인더스트리 5.0: 작업자의 인지 부하를 줄여주는 로봇

인더스트리 5.0은 제조 공정의 중심에 작업자의 웰빙을 두고 있습니다. 새로운 산업 시대는 인간을 기계로 대체하는 것이 아니라 협업 로봇( – 코봇)이 반복성과 정밀성을 가져와 인간의 손재주와 유연성을 보완하는 원활한 인간-로봇 협업(HRC)을 구상하고 있습니다. HRC는 제조 공정의 생산성을 향상시키지만, 이러한 상호 작용 중 사용자 경험과 인간의 웰빙은 덜 정의되어 있습니다. 이러한 차이를 인식한 이탈리아 토리노 폴리테크니코 연구팀은 제품 조립 작업에서 HRC를 수행하는 동안 인간의 인지 부하를 정량화하기 위한 연구를 시작했습니다.

작업을 수행하는 데 필요한 정신적 노력인 인지 부하는 인간의 업무 성과와 웰빙에 필수적인 요소입니다. 과도한 부하는 생산성을 저해할 수 있지만, 최적의 부하는 생산성을 향상시킬 수 있습니다. 이 팀은 인지 부하를 측정하고 이해함으로써 HRC가 효율성을 높일 뿐만 아니라 핵심적으로 인간의 웰빙을 개선하는 미래를 위한 길을 닦는 것을 목표로 합니다.

연구 참가자들은 다양한 복잡성을 가진 제품(예: 다이어프램 워터 펌프)을 수동과 코봇의 도움을 받는 두 가지 방법을 사용하여 조립하는 과제를 받았습니다. 과학자들은 복잡도가 높은 작업은 인지 부하를 증가시키는 반면 코봇의 지원은 이를 완화할 수 있다는 가설을 세웠습니다. 제품 조립의 복잡성과 HRC가 인지 부하에 미치는 영향을 측정하기 위해 연구진은 심박수 변동성을 측정했습니다, 갈바닉 피부 반응, 그리고 모바일 아이 트래커인 Tobii Pro Glasses 3로 안구 움직임을 측정했습니다.

이 연구 결과는 복잡한 조립 작업 시 코봇의 지원이 인지 부하를 완화하는 데 도움이 된다는 점을 강조합니다. 코봇이 인지 부하에 미치는 영향은 모든 생리적 측정에 걸쳐 다양했습니다 – 갈바닉 피부 반응은 조립 복잡성이 증가함에 따라 상승 추세를 보였지만 심박수 변동성 측정에서는 특별한 추세가 관찰되지 않았습니다. 특히 시선추적 지표는 인지 부하의 변화를 나타내는 가장 유의미한 결과를 도출했습니다:

• 수작업보다 코봇과 협업할 때 새케이드의평균 진폭이 더 커서 코봇이 조립 공정에 참여할 때 인지 부하 수준이 감소했음을 나타냅니다.

• 코봇과 협업할 때새케이드의 평균 피크 속도는 수작업 방식에 비해 더 빨랐는데, 이는 코봇과 함께 작업할 때 인지 부하가 줄어든다는 것을 시사합니다.

• 평균 고정 시간은 더 복잡한 작업에서 더 길었으며, 이는 더 많은 인지적 노력을 필요로 하는 것으로 추정됩니다. 그러나 연구 저자들은 복잡한 작업에서 더 긴 고정 시간은 흐름 상태 – 활동에 대한 깊은 몰입을 반영하는 것일 수도 있다고 제안합니다.

• 평균 동공 직경은 더 복잡한 작업에서 더 커서, 복잡도가 낮은 작업보다 인지 부하가 더 크다는 것을 시사합니다.

연구 저자들은 단일 생리적 지표로는 인지 부하를 개별적으로 설명할 수 없으므로 포괄적인 멀티모달 접근 방식이 필수적이라고 강조합니다. 실제 시나리오에서는 시선추적, 심박수 변동성, 피부 전도도와 같은 생리적 데이터를 코봇에 제공하여 인간 작업자의 개별 인지 부하에 따라 상호작용을 맞춤화할 수 있습니다.

인용된 출판물

카포니, M., 게르바시, R., 마스트로지아코모, L., 프란체스키니, F. (2024).
인간-로봇 협업의 조립 복잡성과 생리적 반응: 예비 실험 분석에서 얻은 인사이트. 로봇 공학 및 컴퓨터 통합 제조, 89, 102789.