슈퍼인간의 탄생 07> 마치 영화 슈퍼맨처럼…

헤드 마운트 디스플레이는 기술적인 진화를 거듭하여 근래에 ‘오큘러스 리프트(Oculus Rift)’나 ‘플레이스테이션 VR(PlayStation VR)’ 등 주로 게임기로 활발하게 개발되고 있다. 이 중에서 ‘오큘러스 리프트’를 사용한 사례로 게이오기주쿠대학교와 게임개발환경을 제공하는 연합회가 공동으로 개발한 ‘히요시 점프(Hiyoshi Jump)’라는 콘텐츠를 들 수 있다. 이는 실제로 촬영한 360도의 영상 속에서 점프하는 게임이다. 이름 그대로 영상을 촬영한 곳은 가나가와현 요코하마시에 위치한 게이오기주쿠대학교의 히요시(日吉) 캠퍼스이다. 소형 무인비행기 드론에 6개의 액션 카메라를 탑재하고 전방위로 촬영한 영상을 사용하고 있다.

‘히요시 점프’의 핵심은 헤드 마운트 디스플레이를 착용한 사람이 점프하면 내장된 센서에 의해 실제 자신이 점프하는 듯한 감각을 느낄 수 있다. 올망졸망한 건물과 움직이는 사람들 그리고 전차를 360도 전방위로 내려다보면서 하늘을 비행하는 체험은 실로 놀라울 만큼 감동적이다. 종횡무진 하늘을 나는 감각은 확실히 《슈퍼맨》의 주인공 클라크 켄트가 된 듯한 기분이다. 현실감이 선사한 새로운 세계를 체감할 수 있는 콘텐츠이다.

공간에 새로운 세계를 창조하다
헤드 마운트 디스플레이 이외에도 3차원 공간을 만들어 내려는 시도로 유명한 것이 일리노이 대학의 토머스 드판티(Thomas DeFanti) 등이 1993년에 발표한 몰입형 다면 디스플레이 ‘케이브(CAVE)’이다. 이름 그대로 동굴(CAVE) 속 같은 둥근 모양의 집을 만들고 전후좌우 상하 각 벽면에 3차원 영상을 투영하여 몰입감을 조성하는 프로젝터형 시스템이다. 사용되는 4대의 프로젝터는 실시간으로 동기화되어 있고, 또한 머리 부위의 센서로 시점 위치를 계측하여 주변의 영상을 실시간으로 다시 계산하여 재생한다. 이것이 3D 영화관과 크게 다른 점이다. 그리고 헤드 마운트 디스플레이와 비교하면 시야가 180도 이상 확대되며, 둘러보는 동작을 할 때 영상이 약간 뒤처지는 ‘VR 흔들림’이라 부르는 불쾌감이 느껴지는 것 등을 들 수 있다.

근래 들어서 마이크로소프트가 가정용 게임의 몰입감을 높이는 데 응용하기 위해 텔레비전 화면의 주위에 영상을 확대할 수 있는 시스템, 즉 ‘일루미룸(IllumiRoom)’이란 콘셉트를 발표하였다. 투영하려는 대상인 공간과 물체의 위치 및 모양을 계측하여 영상을 겹쳐 표현하는 프로젝션 맵핑(Projection Mapping)을 응용한 기술이다.

※저자소개_이나미 마사히코(稻見昌彦)
도쿄대학 대학원 정보이공학계 연구과 시스템정보학 전공교수, MIT 대학 객원과학자, 게이오대학 대학원 미디어디자인 연구과학교수 등을 거쳐서 2015년 11월 현재 재직중. 인간증강공학, 자유자재화기술, 인터테인먼트 공학 전공. 광학미채, 촉각증강장치, 동체시력증강장치 등, 인간의 감각과 지각에 대한 각종 기술 개발과 참여. 초인스포츠협회의 공동대표 역임. 미국 ‘타임’지의 ‘Coolest Invention of the Year’를 수상.

