로봇 ALICE@ERICA는 한양대학교 에리카 캠퍼스 방문객 들에게 안내 및 기부를 받기 위해 개발된 서비스 로봇이다. 서 비스 로봇은 인간과 상호작용이 필요한 경우, 또는 사회적인 관계를 통해 가치를 만들어야 하는 경우에 주로 사용된다. 현 재 개발된 많은 서비스 로봇은 인간과 상호작용을 가능케 하 기 위해 사람을 인지하고, 시선을 맞추고 대화하는 등의 기술 을 탑재하고 있다^[1].

사람들에게 기부라는 특정 행동을 유도하기 위해서는 보통 의 서비스 로봇과는 다른 개발 요소들이 필요하다. 기부를 받 으려는 목적을 달성하기 위해서는 크게 세가지 개발 요소가 중요하다고 판단되었다. 첫째는 친밀감을 조성하는 로봇의 외 형 디자인, 두번째는 여러 명의 사람 중 한 명만 기부자로 인식 하여 정확하게 접근하기, 마지막은 동영상 콘텐츠와 음성인식 을 활용한 기부자와의 원활한 의사소통이다.

본 논문에서는 기부 로봇 개발에 적합한 로봇 디자인, 로봇 이 사람을 인식하고 기부자를 선정하여 접근하는 방법, 음성 인식 전략에 대해 다루고자 한다. 또한 로봇이 실제로 공공장 소에서 기부 활동을 수행한 뒤, 이에 따른 설문조사를 실시하 여 논 연구의 효과에 대하여 논하고자 한다.

다양한 영역에서 다양한 종류의 서비스 로봇이 개발되고 있으나 현재 실제 생활에서 기부 받기 위해 사용되는 로봇은 많지 않으며 로봇의 개발도 충분히 고도화되지 못하고 있다.

Min Su Kim, et.al 은 30 cm 키의 3자유도의 팔을 움직일 수 있으며 지정된 장소에서 동전 등 현금이 양동이에 들어왔을 때 계획된 행동과 말을 할 수 있는 로봇, Dona를 개발하였다^[2]. Tim Pryde et.al 은 DON-8r 라는60 cm 크기의 오뚜기 모양의 모바일 로봇을 개발하여 원격으로 움직이며 현금을 받도록 개 발되었다^[3]. Miguel Sarabia 은 성인 키 높이의 원통형 모바일 로봇에 3자유도 팔과 얼굴 위치에 모니터를 장착한 iCharibot 을 개발한 뒤 원격조종으로 박물관과 기차역에서 모금활동을 하며 사람들의 행동을 분석하였다^[4]. 그러나 위의 연구 개발은 모두 단순한 움직임 또는 원격조종으로 움직이기 때문에 로봇 이 스스로 자선 모금을 받는데 한계가 있으며 실제 인간 사회 에서 유용하게 사용되지 못하고 있다. 따라서 로봇이 자율적 으로 사람에게 다가가 효과적으로 기부를 받기 위해서는 인간 과 상호작용이 보다 더 원활하게 이루어질 수 있는 고도화된 로봇 연구 및 개발이 필요한 상황이다.

ALICE@ERICA가 서비스 로봇으로서 인간과 상호작용을 극대할 수 있도록 로봇의 외형 디자인 연구를 진행하였다. 서 비스 로봇의 상호작용 효과를 높이기 위한 디자인적 측면에서 의 노력은 여러 실험을 통해 활발히 이루어지고 있다. Zheng- Hua Tan은 LED array 또는 터치 패드를 통해 얼굴 표정을 만들 어 로봇의 감정을 표현할 수 있도록 개발된 로봇이 사람과 상 호작용이 가능하다는 실험결과를 보여주었다^[5]. Ran Hee Kim 과 Sonya S. Kwak는 각각 로봇의 외형 형상에 따른 상호작용 효과를 비교한 연구를 진행하였고, 사람 형태를 띤 로봇이 그 렇지 않은 로봇보다 기부를 받을 확률이 높음을 확인하였다 ^[6,7]. 그러나 Masahiro Mori의 uncanny valley 실험에서 알 수 있 듯이 인간과 흡사하게 생긴 로봇에서도 로봇이 인간의 닮는 정도에 따라 거부감을 느끼기 때문에 인간형 디자인에는 넘지 말아야 할 선이 존재한다^[8].

