[2018메이커] 4초 만에 ‘아―’로 파킨슨병 진단해요

―딥러닝을 이용한 음성 기반 파킨슨병 진단기 만든 이채영 & 양서연 메이커

고등학생과 대학원생 둘이 무려 의료용 인공지능 기기를 만들었다. 용인외대부고에 재학하는 이채영 그리고 서울대 기계항공공학부 석사과정의 양서연 메이커가 만든 딥러닝을 이용한 음성 기반 파킨슨병 진단기다. 마이크에 딱 4초, ‘아-’하고 목소리를 내는 것만으로 파킨슨병을 진단할 수 있고, 병이 있다면 진행 단계가 어느 정도인지까지 알 수 있다고.

‘고등학생과 대학원생’이라는 특이한 조합에도 불구하고, 두 메이커는 균형을 잘 맞춘 팀을 이루고 있다.그 누구의 지도를 따라가는 것이 아니라 스스로 만들고자 하는 욕구와 궁금증을 키워 결과물을 완성해낸다. 이채영 메이커와 양서연 메이커를 만나 파킨슨병 진단기의 개발 이야기를 들었다.

이채영 & 양서연 메이커 팀이 파킨슨병 진단기를 시험해보고 있다.

이채영 & 양서연 메이커 팀이 파킨슨병 진단기를 시험해보고 있다.

‘딥러닝을 이용한 음성 기반 파킨슨병 진단기’를 간단히 소개해주세요.

목소리로 파킨슨병을 진단할 수 있는 인공지능이에요. 모음 ‘ㅏ, ㅔ, ㅣ, ㅗ, ㅜ’ 중 하나를 4초 동안 최대한 안정적으로 발음하면 인공지능이 목소리의 떨림이나 끊김 등을 분석해 파킨슨병의 유무와 병의 경도를 판단하는 기기죠.

파킨슨병 진단기를 만든 동기 또는 사연이 궁금해요.

요양원에 봉사 활동을 하러 가서 우연히 파킨슨병 환자를 만났어요. 그분은 파킨슨병 증상 중 하나인 목소리 장애 때문에 의사소통하지 못하고 자신만의 세상에 갇혀 있었어요. 이 경험으로 파킨슨병의 목소리 장애가 유발하는 정신적 고통이 극심하다는 사실을 알았어요. 그리고 몇 달 후 직접 파킨슨병 환자를 위한 의료 솔루션을 만들어봐야겠다고 결심했어요.

파킨슨병을 진단하는 데 목소리를 주목한 까닭은 무엇인가요? 목소리에 병의 경도를 결정하는 어떤 유의미한 정보가 있는지 설명을 듣고 싶어요.

앞서 말씀드린 목소리 장애는 파킨슨병 환자의 89%가 나타내는 초기 증상 중 하나예요. 그만큼 파킨슨병을 진단하는 데 매우 효과적인 척도죠. 동시에 목소리 진단은 전문적인 기기가 필요하지 않고 시간 및 비용 소모 또한 아주 적게 들기 때문에 누구나 어디서든 할 수 있다는 점을 주목한 거예요.

파킨슨병 진단기에서 목소리를 분석하는 코딩

파킨슨병 진단기에서 목소리를 분석하는 코딩

그렇다면 진단기가 작동하는 원리는 어떻게 되나요?

진단기의 작동 원리는 정말 간단해요. 목소리를 스펙트로그램 이미지로 변환해서 CNN 분류기에 넣고 1~4중의 숫자 하나를 출력으로 얻는 거예요. 이렇게 해서 받은 숫자가 1이면 파킨슨병이 없는 사람이고 2~4는 파킨슨병이 있는 사람이면서 숫자가 클수록 병의 경도가 달라지죠.

설계 및 제작 도중 잘 해결되지 않고 막히는 곳은 어떻게 해결했는지 듣고 싶어요.

작동 원리를 결정하기는 어렵지 않았으나 문제는 학습에 있었어요. 딥러닝을 위해서는 최소 몇만 장의 데이터가 있어야 했지만, 그만큼이나 구하기란 불가능했어요. 파킨슨병 환자의 목소리는 접근성이 떨어지는 의료 데이터니까요. 결국 우리가 최대한으로 구한 데이터는 총 5000장이었어요.