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<연재 목차>
01> SF를 통한 영감
02> 목적(WHAT)과 수단(HOW)의 작용
03> 센서 기술로 사이보그를 실현
04> 의수도 보철에서 증강으로
05> 영화 매트릭스 같은 인공외골격
06> 새로운 신체를 받아들이는 뇌
07> 마치 영화 슈퍼맨처럼…
08> 사용하기 편한 인간형의 신체
09> 신체를 교환하다
10> 누군가의 신체에 올라타다

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슈퍼인간의 탄생 06> 새로운 신체를 받아들이는 뇌

도구의 구체화를 쥐를 이용하여 진행한 흥미진진하고 중요한 실험이 있다. 미국 뉴욕주립대학의 존 샤핀(John Chapin) 교수 등이 1999년에 실행한 실험이다. 먼저 지렛대를 누르면 물을 받아 낼 수 있는 로봇을 이용하여 쥐에게 발로 지렛대를 누르면 물을 마실 수 있다는 사실을 가르친다. 다음엔 지렛대를 조작하기 직전에 작동하는 뇌의 신경세포로부터 신호를 검출하고, 신경세포가 작동할 때에 보낸 뇌신호를 바탕으로 로봇 팔이 작동하여 물을 마실 수 있게끔 프로그램을 구성하였다. 이후 무슨 일이 벌어졌을까? 쥐는 처음에는 발로 지렛대를 눌러 물을 마시다가 이윽고 발을 움직이지 않아도 머리로 생각만 하면 로봇 팔이 움직인다는 사실을 알아차린 듯했다.

이는 뇌신호를 해독함으로써 뇌(생각)와 기계의 직접적인 정보전달이 가능하다는 ‘브레인 머신 인터페이스(Brain-Machine Interface)’라는 연구로 세간의 주목을 한몸에 받은 유명한 실험이다. 요코야마 미쓰테루의 만화 『바벨 2세』와 같이 앞으로는 염력(念力)으로 물건을 움직이는, 이른바 사이코키네시스(Psychokinesis)의 세계가 실현될 미래를 상상해 볼 수 있다. 그 후에도 브레인 머신 인터페이스에 대한 연구는 세계적으로 활발하게 진행되어 원숭이가 생각하는 힘만으로도 로봇 팔을 움직인다거나, 컴퓨터 커서를 작동시키는 것 같은 실험이 성공하였다. 이러한 연구의 실험결과가 말해 주는 사실은 인간의 신체감각이 변화할 수 있다는 것이다.

동작은 언어표상(言語表象)이 가능한가?
브레인 머신 인터페이스의 발상을 엔터테인먼트와 결합시킨 것이 ‘네코미미(Necomimi)’이다. 이름 그대로 고양이 귀 모양을 한 헤드기어를 쓰고 이마에 장착한 센서에서 읽어 낸 신호가 고양이 귀를 움직여 서로 의사소통을 하는 재미있는 제품이다. 게다가 의도대로 고양이 귀를 움직이려는 게 목적이 아니라 당사자도 의도하지 못한 동작이 소통의 계기가 되는 뜻밖의 효과를 가져다주기도 한다. 2011년에 미국 「타임」지의 ‘세계의 발명 베스트 50’에 선정되는 등 세계적으로 화제를 모았던 제품이다. 확실히 ‘생각’만으로도 무엇을 작동시킬 수 있다는 것은 SF 같아서 멋있고, 대부분 ‘브레인 머신 인터페이스는 훌륭하군!’ 하고 칭찬하겠지만, 진정 최선의 인터페이스인가 하는 의문에는 냉정한 판단이 필요하다고 생각한다.

1982년에 개봉된 미국영화 중 클린트 이스트우드가 감독과 주연을 맡은 《파이어 폭스》란 작품이 있다. 미국과 소비에트 연방(소련)이 대립했던 냉전체제를 배경으로 전반부에는 스파이 활동이, 그리고 후반부엔 전투기의 공중전이 전개되는 영화다. 소련이 고성능 신형전투기인 파이어 폭스를 개발한다는 정보를 미국이 입수하고 클린트 이스트우드가 적의 비밀기지에 잠입하여 그 전투기를 빼낸다는 내용이다. 브레인 머신 인터페이스 기술로 조작되는 신형전투기 파이어 폭스는 러시아어만 사용할 수 있어서 클린트 이스트우드가 러시아어에 능숙한 비행사로 나온다.

