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교육용 로봇

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목차

1. 개요

교육용 로봇은 학생들의 프로그래밍, 인공 지능, 로봇 공학에 대한 관심을 높이기 위해 학교 및 여름 캠프에서 교육 도구로 활용되는 로봇을 의미한다. 교육용 로봇은 로봇 자체의 제어에 대한 교육을 목적으로 하거나, 컴퓨터 프로그래밍 언어의 환경과 같이 주변 분야의 교육을 보조하는 교재로 사용될 수 있다. 교육용 로봇은 물리적 디자인, 코딩 방식, 교육 방식에 따라 여러 범주로 나뉘며, 학교에서의 활용, 고등 교육 과정, 로봇 인증, 여름 로봇 캠프, 특수 교육 등 다양한 분야에서 활용된다. 한국에서는 정부 주도하에 로봇을 활용한 교육이 이루어지고 있으며, 특히 특수 교육 대상 학생들을 위한 로봇 활용 연구가 진행되고 있다.

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교육용 로봇
교육용 로봇
정의교육적 목적으로 사용되는 로봇
특징학생들의 참여 유도
문제 해결 능력 향상
창의적 사고 능력 개발
활용 분야STEM 교육
코딩 교육
로봇 공학
유형조립형 로봇
프로그래밍 가능 로봇
자율 주행 로봇
주요 제조사레고 마인드스톰
VEX Robotics
Sphero
고려 사항교육 목표와의 부합성
학생들의 수준
안전성
역사
초기 단계1960년대, 로봇 공학 연구의 부산물로 등장
발전1980년대, 개인용 컴퓨터 보급과 함께 확산
현재인공지능 기술 발전으로 더욱 다양한 기능 제공
교육적 효과
인지적 효과문제 해결 능력 향상
논리적 사고 능력 강화
창의적 사고 능력 개발
정의적 효과협동심 증진
성취감 고취
자신감 향상
심동적 효과조작 능력 향상
공간 지각 능력 강화
신체 협응력 발달
윤리적 고려 사항
안전 문제로봇 오작동으로 인한 사고 발생 가능성
프라이버시 침해로봇에 의한 개인 정보 수집 및 활용 문제
일자리 감소로봇 자동화로 인한 고용 불안정 문제

2. 교육 및 훈련

로봇 공학자들은 로봇 설계, 유지보수, 새로운 응용 프로그램 개발 및 로봇 공학 연구를 수행한다.[2] 로봇은 중·고등학교 및 청소년 여름 캠프에서 프로그래밍, 인공 지능, 로봇 공학에 대한 관심을 높이는 교육 도구로 활용된다.[3] 대학교 1학년 컴퓨터 과학 과정에는 소프트웨어 엔지니어링 기반 과정 외에 로봇 프로그래밍이 포함되기도 한다.[3]

교육용 로봇은 크게 두 가지 종류로 나눌 수 있다. 하나는 2륜형 로봇의 자립 등 로봇 자체나 그 제어에 대한 교육을 목적으로 하는 것이고, 다른 하나는 컴퓨터 프로그래밍 언어 LOGO의 환경으로서의 "터틀"처럼 어떤 주변 분야의 교육을 보조하는 교재로서의 로봇이다.

2. 1. 교육용 로봇의 범주

교육용 로봇은 '''물리적 디자인, 코딩 방식, 교육 방식'''에 따라 여러 범주로 나뉜다.[4] 이러한 범주는 교실에서 사용해야 하는 로봇의 유형을 결정하고 필요한 결과를 제공하는 데 사용될 수 있다. 가시적으로 코딩된 로봇은 화면 코딩 대신 물리적인 코딩 방식을 사용한다.[4]

교육용 로봇은 크게 두 가지 종류로 나눌 수 있다. 하나는 2륜형 로봇의 자립 등 로봇 자체나 그 제어에 대한 교육을 목적으로 하는 것이고, 다른 하나는 컴퓨터 프로그래밍 언어 LOGO의 환경으로서의 "터틀"처럼, 어떤 주변 분야의 교육을 보조하는 교재로서의 로봇이다. 그러나 이 둘은 명확하게 분리하기 어렵다. 또한 시대에 따라, 각종 교육용 로봇이 제안·생산되었으며, 그 응용이 널리 보급되어 왔다.