그래서 우리는 이걸 가지고 1만 장이 넘게 데이터를 증강시켰어요. 이미 가지고 있는 정보를 반복해 사용하는 기존의 방법(noise adding, stretching, rolling, pitch shifting)이 아니라 기존 정보에 인간 음성의 정보(gender, age 등)을 추가할 수 있는 새로운 증강 방법까지 고안할 수 있었어요.

딥러닝캠프에서 만난 소중한 인연이 아니었다면 이들의 메이커 페어 서울 참가도 없는 일이었을지 모른다.

딥러닝캠프에서 만난 소중한 인연이 아니었다면 이들의 메이커 페어 서울 참가도 없는 일이었을지 모른다.

이채영 메이커님과 양서연 메이커님은 서로 어떻게 협력하기로 했는지 궁금해요.

우리 둘은 텐서플로우코리아 그룹이 주최한 딥러닝캠프에서 만났어요. 저(이채영)는 당시 파킨슨병 진단기를 만들기 위해 데이터 증강 기법을 개발하고 있었고 양서연님은 GPS 성능 개선에 관해 딥러닝 프로젝트를 진행하고 있었죠. 데이터 수집을 위해서 여러 가지 하드웨어를 조율하고 있을 때 저는 직감했어요, ‘양서연 님은 하드웨어 마스터다!’

그래서 곧바로 양서연 님에게 프로젝트 협업을 요청했죠. 그래서 이번 메이커 페어 때 선보일 파킨슨병 진단기를 함께 개발하기로 했어요. 협업한 이후로 저(이채영)는 기존에 만들던 커스텀 CNN 분류기를 모바일넷으로 바꾸는 과정을 진행했고요. 양서연님은 이 모바일넷을 텐서플로우 라이트로 변환해서 라즈베리파이 및 어플에 디플로이하는 과정을 맡아줬어요.

고등학생으로서 학업을 병행하며 작품을 만드는 데에서도 힘든 점이 있을 것 같아요.

고등학생으로서 딥러닝을 연구하는 점에서는 가장 먼저 컴퓨팅 리소스의 문제가 있어요. 딥러닝을 하려면 기본적으로 GPU 컴퓨팅이 가능해야 하는데 달랑 노트북 하나로 연구하는 고등학생 입장에서는 말도 안 되는 일이었죠.

그래서 학기 중에는 가벼운 네트워크로 이론을 연구했고 방학 때에 인턴십이나 리서치 캠프에 참가하며 대규모 실험을 진행했어요. 특히 이번 딥러닝캠프에 참가할 때 구글에서 클라우드 GPU와 TPU를 지원해준 덕에 걱정 없이 한 발 한 발 나아갈 수 있었죠.

파킨슨병 진단기의 안드로이드씽스가 부팅되고 있다.

파킨슨병 진단기의 안드로이드씽스가 부팅되고 있다.

앞으로 더 어떤 만들기를 지속하고 싶은지 꿈 또는 목표를 듣고 싶어요.

파킨슨병 진단기 개발 프로젝트를 거의 2년 넘게 진행하면서 의료용 인공지능에 관심이 많아졌어요. 개발 과정에서 창업 준비도 했고 여러 번 피칭도 다녔고요. 이런 경험이 쌓이다보니 의료 AI 스타트업을 만들고 싶은 꿈이 생겼어요. 목표는 영화 〈엘리시움〉에 나오는 세상처럼 어디서든 누구든 어떤 병이든지 간편하게 진단 및 치료를 받는 의료 유비쿼터스 시대를 개척하는 거예요.

메이커 페어 서울 2018을 준비하며 기대하고 있는 부분이 있다면 무엇인지요?

다양한 프로젝트와 각양각색의 이야기를 들고 오실 메이커 분들과의 네트워킹이 가장 기대돼요. 산으로 사면이 둘러싸인 기숙사 학교에서 홀로 개발해와서인지 우리 프로젝트에 흥미를 느낄 많은 사람들을 만나고 싶어요. (웃음)

끝으로 메이커님들의 부스를 홍보하는 한마디 부탁드려요.

