식을 역으로 최적화하고, 촉각 감지부터 조작 제어까지의 기술 축적을 점진적으로 형성할 수 있게 해주었다.
하지만,플렉서블 포토닉 크리스털 전자 피부는여전히 시탸(视塔)의 현 단계에서 가장 핵심적인 제품 방향이다. 개별 손가락 센서에 비해, 전자 피부는 더 넓은 접촉 면적을 커버할 수 있는 가능성이 있으며, 소재 제조, 소자 통합 및 대량 생산에 더 높은 요구를 제시한다.
이번 화웨이 하버(Harmony 부투 자회사 하버) 등 투자자의 합류는 시탸가 제품 연구개발과 상업화를 한층 더 추진하는 데 자금 지원을 제공할 것이다.
포토닉 크리스털 소재에서 독립형 촉각 모듈로, 그리고 복잡한 곡면에 밀착할 수 있는 대면적 플렉서블 전자 피부에 이르기까지, 시탸는 촉각 센서의 형태를 바꾸는 것을 시도하고 있으며, 로봇이 물리 세계를 인식하는 또 다른 방식도 탐구하고 있다.
로봇은 이미 점점 더 강력한 시각 이해 및 동작 계획 능력을 갖추고 있지만, 진정으로 물리 세계에 들어가려면 접촉하고, 느끼고, 조정하는 법을 배워야 한다.
시탸는 한 장의 부드러운 전자 피부에서 시작하여, 기계가 세계를 인식하는 방식이 인간에게 조금 더 가까워지도록 하고 있다.
*본 글은 양자웨이(量子位)의 승인을 받아 게재되었으며, 견해는 원저자에게 귀속된다.