2. 2. 학교에서의 활용 사례

마이클 J. 프리먼(Michael J. Freeman)이 1974년에 발명한 리침(Leachim)은 수업 커리큘럼과 함께 40명의 학생에 대한 특정 전기적 정보를 가지고 가르치도록 프로그래밍된 로봇 교사였다.[5] 리침은 디폰 합성(Diphone synthesis)을 사용하여 인간의 음성을 합성할 수 있었다.[6] 이 로봇은 뉴욕(New York) 브롱크스(The Bronx)에 있는 4학년 교실에서 테스트되었다.[7]

쉽게 조립하고 프로그래밍할 수 있도록 설계된 Rero 재구성 가능 로봇


2014년 이후, Cytron Technologies와 같은 회사들은 rero 재구성 가능 로봇을 통해 학교와 학습 센터에 진출해 왔다. 쉽게 조립하고 프로그래밍할 수 있도록 설계된 이 로봇은 프로그래밍 기술이 없는 어린 아이들부터 대학교 수준의 고급 사용자까지 로봇 공학을 매우 쉽게 접할 수 있게 했다. 로봇 교육은 로드쇼, 과학 박람회, 전시회, 워크숍, 캠프 및 공동 후원 수업을 통해 적극적으로 홍보되어 로봇 교육을 대중에게 전달했다.

한국의 경우, 로봇을 활용한 교육은 정부 주도하에 이루어지는 경우가 많다. 특히 소프트웨어 교육 의무화와 함께 교육용 로봇 시장이 성장하고 있으며, 다양한 로봇 교육 프로그램이 개발 및 보급되고 있다.

2. 3. 고등 교육 과정

1960년경부터 2005년까지, 고등 교육 기관에서 로봇 공학 교육은 기계 공학, 전기 공학, 산업 공학 또는 컴퓨터 과학과 같은 전통적인 학문 분야의 학위 프로그램의 일부로 제공되는 선택 과목, 논문 경험 및 설계 프로젝트를 통해 이루어졌다.[8]

2005년 이후, 더 많은 대학들이 "로봇 공학"이라는 이름으로 로봇 공학을 자체 분야로 학위를 수여하기 시작했다.[8] 2015년 로봇 공학 교육자들을 대상으로 한 웹 기반 설문 조사에 따르면,[9] 학위 프로그램과 예상 연간 졸업생은 아래 표와 같다. 해당 표에는 성적표 또는 졸업장에 "로봇 공학"이라는 단어가 명시된 공식 학위 프로그램만 나열되어 있으며, 로봇 공학 관련 집중 과정이나 논문 주제를 다루는 전통적인 학문 분야의 학위 프로그램은 의도적으로 제외되었다.

교육 기관국가A.S.부전공B.S.M.S.Ph.D.
애리조나 주립 대학교 (Arizona State University)미국|미국영어-2040104
카네기 멜론 대학교 (Carnegie Mellon University)미국|미국영어---7917
조지아 공과 대학교 (Georgia Tech)미국|미국영어-160--16
아이다호 주립 대학교 (Idaho State University)미국|미국영어12----
존스 홉킨스 대학교 (Johns Hopkins University)미국|미국영어-10-10-
레이크 수페리어 주립 대학교 (Lake Superior State University)미국|미국영어-20---
로렌스 기술 대학교 (Lawrence Technological University)미국|미국영어--10--
밀러스빌 대학교 (Millersville University)미국|미국영어--10--
노스웨스턴 대학교 (Northwestern University)미국|미국영어---14-
외레브로 대학교 (Örebro University)스웨덴|스웨덴sv---53
오리건 주립 대학교 (Oregon State University)미국|미국영어---105
로저 윌리엄스 대학교 (Roger Williams University)미국|미국영어-10---
로즈-헐먼 기술 연구소 (Rose-Hulman Institute of Technology)미국|미국영어-20---
사우스 다코타 광산 기술 학교 (South Dakota School of Mines and Technology)미국|미국영어-5-3-
마드리드 폴리테크닉 대학교 (Universidad Politecnica de Madrid)스페인|스페인es---3010
캘리포니아 대학교 - 산타 크루즈 (University of California - Santa Cruz)미국|미국영어--10--
센트럴 플로리다 대학교 (University of Central Florida)미국|미국영어-5---
디트로이트 머시 대학교 (University of Detroit Mercy)미국|미국영어--10--
제노바 대학교 (University of Genova)이탈리아|이탈리아it---3035
리에주 대학교 (University of Liège)벨기에|벨기에프랑스어---101
매사추세츠 대학교 로웰 (University of Massachusetts Lowell)미국|미국영어-20---
메릴랜드 대학교 (University of Maryland)미국|미국영어---10-
미시간 대학교 (University of Michigan)미국|미국영어---105
미시간 대학교-디얼본 (University of Michigan-Dearborn)미국|미국영어--10--
몽펠리에 대학교 (University of Montpellier)프랑스|프랑스프랑스어---2020
네브래스카-링컨 대학교 (University of Nebraska-Lincoln)미국|미국영어-?---
올덴부르크 대학교 (University of Oldenburg)독일|독일de---51
펜실베이니아 대학교 (University of Pennsylvania)미국|미국영어---40-
서던캘리포니아 대학교 (University of Southern California)미국|미국영어---10-
우스터 폴리텍 대학교 (Worcester Polytechnic Institute)미국|미국영어-1095605
총 프로그램 수11071511
연간 총 학위 수1226514026883


2. 4. 로봇 인증

로봇 인증 표준 연합(RCSA)은 다양한 산업 및 교육 관련 로봇 인증을 부여하는 국제 로봇 인증 기관이다.