의사가 아닌 컴퓨터 앞에서 파킨슨병을 진단할 수 있어요. 주위가 시끄러워도 음질이 좋지 않은 환경이어도 괜찮아요. 우리 부스에 방문하셔서 한 번의 “아―”로 혹시 모를 파킨슨병을 진단해보세요.

MWC에 간 파이보

지난 MWC 2018(Mobile World Congress)에 서큘러스가 파이보와 함께 참가하였다. MWC는 미국 라스베이거스에서 열리는 국제소비자가전박람회(CES. Consumer Electronics Show), 독일 베를린에서 열리는 국제 가전박람회(IFA, Internationale Funkausstellung)와 함께 세계 3대 IT 전시회로 불린다.

(좌) MWC2018와 파이보 / (우) MWC 로고 (출처: MWC 공식 사이트)

(좌) MWC2018와 파이보 / (우) MWC 로고 (출처: MWC 공식 사이트)

MWC란 어떤 행사인가?

MWC는 세계이동통신사업자협회(GSM)가 주관하는 모바일 산업 및 콘퍼런스를 위한 국제 박람회다. 2005년부터 매년 2월 마지막 주 월요일부터 목요일까지 나흘 동안 스페인 바르셀로나의 피라 바르셀로나(Fira Barcelona)에서 열린다. 피라 바르셀로나는 바르셀로나에서 가장 큰 전시관으로 약 2천여 개의 기업이 총 10개(1~8, 8.1, CS)의 홀에서 제품과 기술을 선보인다. 관람객은 2017년 기준, 약 11만 명으로 100여 개국에서 전시 및 관람을 위해 이곳에 모인다. MWC가 바르셀로나를 먹여 살린다는 말이 있을 정도로 항공, 숙박료가 몇 배로 값이 뛰고 식당도 전시 참가자들로 문전성시를 이룬다.

MWC는 기본 입장권이 100만 원 정도로 굉장히 비싸다. 입장권을 구매하면 4일간 바르셀로나 시내에서 무료로 대중교통을 이용할 수 있는 교통권을 받을 수 있으며, 더 비싼 입장권을 구매할수록 키노트, 세미나 참가, 전시 투어 등 많은 혜택이 주어진다. 입장권이 고가인 만큼 각 기업에서는 의사결정권을 가지고 있는 사람들이 많이 방문하며, 기본 복장규정은 비즈니스 룩이다.

MWC와 함께 4YFN(4 Year From Now), YOMO(YOth Mobile festival) 두 행사가 피라 몬트후이크(Fira Montjuic)에서 열린다. 4YFN은 스타트업이 모여 있는 전시 행사로, 4년 뒤에 MWC에서 다시 만날 만한 유망한 스타트업이 모이는 전시이다. YOMO는 학생들을 대상으로 열리는 행사로 과학과 기술을 결합한 모바일 환경을 접하고 직접 체험해볼 수도 있다.

MWC 2018의 행사 주제

MWC 2018의 주제는 ‘Creating a Better Future’로, 더 나은 미래를 만들기 위한 다양한 신기술과 신제품이 쏟아져 나왔다. 그리고 큰 주제에 맞춰 ①4차 산업혁명, ②미래 통신 사업자 ③네트워크 ④디지털 소비자 ⑤사회 첨단 기술 ⑥콘텐츠&미디어 ⑦응용 인공지능 ⑧혁신이라는 세부 주제가 정해졌다.

MWC 2018 주제: Creating a Better Future (출처: MWC 공식 사이트)

MWC 2018 주제: Creating a Better Future (출처: MWC 공식 사이트)

짧은 시간 동안 전시장을 돌아보며 직접 느낀 가장 큰 주제는 5G와 다양한 기술의 연동이었다. 많은 국가의 통신사에서 5G를 주제로 신제품과 기술을 많이 가지고 나왔는데, 그중에 재미있는 점은 자동차가 많이 나왔다는 것이다. 5G가 상용화되면 통신 인프라의 개선으로 스마트 카가 활성화되기 좋은 환경이 갖추어지기 때문인 것 같다.

