스킬 늘지 않는 피아니스트, 로봇 착용해 한계 돌파

신이치 후루야 일본 소니 컴퓨터과학연구소(CSL) 연구원팀이 개발한 외골격 손 로봇. Science Robotics/Furuya et al.(2025) 제공

일본 연구팀이 피아니스트의 연주 테크닉 한계를 극복하도록 돕는 외골격 손 로봇을 개발했다.

신이치 후루야 일본 소니 컴퓨터과학연구소(CSL) 연구원팀은 피아니스트의 훈련을 도와 연주 기술의 한계를 극복하도록 돕는 외골격 로봇을 개발하고 연구결과를 15일(현지시간) 국제학술지 '사이언스 로보틱스'에 공개했다.

훈련된 연주자들은 수십년 동안 연습을 거듭하지만 신체적 한계 등으로 연주 기술(테크닉) 수준을 더 이상 향상하지 못하는 '천장 효과(Ceiling Effect)'가 생긴다. 로봇을 이용한 수동적인 팔다리 동작이 단순 운동능력을 향상할 수 있다는 선행 연구가 있지만 악기 연주자들에게도 도움이 되는지는 불분명했다.

연구팀은 각 손가락을 독립적으로 움직일 수 있는 외골격 로봇을 개발했다. 로봇은 피아니스트가 직접 움직일 수 있는 것보다 더 빠르게 손가락을 움직일 수 있다. 연구팀은 훈련된 피아니스트 118명을 대상으로 로봇의 효과를 테스트했다.

먼저 피아니스트들은 2주 동안 집에서 과제로 주어진 피아노 악보를 연주 수준이 정체될 때까지 연습했다. 과제는 검지와 약지, 중지와 소지를 번갈아가면서 건반을 눌러야 해 빠른 연주가 어렵다.

실험에 참가한 피아니스트들이 연주한 과제 악보. 검지와 약지(2, 4), 중지와 소지(3, 5)를 번갈아가면서 건반을 빠르게 눌러야 해 연주 난도가 높다. Science Robotics/Furuya et al.(2025) 제공

과제를 충분히 연습한 피아니스트들은 30분 동안 오른손에 로봇을 장착하고 움직임을 수동적으로 반복하는 훈련을 진행했다.

한 그룹은 과제 악보 연주와 같은 복잡한 손가락 움직임을 자발적으로 할 수 없을 정도로 빠르게 반복하거나 직접 움직일 수 있는 속도보다 느리게 반복했다. 다른 그룹은 단순히 손가락 전체를 쥐었다 펴는 과정을 빠르거나 느리게 반복했다.

연구팀은 로봇 훈련 이후 피아니스트들의 과제 연주 실력을 평가하고 다음 날 피아니스트들이 로봇을 통해 습득한 기술이 얼마나 유지되는지도 평가했다.

실험 결과 외골격 로봇을 통해 직접 움직이는 것보다 빠른 속도로 복잡한 손가락 동작을 경험한 피아니스트들만 연주 속도가 향상됐다. 느린 속도로 로봇 훈련을 받거나 단순한 패턴의 동작만 수행한 피아니스트들은 훈련 효과가 관찰되지 않았다. 

분석 결과 로봇 훈련은 피아노 연주 중 여러 손가락 근육의 협력 패턴을 변화시켰지만 일반적인 운동·감각기능이나 움직임 범위 등 해부학적 특성에는 영향을 주지 않았다. 또 오른손만 훈련했는데도 양손 연주가 모두 빨라지는 등 로봇 훈련을 받지 않은 왼손에서도 운동 능력이 향상된 것으로 나타났다.

연구팀은 "연구결과는 수동적 훈련이 신경 적응으로 이어진다는 것을 시사한다"며 "연주자가 정체기를 극복하는 데 도움이 될 수 있다"고 밝혔다. 이어 "훈련을 받지 않은 손에서 나타난 운동 능력 향상을 이해하기 위한 추가 연구가 필요하다"고 밝혔다.

<참고 자료>
- doi.org/10.1126/scirobotics.adn3802

연구팀이 개발한 외골격 로봇 연구결과는 국제학술지 '사이언스 로보틱스' 1월호 표지논문으로 선정됐다. Science Robotics 제공

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]