이 설정을 지금 되돌려 냉철하게 생각해 보면 브레인 머신 인터페이스가 담고 있는 과제의 본질을 잘 파악하고 있다고 생각한다. 요컨대 행동은 어디까지 ‘언어표상’이 될 수 있는가? 하는 문제이다. 왼쪽, 오른쪽을 가리키는 단순한 문제라면 문화와 관계없이 식별할 수 있을지 모르는데 미국인이 ‘컵을 오른손에 들고 물을 마신다’고 생각할 때, 러시아인도 같은 생각을 한다고 해서 결과적으로 뇌신경이 똑같이 작용했다고 할 수 있을까?

※저자소개_이나미 마사히코(稻見昌彦)
도쿄대학 대학원 정보이공학계 연구과 시스템정보학 전공교수, MIT 대학 객원과학자, 게이오대학 대학원 미디어디자인 연구과학교수 등을 거쳐서 2015년 11월 현재 재직중. 인간증강공학, 자유자재화기술, 인터테인먼트 공학 전공. 광학미채, 촉각증강장치, 동체시력증강장치 등, 인간의 감각과 지각에 대한 각종 기술 개발과 참여. 초인스포츠협회의 공동대표 역임. 미국 ‘타임’지의 ‘Coolest Invention of the Year’를 수상.

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02> 목적(WHAT)과 수단(HOW)의 작용
03> 센서 기술로 사이보그를 실현
04> 의수도 보철에서 증강으로
05> 영화 매트릭스 같은 인공외골격
06> 새로운 신체를 받아들이는 뇌
07> 마치 영화 슈퍼맨처럼…
08> 사용하기 편한 인간형의 신체
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슈퍼인간의 탄생 05> 영화 매트릭스 같은 인공외골격

일본에서 탄생한 탑승형 외골격 ‘스켈레토닉스(Skeletonics)’는 미국의 신문과 방송에 등장하여 세계적인 명성을 얻고 있다. 개발 주체인 스켈레토닉스 주식회사는 일본의 공업고등 전문학교(이하 고전)가 로봇 기술을 겨루는 ‘고전 로보콤(Robocom)’에서 우승한 오키나와 고전의 선수가 설립한 벤처기업이다. 평행사변형의 링크인 팬터그래프(pantagraph) 기구 등을 이용하여 인간의 동작을 1.5배의 크기로 확대한 외골격을 갖춘 것으로 보기보다 힘들이지 않고 큰 동작을 연출할 수 있다. 죽마(竹馬)나 스틸트(stilt, 서양 죽마)의 현대판이라고 할 수 있으며, 모습은 미래지향적이며 아주 인상적이다. 

산학협동으로 연구개발 중인 것도 있다. 히로시마대학교와 다이아 공업이 공동 개발한 ‘언플러그드 파워 슈트(Unplugged power suit)’는 공기압을 인공 근육으로 사용한 제품이다. 보행 시 땅을 디딜 때 생기는 반발력을 활용하여 신발에 장착한 펌프로 공기를 압축시키고, 압축 공기가 반대편 다리에 설치한 인공 근육을 수축시켜 움직이려는 다리에 힘을 보조한다. 전기나 모터를 사용하지 않고 보행 시 쓰이는 인간의 힘만을 이용하여 인간의 움직임을 지원한다는 점이 독특하다.

자세는 유지하는 것만으로 힘들다
이처럼 액추에이터(actuator, 구동장치)를 이용하지 않는 인공외골격도 중요하다. 그 이유를 설명하기 위하여 만화 『도라에몽』의 마술 도구인 ‘고르곤의 머리’를 소개하고자 한다. 이는 그리스 신화에 나오는 괴물 세 자매 중 셋째 메두사를 모티브로 한 것이다. 뚜껑 달린 상자를 열면 빛을 내뿜는 석상이 나오고 그 빛을 쐬면 생물의 근육이 돌처럼 굳어 버린다는 참으로 무서운 도라에몽의 마술 도구이다. 주목하고 싶은 것은 주인공 소년 노비타가 학교 교실에서 선생님께 혼나고 복도에서 벌 받는 장면이 나온다. 서 있는 것이 힘들었던 노비타는 고르곤의 머리를 사용하여 자신의 다리를 돌로 만들어 버린다. 힘든 게 사라지자 노비타는 편안한 표정을 짓는다.