MWC 행사장 전경

MWC 행사장 전경

전시 장소는 1~8.1, CS 관으로 구성되어 있다. 주제별로 각 전시관이 구성되어 있고, 나라별로 크게 부스를 운영하는 곳도 있었다. 각 관의 명당에는 여러 나라의 대기업들이 자리하고 있고 그 주변으로 다양한 작은 기업들이 있었다. 기업이 클수록 관람객이 직접 체험해볼 수 있는 것들이 많아서 끊임없이 관람객이 오는데, 곳곳에 자리한 작은 기업들의 부스는 한산해 보여 마음이 아팠다.

MWC가 열리는 피라 바르셀로나(Fira Barcelona)에서 4YFN, YOMO가 열리는 피라 몬트후이크(Fira Montjuic)까지 무료 셔틀버스가 운영되기 때문에 두 전시관도 편하게 방문할 수 있는데, 이 전시들은 MWC보다 좀 더 캐주얼하고 활발한 분위기를 느낄 수 있다.

4YFN 행사장 전경

4YFN 행사장 전경

MWC에서 서큘러스

서큘러스는 이번에 대구 테크노파크와 K-ICT 디바이스랩의 지원을 받아 1홀 내의 한국관에서 가정용 소셜 로봇 파이보(piBo)를 전시했다. 1홀은 출입구와 연결되어있는 데다가, 화웨이 부스가 있어서 오가는 사람이 많은 전시관이었다. 지난해에는 스마트벤처캠퍼스의 지원을 받아 4YFN에 전시하면서 올해는 MWC 본 전시로 올라오게 되었다. 작년에 전시를 하면서 내년에는 꼭 MWC에 전시할 수 있게 열심히 하자고 다짐했었는데 그 목표를 이룰 수 있어서 좋았다.

파이보의 변화된 모습: 왼쪽부터 창업 전, 작년, 올해

파이보의 변화된 모습: 왼쪽부터 창업 전, 작년, 올해

서큘러스는 라즈베리파이를 이용하여 로봇을 만들었고, 음성인식, 영상처리 등 인공지능을 결합하여 지금과 같은 형태의 파이보를 만들었다. 아직 국내에는 소셜 로봇이라는 개념이 익숙하지 않지만, 인공지능 스피커에 사용자와의 감정적인 교류를 더한 제품으로 1인 가구나 핵 가구를 위한 친구 같은 로봇이라는 것이 주요 콘셉트다. 처음 로봇을 만들고 전시할 때만 해도 3D 프린터를 이용한 네모난 로봇이었는데 이제는 제법 둥글둥글 친숙한 이미지에 금형 진행 단계까지 이르러 올해 출시를 앞두고 있다.

서큘러스 부스를 방문한 언론 및 관람객

서큘러스 부스를 방문한 언론 및 관람객

전시에 참여하며 목표한 것은 출시 전에 바이어를 대상으로 제품의 가능성을 확인하는 것이었다. 국내에는 아직 소셜 로봇에 대한 관심이 높지 않은데, 해외 바이어들은 흥미를 보일지, 어떤 기술에 관심을 가질지, 가격은 어느 정도가 적정할지 궁금했는데, 전시를 통해 어느 정도 점검할 수 있었다. 실제로 작년에는 4YFN 전시를 통해 AP통신, 씨넷(CNET과 인터뷰를 했고, 세계 언론으로 퍼져 투자 유치 및 사업 유지에 큰 도움이 되었다. 올해도, 감사하게 로이터 통신과의 인터뷰가 이루어져 전 세계에 다시 한번 파이보의 가능성을 알릴 기회를 얻게 되었다. 이제부터는 파이보를 더 잘 보완해서 완성된 제품으로 판매할 수 있게 노력하는 일만 남았다.