Kerstin Sophie Haring 은 동물형 로봇이나 인간과 너무 닮 은 안드로이드 형태의 로봇보다 인간과 적당히 닮은 휴머노이 드 형태의 로봇이 인간에게 즉각적인 반응을 일으키는데 월등 히 좋다는 연구 결과를 보여주었다. 특히 ‘이 로봇을 만져보겠 는가?’ 혹은 ‘이 로봇이 당신을 만져보는 것을 허락하겠는가?’ 라는 질문에 휴머노이드 형태의 로봇이 ‘그렇다’는 반응을 가 장 높게 얻었음으로써 ‘인간은 로봇의 외형에 따라 일정한 기 대치를 갖는다’는 점을 증명하였다^[9]. 이러한 연구들은 사람 과 적당히 닮은 형태의 로봇이 사람들에게 친밀감을 높여 준 다는 것을 보여준다.

로봇의 키 또한 사람의 반응에 영향을 주는데, Irene Rae은 사람의 시야보다 로봇의 시야가 더 낮은 경우 사람이 안정감 을 느낀다는 연구 결과를 보여주었다^[10]. 또한 Mikey Siegel은 여성의 음성을 사용하여 대화를 진행한 로봇이 남성 목소리를 사용한 로봇 보다 높은 기부 확률을 가졌음을 확인함으로써 로봇 목소리의 성별이 인간과 로봇의 상호작용에 영향을 줄 수 있다는 것을 보여주었다^[11]. 즉, 인간에게 가장 친숙하게 받 아들여지기 위해서는 인간과 적당히 닮은 형태의 휴머노이드 로봇이 가장 좋으며 성인보다는 작은 키에 여성형 디자인과 음성을 가진 로봇을 개발해야 한다는 결론을 얻었다.

결과적으로 ALICE@ERICA는 지금까지 기존의 로봇에서 는 제시되지 않은 투피스 정장을 입은 여성형 휴머노이드 로 봇 형태로 완성되었다.

투피스 정장 형태를 선택한 이유는 투피스 정장이 공식적 인 행사나 장소에서 여성들이 가장 많이 입는 형태이므로 기 부 행위에 정중한 분위기를 형성하는데 기여할 것으로 판단되 었기 때문이다.

얼굴은 디테일한 디자인을 지양한 미니멀 디자인을 함으로써 인간이 로봇 얼굴에 대해 주관적인 느낌과 판단을 덧입힐 수 있는 여지를 두도록 하였다. 또한 팔의 링크 및 관절에는 로봇임을 한 눈에 알아볼 수 있도록 금속 재질과 모터를 그대로 드러냈다. LIDAR, 안테나, 스피커 같이 밖으로 드러나야 하는 전장 부품들 은 디자인을 해치지 않으면서도 제 기능을 발휘할 수 있도록 각각 목, 귀, 가슴에 배치하였다. 이러한 시도를 통해 ALICE@ERICA 의 디자인이 인간의 형상을 닮음에 있어 지나치거나 모자라지 않 는 균형을 갖춘 로봇으로 보일 수 있도록 의도하였다.

[Fig. 1]은 친근한 느낌이 들 수 있도록 디자인된 ALICE@ ERICA의 얼굴 및 외형 모습을 보여주고 있다.

[Fig. 1] 

Human-friendly appearance of robot ‘ALICE@ ERICA’

실제 생활 환경에서 로봇 기부 행위와 디자인의 상관 관계 를 파악하기 위한 설문조사를 실시하였다. 설문조사는 로봇의 커버를 장착하지 않은 상태에서 57명, 로봇의 커버를 장착한 상태에서 59명, 총 116명의 사람들을 대상으로 진행되었다. 연 령은 10대에서 60대까지 다양하게 선별되었고 성별 또한 2:3 비 율이 넘지 않도록 균형을 맞추었다. 두 실험의 조건을 최대한 동 일하게 설정하기 위하여, 같은 장소에서 같은 시간대에 1시간 동 안 총 2일간 진행하였으며, 실외 온도와 습도는 두 경우 모두 31°C 와 87%로 동일하였다. [Fig. 6]은 로봇의 커버를 탈, 부착한 상태에서 기부행동 및 설문조사 실험을 하고 있는 장면이다.