2. 5. 여름 로봇 캠프

여러 여름 캠프 프로그램에서 로봇 공학을 핵심 커리큘럼의 일부로 포함한다. 아메리카 자연사 박물관[10], 캘리포니아주 실리콘 밸리의 더 테크 혁신 박물관 등 유명 박물관에서도 청소년 여름 로봇 공학 프로그램을 자주 제공한다. 로봇 캠프는 팀워크, 회복력, 동기 부여, 의사 결정 능력 향상에 도움을 준다.[11] 대부분 캠프에서 팀워크가 필요한 활동을 포함하므로 학생들은 자연스럽게 팀워크를 배운다.[11] 또한, 도전적인 프로그램을 완수하며 성취감을 느끼고, 상황 개선을 위한 의사 결정 상황에 직면하면서 회복력과 동기 부여 능력도 기를 수 있다.[11]

2. 6. 특수 교육에서의 교육용 로봇

교육용 로봇은 유아 교육 및 특수 교육에서 유용한 도구가 될 수 있다.[12] 과학 교육의 새로운 관점에 관한 저널에 따르면, 교육용 로봇은 자율성을 증진하고 사회 통합을 돕는 능력을 개발하는 데 도움이 될 수 있다. 사회적 및 개인적 기술 또한 교육용 로봇을 통해 개발될 수 있다.[13] 레고 마인드스톰 NXT를 사용하여, 학교 교사들은 중학교 연령의 어린이들과 함께 프로그램을 개발하고 어린이들의 사회적 및 개인적 기술을 향상시킬 수 있었다. 또한, 로봇을 수용하기 위한 예술 작품과 배경을 제작하여 문제 해결 능력과 창의성을 활용했다. 다른 연구에서는 특수 교육에서 교육용 로봇이 집행 기능을 포함한 우수한 인지 기능을 촉진하는 데 도움이 된다는 것을 보여준다. 이는 "일반적으로 발달하는 미취학 아동의 문제 해결, 추론 및 계획 능력"을 향상시킬 수 있다.[14] 비봇(Bee-Bot)을 사용하여 주 1회 45분씩 8주 동안 그룹 세션을 진행한 결과, 다운 증후군을 가진 학교 및 미취학 아동에게서 또래와 성인 간의 관심, 주의력 및 상호 작용이 증가했다. 이 연구는 교실에서의 교육용 로봇이 시공간 기능 기억력 및 정신적 계획 능력 향상으로 이어질 수 있음을 시사한다. 또한, 이 연구에서 한 아이에게서 집행 기능이 가능해 보였다.[15]

참조

[1] 논문 A Behavior-Based Approach for Educational Robotics Activities http://dx.doi.org/10[...] 2013
[2] 웹사이트 Career: Robotics Engineer http://www.princeton[...] 2012-01-27
[3] 논문 Systematic Literature Review: Teaching Novices Programming using Robots http://romisatriawah[...] IEEE 2012-11-16
[4] 논문 A Systematic Review of Studies on Educational Robotics 2019-07-08
[5] 웹사이트 1960 - Rudy the Robot - Michael Freeman (American) http://cyberneticzoo[...] 2010-09-13
[6] 서적 The Futurist https://books.google[...] World Future Society. 1978
[7] 서적 New York Magazine https://books.google[...] New York Media, LLC 1979-07-30
[8] 논문 Raven-II: An Open Platform for Surgical Robotics Research https://ieeexplore.i[...] 2013-04
[9] 논문 The State of Robotics Education: Proposed Goals for Positively Transforming Robotics Education at Postsecondary Institutions IEEE 2017-09
[10] 웹사이트 Education at American Museum of Natural History http://www.amnh.org/[...]
[11] 웹사이트 Camps | After School Activities https://www.engineer[...]
[12] 논문 Teachers' Opinions towards Educational Robotics for Special Needs Students: An Exploratory Italian Study 2020-09
[13] 서적 Conference proceedings. New perspectives in science education 7th edition https://books.google[...] libreriauniversitaria.it Edizioni 2018-03-19
[14] 논문 Educational Robotics in Down Syndrome: A Feasibility Study 2018-06-16
[15] 간행물 Robotics for Education Springer International Publishing 2016


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