*로이터통신과의 인터뷰

MWC에 소개된 로봇

MWC에 참가하면서 기대했던 또 다른 목표는 전시에 어떤 로봇들이 나왔는지 확인하는 것이었다. 지난 CES에 많은 기업이 로봇을 대거 선보이면서, 그 로봇들이 MWC에도 나온다는 기사를 접했기 때문이다. 하지만 행사 자체가 ‘모바일’이 중심인 만큼 기대에 못 미친 것은 사실이었다.

전시 동안 부스를 운영해야 했기 때문에 마지막 4일 차에만 다른 부스를 구경할 수 있었다. 많이 둘러보진 못했지만, 그중에 눈에 띄는 기술을 가진 로봇은 국내 IPL의 ‘아이지니’와 해외의 ‘temi’라는 로봇이다. 가장 흔하게 눈에 띈 로봇은 소프트뱅크의 페퍼였다. 소프트뱅크 부스 외에 다른 기업의 서비스 로봇으로도 활용되었기 때문이다. 심지어 한국으로 돌아가는 길에 이탈리아 공항 면세점에서도 페퍼를 만날 수 있었다!

MWC에 전시된 다양한 로봇들

MWC에 전시된 다양한 로봇들

만약 로봇 전시를 보고 싶다면, MWC보다는 CES나 IFA가 더 적합하다는 게 개인적인 생각이다. 소셜 로봇의 경우 단순한 기계가 아니고 우리 삶과 밀접한 가전제품 혹은 친구의 의미로 확장될 수 있으므로 모바일 전시보다 가전 전시회가 좀 더 밀접하지 않을까 생각한다.

MWC와 한국관

MWC와 4YFN을 다니며 한국관으로 참가한 다양한 기업들을 만나볼 수도 있었다. 예전에 기사에서 국제 전시회의 한국관에 관한 내용을 읽은 적이 있었는데, 긍정적인 면과 부정적인 면을 고루 다루지 못해서 아쉬웠다. 두 번의 전시를 통해 느낀 것은 아직 스타트업에게는 긍정적인 면이 더 많다는 것이다.

첫째, 비용을 절감할 수 있다.
전시를 참가하기 위해서 부스 임차비, 꾸밈비, 체재비 등 비용이 많이 들어간다. 규모가 작은 스타트업에게는 큰 부담일 수 있다. 한국관 전시는 비용을 아낄 수 있다는 큰 장점이 있다. 또한, 올해는 부스마다 통역사를 지원받아 큰 힘이 되었다. 현지에 사는 한국 분들을 통역사로 지원받아서, 부스 방문객들에게 좀 더 자유롭게 우리 제품을 소개할 수 있었다.

둘째, 투자 유치 및 바이어 미팅과 같은 성과를 끌어낼 수 있다.
좋은 제품을 만드는 것만큼 회사를 알리고 투자나 판매 채널을 만드는 것도 중요하다. 국내외 언론에서 부스를 많이 방문하는데, 부스 위치에 따라 관람객 수에 차이가 있기는 하다. 우리는 두 번의 한국관 전시에서 모두 부스를 예쁘게 잘 구성해주어 관람객이 많이 찾아왔고, 각종 언론 인터뷰를 통해 잘 홍보할 수 있었다.

마무리

서큘러스는 MWC에 참가할 때마다 조금씩 발전된 모습의 파이보를 선보였다. 작년에는 음성인식 기술을 넣은 3D 프린팅 버전의 파이보를 선보였고 올해는 얼굴인식을 통해 사용자를 구분하고 감성적인 부분을 추가한 목업(mockup) 버전의 파이보를 선보였다. 감사하게도 전시할 때마다 좋은 결과를 얻을 수 있었다. 앞으로는 완성된 제품을 가지고 전시하는 것이 목표다.
내년에는 시장에 출시된 파이보와 함께 MWC에 참가할 수 있기를 기도한다.

서큘러스 화이팅! 파이보 파이팅! (MWC 부스 현장에서 기연아님)

서큘러스 화이팅! 파이보 파이팅! (MWC 부스 현장에서 기연아님)

이 기사는 한국과학창의재단이 운영하는 메이크올 뉴스레터 3월호에서도 보실 수 있습니다. ☞메이크올 뉴스레터 보기