[Fig. 6] 

Survey to find out the influence of robot design (without robot covers (left), with robot covers (right))

설문조사는 로봇이 참여자에게 접근하여 로봇 스스로 자신 의 목적을 소개하도록 한 뒤, 참여자가 이에 대한 반응 및 소감 을 응답하는 순으로 진행하였다. 설문 조사 문항은 [Fig. 7]에 보여지는 바와 같다.

[Fig. 7] 

Survey Questionnaires

조사 결과 [Fig. 8]에서 보여지듯이 로봇의 커버 장착여부에 따라, 로봇을 표현하는 형용사의 긍정적 표현과 부정적 표현의 정도가 다른 것을 볼 수 있었다. 커버를 장착하지 않은 경우 68% 였던 긍정적 표현이 커버를 장착하면 77%로 증가하였다.

[Fig. 8] 

positive / negative expressions about robot impressions (without robot covers (left), with robot covers (right))

흥미로운 점은 로봇의 요청사항을 이해하였는지 묻는 질문 에, 커버를 장착하지 않았을 경우 ‘예’ 라고 대답한 비율이 63% 였으나 커버를 장착했을 경우 81% 로 급격히 높아졌다는 것이다. [Fig. 9]는 로봇 커버 탈, 부착에 따른 로봇 요청사항에 대한 이 해도 차이를 보여주고 있다. 이것은 로봇의 외형 디자인이 감 성적인 영역 이외에도 ‘이해’라는 이성적인 영역에도 영향을 준다는 것을 보여준다.

[Fig. 9] 

Understanding requirements (without robot covers (left), with robot covers (right))

로봇의 기부 요청에 응하고 싶은 마음과 로봇에 대한 친숙감 을 1점(전혀 아니다)에서 5점(매우 그렇다)까지 평가했다. 커버 를 장착하지 않았을 때의 기부의사는 평균 3.12점이었으나 커 버를 장착했을 때는 3.42점으로 기부 의사가 증가하는 것을 볼 수 있었다. 로봇을 편안하고 친숙하게 느끼는 정도 또한 커버가 없을 때는 평균 2.60점 밖에 되지 않았으나 커버가 있을 때는 3.24점으로 친숙도가 크게 증가하는 것을 확인할 수 있었다. [Fig. 10] 은 기부의사 및 친숙도의 조사결과를 도표로 나타낸 것이다.

[Fig. 10] 

Survey results on the impact of robot design

위 결과를 성별로 구분해 보면 그 정도가 성별에 따라 다르 다는 것을 확인할 수 있다. [Fig. 11]은 기부 요청에 응하고 싶 은 정도를 여성과 남성으로 나누어 보았을 때의 결과이다. 로 봇의 기부 요청에 응하고 싶은 마음은 커버 탈부착 여부에 따 라 여성은 3.00에서 3.55까지 크게 높아졌으나 남성은 3.19에서 3.35로 상대적으로 변화가 크지 않았다. 즉 여성이 로봇 외형에 따라 로봇과 상호작용에 더 민감하게 반응한다고 볼 수 있다.

[Fig. 11] 

Survey results showing gender differences in donation intention according to robot design

로봇에 대한 친숙도를 묻는 질문에는 성별의 차이가 더 크 게 나타났다. [Fig. 12]는 로봇에 대한 친숙도를 여성과 남성으로 나누어 보았을 때의 결과이다. 커버 장착 여부에 따라 친숙함 을 느끼는 정도가 여성은 2.48에서 3.27로 크게 증가했으나 남 성은 2.67에서 3.22로 상대적으로 변화가 크지 않았다.

[Fig. 12] 

Survey results showing gender differences in familiarity of the robot by the robot design

친숙감을 느끼는 이유에 대한 설문 결과는 커버 장착 유무 에 따라 전혀 다른 양상을 보여주었다. 커버가 없는 경우 로봇 에 친숙감을 느끼는 이유는 로봇의 제스쳐 때문이라는 답이 가장 많이 나왔다. 그러나 커버를 장착하게 되자 로봇의 제스 쳐는 가장 낮은 점수를 받았고 대신 로봇의 외형 때문에 로봇 에 친숙감을 느낀다는 답이 압도적으로 많이 나왔다. 즉, 로봇 의 디자인 요소가 강화되면 로봇의 외형, 목소리 등 보여지고 들려지는 직접적인 감각이 로봇을 친숙하게 만든다. 그러나 로봇의 디자인 요소가 약해지면 로봇의 행동으로 관심의 대상 이 옮겨진다고 볼 수 있다. [Fig. 13]에 로봇에 친숙감을 느끼는 요소들에 대한 구체적인 값을 도표로 표현하였다.