평소에는 잘 의식하지 못하지만, 인간은 자세를 유지하는 것만으로도 힘이 든다. 하지만 이것은 학교에서 배운 물리법칙에는 어긋난다. 물리에서 배운 위치에너지를 설명할 때 같은 위치에서 운동하지 않는 자세를 유지하기 위한 에너지 소비는 제로이기 때문이다. 그러나 인간의 신체는 다르다. 자세를 유지하는 데도 에너지를 소비한다. 따라서 자세를 유지하기 위해 무척 힘이 든다. 뇌신경외과 의사가 팔걸이 같은 암레스트(armrest)를 사용하면 수술 중에 손 떨림을 방지할 수 있다는 연구보고도 있다. 그러므로 만화 『도라에몽』에서 노비타가 고르곤의 머리를 사용했던 방법은 실은 공학적으로 매우 센스 있는 행동이었다.

인간은 자세를 유지할 때 근육을 사용하기 때문에 에너지원이 되는 물질 ATP(아데노신3인산)를 소비한다. 그러나 불가사리나 해삼 등 극피동물은 다르다. 그들은 ATP를 소비하면 뼈와 뼈를 연결하는 ‘캐치 결합조직’이란 관절이 변하여 몸이 굳기 때문에 에너지 소비를 억제하려 한다. 이를 응용하여 스위스의 취리히에 본사를 둔 다국적 회사 누니(Noonee)는 외골격과 같이 발에 장착하여 언제 어디서든 앉고 싶을 때면 마법처럼 나타나는 의자 ‘체어리스 체어(Chairless Chair)’를 개발하였다. 가동하지 않을 때는 평상시처럼 걷거나 뛸 수 있으며 프레임도 알루미늄과 탄소섬유 등 가벼운 재질을 사용하기 때문에 총 중량이 2kg을 넘지 않는다. 가볍고 편리함이 돋보인다.

※저자소개_이나미 마사히코(稻見昌彦)
도쿄대학 대학원 정보이공학계 연구과 시스템정보학 전공교수, MIT 대학 객원과학자, 게이오대학 대학원 미디어디자인 연구과학교수 등을 거쳐서 2015년 11월 현재 재직중. 인간증강공학, 자유자재화기술, 인터테인먼트 공학 전공. 광학미채, 촉각증강장치, 동체시력증강장치 등, 인간의 감각과 지각에 대한 각종 기술 개발과 참여. 초인스포츠협회의 공동대표 역임. 미국 ‘타임’지의 ‘Coolest Invention of the Year’를 수상.

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02> 목적(WHAT)과 수단(HOW)의 작용
03> 센서 기술로 사이보그를 실현
04> 의수도 보철에서 증강으로
05> 영화 매트릭스 같은 인공외골격
06> 새로운 신체를 받아들이는 뇌
07> 마치 영화 슈퍼맨처럼…
08> 사용하기 편한 인간형의 신체
09> 신체를 교환하다
10> 누군가의 신체에 올라타다

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슈퍼인간의 탄생 04> 의수도 보철에서 증강으로

새로운 근전 센서의 등장으로 의수도 최근 들어 보철에서 증강으로 진화하고 있다. 벤처기업 엑시(Exiii)가 만든 전동의수 ‘핸디(Handiii)’와 ‘핵베리(HACKberry)’는 겉으로 보기에도 지금까지의 의수와는 차원이 다르다. 여태까지 보철로만 봐 왔던 의수가 아닌 질감이나 주름, 색상 등을 사람의 손과 다르게 오히려 미래지향적인 디자인으로 변모시켰다. 의수를 착용하는 것이 부끄러워 숨길 필요도 없고 안경처럼 패션 아이템의 하나로 변화시킨 것이다. 디자인의 우수성은 세계적으로도 인정받아 권위 있는 디자인 공모전 ‘IF 디자인상’의 최우수상인 ‘골드 어워드(금상)’를 수상했으며 일본에서도 마찬가지로 ‘굿 디자인’ 금상을 받은 바 있다. 이러한 새로운 의수가 등장한 배경에는 다음과 같은 기술적 진보가 자리 잡고 있다.
 
