Peng-gu: An On-Device AI Social Robot for Safe and Transparent Child–AI Interaction

펭구(Peng-gu)는 5~10세 아동이 AI를 보다 안전하고 자연스럽게 경험하도록 설계한 온디바이스 AI 소셜 로봇이다. 기존 클라우드 기반 소셜 로봇은 아동의 음성·영상 데이터를 외부로 전송하기 때문에 개인정보 보호 우려가 있고, 네트워크 상태나 서버 운영 여부에 따라 응답 지연·서비스 중단이 발생할 수 있다.

본 과제에서는 NVIDIA Jetson Orin Nano 기반의 로컬 LLM(Gemma4 E2B, 4-bit 양자화) 실행 환경을 구축하고, 마이크·카메라·스피커 및 로봇 외형을 결합한 시제품을 제작하였다. 음성 입력(STT) → 언어모델 추론 → 음성 출력(TTS)을 하나의 대화 파이프라인으로 통합하고, 생성된 문장을 순차적으로 음성 합성에 전달하는 스트리밍 구조를 적용하여 대화 지연을 줄였다.

대화 과정에는 입력·출력 안전 필터, 보호자가 지정하는 차단어 및 회피 주제, 사용 시간 제한을 적용해 아동 대상 서비스의 안전성을 강화하였다. 또한 아동학 전문가 자문을 반영하여 단순 정답 제시보다 “왜 그렇게 생각했어?”, “같이 생각해볼까?”와 같은 질문을 통해 아동의 발화를 확장하는 대화 방식을 설계하였다.

부모용 웹 대시보드에서는 대화 기록과 사용 시간·안전 설정을 확인·조정할 수 있으며, 아동 발화를 형태소 단위로 분석하여 평균 발화 길이(MLU-m), 어휘 다양성(MATTR), 형태소 종류 수, 낱말 종류 수, 질문 비율, 총 발화량을 산출하고 일간·주간 변화 추이와 오늘의 신규 어휘, 관심사와 대화 요약을 제공한다. 콘텐츠 기능은 스킬 단위로 분리하여 향후 연령별 학습 콘텐츠나 관심 분야별 프로그램을 추가할 수 있도록 확장성을 확보하였다. 최종적으로 펭구는 로컬 우선 AI 처리, 발달 지향형 대화, 언어 사용 관찰 지표, 보호자 통제 기능, 확장 가능한 콘텐츠 구조를 하나의 실제 로봇 시스템으로 통합했다는 점에 의의가 있으며, 가정 내 아동 AI 교육·발달 보조 플랫폼으로의 활용 가능성을 제시한다.