[Fig. 13] 

Survey results showing gender differences in familiarity of the robot by the robot design

설문 조사 결과를 종합해 보면 로봇 외형 디자인 변화에 따 라 인간의 감정과 이성 모두 영향을 받는 것을 볼 수 있었다. 구 체적으로 로봇에 커버를 장착하여 로봇에 디자인 요소를 부여 하였을 때 로봇에 대한 친밀감과 의사전달 이해도 및 기부의사 가 모두 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구에서 제시한 로봇의 디자인 요소들은 인간과 로봇의 상호작용을 긍 정적인 방향으로 이끄는데 기여하고 있음을 확인할 수 있었다.

ALICE@ERICA는 로봇이 인간 사회에 기여하고자 개발된 서비스 로봇으로써 한양대학교 에리카 캠퍼스내에서 학교 안 내와 동시에 기부를 받을 수 있도록 제작되었다. 특히 기부금 모집이라는 특수목적을 수행하기 위해서 개발 단계부터 전략 적인 접근이 요구되었고 이에 따라 디자인, 기부자 인식 및 접 근 방법, 기부자와의 상호작용에 관한 연구가 진행되었다. 디 자인 측면에서는 원활한 기부를 받을 수 있도록 1.2 m 키에 투 피스 정장을 입은 여성형 휴머노이드 로봇 형태로 디자인되었 다. 기부자를 파악하기 위하여 인공지능 사물 인식 모델인 YOLO를 기반으로 기부자 선정 프로그램을 개발하였다. 로봇 이 선정된 기부자에게 다가갈 수 있도록 구동 모터가 실시간 으로 제어되며 기부자와 마주한 뒤에 여러 행동을 할 수 있도 록 팔 및 머리의 모션 제어가 수행되었다. 또한 로봇과 기부자 사 이의 원활한 의사소통을 위해서 동영상 콘텐츠를 재생할 수 있는 패드를 손에 장착하고 음성 인식을 수행하였다. 패드는 기부자 가 잘 볼 수 있는 각도로 제어되며 음성인식은 Google 기반 서비 스를 기반으로 특정 대화를 수행할 수 있도록 프로그램 되었다.

또한 ALICE@ERICA의 효과적인 모금 및 상호작용 효과를 증명하기 위해서 공공장소에서 다양한 연령의 사람을 대상으 로 기부 모금 활동을 하고 설문조사 실험을 진행하였다. 실험 결과 ALICE@ERICA의 디자인과 행동이 로봇에 대한 친밀감 을 높이고 기부 의사를 높인다는 것을 확인할 수 있었다. 따라 서 본 연구에서 제시한 디자인과 행동 전략이 기부금 모집이 라는 고난이도의 인간과 로봇 상호작용을 증진시키는데 기여 하였다고 판단된다.

현재 스마트 결제 시스템과 관련된 행정적인 제약으로 인해 실제 기부가 이루어지는 것 까지의 시험은 수행하지 못 하였다. 결재 시스템의 문제를 해결 후 불특정 다수의 사람을 대상으로 실험을 설계하고 진행할 예정이다. 의미 있는 실험 을 진행하기 위해서 인간과 로봇의 상호작용 효과에 대한 정량적 지표를 개발하고 다양한 활동 환경을 선정하여 비교 분석할 예정이다. 이를 토대로 로봇의 꾸준한 고도화가 진행 되어 보다 자연스럽고 원활한 기부자와의 상호 작용이 이루어 지기를 기대한다. ALICE@ERICA의 기부 로봇 연구가 인간 에게 로봇이 보다 친밀하고 편안하게 받아들여질 수 있도록, 로봇 디자인 및 HRI 연구 발전에 도움이 되기를 기대한다.