첫 번째는 사이버다인과 같은 센서와 신호 처리의 기술이다. 사고나 질병으로 손을 잃은 사람도 나머지 신체에 근육은 남아 있다. 근육의 전기신호와 근운동에 의한 피부표면의 변화를 읽어내 손이 작동하는 구조다. 획득한 신호를 처리하는 문제도 한창 보급 중인 스마트폰을 이용한다면 하드웨어의 원가절감을 기할 수 있다.
두 번째는 3D 프린터의 등장이다. 다양한 소재를 사용하여 있는 그대로의 모습을 출력할 수 있어서 사용자 각각에 맞게끔 모양을 변형하거나 조정할 수 있는 커스터마이즈(customize)가 가능하다.

새로운 근전 센서의 등장으로 의수도 최근 들어 보철에서 증강으로 진화하고 있다. 벤처기업 엑시(Exiii)가 만든 전동의수 ‘핸디(Handiii)’와 ‘핵베리(HACKberry)’는 겉으로 보기에도 지금까지의 의수와는 차원이 다르다. 여태까지 보철로만 봐 왔던 의수가 아닌 질감이나 주름, 색상 등을 사람의 손과 다르게 오히려 미래지향적인 디자인으로 변모시켰다. 의수를 착용하는 것이 부끄러워 숨길 필요도 없고 안경처럼 패션 아이템의 하나로 변화시킨 것이다. 디자인의 우수성은 세계적으로도 인정받아 권위 있는 디자인 공모전 ‘IF 디자인상’의 최우수상인 ‘골드 어워드(금상)’를 수상했으며 일본에서도 마찬가지로 ‘굿 디자인’ 금상을 받은 바 있다. 이러한 새로운 의수가 등장한 배경에는 다음과 같은 기술적 진보가 자리 잡고 있다.
 
첫 번째는 사이버다인과 같은 센서와 신호 처리의 기술이다. 사고나 질병으로 손을 잃은 사람도 나머지 신체에 근육은 남아 있다. 근육의 전기신호와 근운동에 의한 피부표면의 변화를 읽어내 손이 작동하는 구조다. 획득한 신호를 처리하는 문제도 한창 보급 중인 스마트폰을 이용한다면 하드웨어의 원가절감을 기할 수 있다.
두 번째는 3D 프린터의 등장이다. 다양한 소재를 사용하여 있는 그대로의 모습을 출력할 수 있어서 사용자 각각에 맞게끔 모양을 변형하거나 조정할 수 있는 커스터마이즈(customize)가 가능하다.

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02> 목적(WHAT)과 수단(HOW)의 작용
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05> 영화 매트릭스 같은 인공외골격
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07> 마치 영화 슈퍼맨처럼…
08> 사용하기 편한 인간형의 신체
09> 신체를 교환하다
10> 누군가의 신체에 올라타다

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세창인문산책 3월 강연안내

2017년 3월 7일과 21일, 책거리 공간산책 2층

3월의 세창인문산책 강연 주제는 '쇼펜하우어, 니체, 불교'입니다.
니체와 하이데거에 대한 철학 해설로 유명하신 서울대 박찬국 교수님이 강연하시며
1강은 7일에, 2강은 21일에 열립니다.
이번 강연부터는 소정의 강연료(1만원)와 함께 선착순 30명까지 강연신청을 받습니다.
강연 사전 예약과 함께 강연료를 계좌이체 하시거나 당일 강연장에서 접수하셔도 됩니다.
강연일 전에 계좌이체를 하시고 입금 확인이 되신 분은 강연에 우선권이 있습니다.

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