참가자
총 20명이 연구에 참여했으며, 이 가운데 17명만 인구통계학적 정보 공개에 동의했다. 공개된 정보에 따르면 남성은 11명, 여성은 5명이었고, 1명은 성별 공개를 원하지 않았다. 참가자 연령은 19세에서 67세 사이였다(M = 32.12, SD = 11.17).
참가자들은 다양한 지역에서 모였다. 유럽 출신이 10명, 아시아 출신이 4명, 아프리카 출신이 1명, 남아메리카 출신이 2명이었다. 교육 배경은 박사과정 5명, 석사과정 8명, 학부생 4명으로 구성되었다.
대부분의 참가자는 로봇을 접해 본 경험이 있다고 답했으며, 20명 중 19명이 관련 경험을 보고했다. 20명 중 18명은 컨트롤러나 시뮬레이터를 능숙하게 다룰 수 있다고 평가했다. 모든 참가자는 일상생활과 업무에서 로봇의 역할이 확대되는 현상에 대해 긍정적인 견해를 보였다.
연구 환경 및 맥락
연구는 영국 브리스톨에 위치한 Bristol Robotics Laboratory에서 진행되었으며, 참가자들은 이곳에서 인터페이스를 조작했다. 원격 조작 대상인 로봇 매니퓰레이터는 이탈리아 제노바의 IIT에 설치되었다.
조이스틱 컨트롤러와 키보드는 시판되는 일반 제품을 사용했다. 터치스크린 인터페이스는 ELAN2514 터치 컨트롤러가 탑재된 13인치 HP Spectre x360 Convertible 노트북에서 구현했다.
실험에는 ATI Mini45 6축 힘/토크 센서를 장착한 Franka Emika Panda 로봇 팔이 사용되었으며, 평평한 표면을 면봉으로 문지르는 작업을 수행했다. Azure VPN을 통해 영국 브리스톨의 조작자 스테이션과 이탈리아 제노바의 로봇 설치 장소를 연결했고, ROS 토픽을 전송하는 왕복 지연 시간은 검증 결과 100ms 미만이었다.
윤리
본 연구는 University of the West of England 산하 College of Arts, Technology & Environment의 연구윤리위원회 승인을 받았다(승인번호: 13470965).
모든 참가자에게 참여 동의에 앞서 연구 참가자 설명문을 제공했으며, 실험 시작 전에 서명한 동의서를 수집했다. 연구 전 과정에서 참가자의 기밀성과 데이터 보안을 보장하기 위해 적절한 조치를 취했다.
참가자는 언제든 연구 참여를 철회할 수 있었으며, 연구 종료 후 7일 이내에는 자신의 데이터 삭제를 요청할 수 있었다.
원격조작 제어 구현
원격조작 시스템의 통신 아키텍처는 서로 다른 국가에 위치한 4대의 PC로 구성되었다.
영국 브리스톨에서는 PC1이 사람-로봇 인터페이스 역할을 맡아 손가락 위치 데이터를 수집하고 로봇 카메라 영상을 표시했다. PC2는 실험 데이터를 기록했다.
이탈리아 제노바에서는 PC3가 위치 기준 데이터를 시간 동기화된 ROS 토픽으로 변환했으며, PC4는 ROS Master로서 Franka Emika Panda 로봇 팔을 제어하고 안전 제약 조건을 적용했다.
모든 PC는 VPN을 통해 동일한 가상 네트워크에 연결했으며, 안정적인 성능을 확보하기 위해 유선 연결을 사용했다.
가설
협업적 인간-로봇 상호작용에 관한 선행 연구를 바탕으로 다음 세 가지 가설을 설정했다.
- 조건 C3(감독형 원클릭 자율성)의 참가자는 다른 두 원격조작 조건의 참가자보다 인지 부하가 가장 낮을 것이다.
- 조건 C2(터치스크린 인터페이스)의 참가자는 기준 조건 C1(조이스틱 인터페이스)의 참가자보다 작업 부담이 유의하게 낮고 신뢰도 평가는 높을 것이다.
- 공간 지각 능력이 뛰어나거나 게임 경험이 있는 참가자는 조건 C1에서 숙련도가 낮은 사용자보다 눈 깜박임 빈도의 증가폭이 작고, 피부전도반응의 급격한 상승이 적으며, 작업 완료 시간이 짧을 것이다. 이러한 차이는 조건 C2와 C3에서는 줄어들 것으로 예상했다.
논의
남은 가설인 H3는 인터페이스 지각과 힘 제어 맥락을 분석에 반영한 뒤 부분적으로만 지지되었다. 숙련도에 따른 차이는 예상보다 뚜렷하지 않았지만, 인터페이스 지각과 상호작용하는 과정에서 일부 차이가 나타났다.
연구의 한계로는 20명에 불과한 참가자 수와 짧은 사전 숙련 기간 한 번만 제공되었다는 점이 있다. 이 때문에 터치스크린의 학습 곡선과 숙련도 전이의 특성을 충분히 파악하기 어려웠다. 또한 실험실 환경에서 비전문 조작자를 대상으로 연구를 진행했다.
후속 연구에서는 햅틱 피드백, 실시간 작업 부하와 신뢰도를 바탕으로 작동하는 적응형 공유 제어, 그리고 업계 전문가를 대상으로 한 종단 연구를 도입할 예정이다. 이를 통해 인터페이스 자체의 효과와 기존 친숙도의 영향을 구분하고, 실제 운용 환경에서의 견고성을 평가할 계획이다.
자주 묻는 질문
연구에는 몇 명이 참여했나요? 총 20명이 참여했지만, 인구통계학적 정보를 공개한 사람은 17명이었습니다.
조작자와 로봇은 각각 어디에 있었나요? 참가자들은 영국의 Bristol Robotics Laboratory에서 인터페이스를 조작했고, 로봇 매니퓰레이터는 이탈리아 제노바의 IIT에 설치되어 있었습니다.
실험에는 어떤 로봇이 사용되었나요? ATI Mini45 6축 힘/토크 센서를 장착한 Franka Emika Panda 로봇 팔을 사용했습니다.
앞으로 어떤 연구를 진행할 예정인가요? 후속 연구에서는 햅틱 피드백, 실시간 작업 부하와 신뢰도에 기반한 적응형 공유 제어, 업계 전문가를 대상으로 한 종단 평가를 다룰 예정입니다.