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[황인석 교수] LLM 및 홈IoT 기반의 어린이 언어 발달을 위한 개인 맞춤형 학습 목표 추출 및 동화책 생성 시스템

2024-06-11
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[연구의 필요성]
아동은 각자 다른 환경에서 자라난다. 자라면서 접하고 학습하는 어휘 또한 개별 아동마다 다를 수밖에 없다. 그러나 지금까지의 어휘 평가 및 중재는 표준적이고 정형화된 도구에만 의존하였다. 즉, 정해진 어휘 목록 중 아동이 얼마나 많은 어휘를 아느냐를 통해 아동의 어휘 능력을 평가하였고, 기성 동화책과 장난감을 이용하여 아동에게 필요한 어휘를 중재하였다. 점점 강조되는 다양성과 개인화의 물결 속에서 개별 아동이 알아야 하는 맞춤형 어휘를 뽑아내고 이를 효과적으로 전달할 수 있는 맞춤형 중재 도구에 대한 필요성이 대두되는 가운데, 본 연구진은 이를 학제간 융합적 문제로 정의하고 그 기술적 가능성을 탐구하였다.

[포스텍이 가진 고유의 기술]
본 연구진은 이화여대 언어병리학과 연구진과의 협업을 통해 (1) 홈 IoT 기기를 통한 개별 아동의 일상 언어 환경에 대한 프로파일링, (2) 언어병리학적 이론에 입각한 개인 맞춤형 학습 목표 어휘 추출 알고리즘, (3) 거대언어모델과 생성형 인공지능을 통해 해당 어휘를 자연스럽게 맥락에 녹여내어 아동에게 전달할 수 있는 개인 맞춤형 동화책의 생성, (4) 그리고 아동의 어휘 발달과 언어환경 변화에 따라 지속적으로 어휘 추출 및 동화책 생성 과정을 갱신하는 전주기적 시스템, 일명 OSOS를 개발하였다. 언어병리학적 이론과 실제 전문가들의 경험적인 노하우를 시스템에 반영하였고, 개별 아동의 필요에 따라서 어휘 선정 기준을 다양하게 변경할 수 있도록 하여 개인화의 가능성을 높였다.

[연구의 의미]
본 연구는 아동의 어휘 평가와 중재에 대한 개인화의 필요성을 포착하고, 이를 시스템을 통해 구현해낸 최초의 연구이다. 아동의 언어 환경에 대한 프로파일링 결과, 가정별로 상이한 언어환경 및 이에 따른 어휘 학습 기준의 개인화 필요성을 확인하였으며, 본 연구진이 개발한 OSOS 시스템을 이용해 생성해낸 동화책을 통하여 아동이 목표 어휘를 일상속에서 자연스럽고 효과적으로 습득하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 앞으로 거대언어모델, 생성형 인공지능, 동화책 등의 일상 미디어를 이용한 아동 언어 학습의 개인화에 대한 더 넓은 확장의 가능성을 내포한다.

[연구결과의 진행 상태 및 향후 계획]
본 연구진은 앞으로도 이처럼 생성형 인공지능을 이용하여 아동의 어휘 발달을 돕는 시스템을 개발해나갈 예정이다. 아동언어전문가들과 협업하며 언어병리학적 원리에 근거하여 텍스트와 이미지를 개별 아동 맞춤형으로 변형하여 생성해냄으로써 개인화된 보조가 가능하도록 돕는 연구를 지속적으로 수행해나가려고 한다.

[성과와 관련된 실적]
– 국제 학술대회 논문: Jungeun Lee, Suwon Yoon, Kyoosik Lee, Eunae Jeong, Jae-Eun Cho, Wonjeong Park, Dongsun Yim, Inseok Hwang. “Open Sesame? Open Salami! Personalizing Vocabulary Assessment-Intervention for Children via Pervasive Profiling and Bespoke Storybook Generation” ACM CHI 2024.
– 본 논문은 CHI’24 학회에서 Honorable Mention (Top 5%) 상을 수상하였음.
논문 : https://doi.org/10.1145/3613904.3642580
비디오 : https://youtu.be/AhVR0ZQHm4Q?si=Uy0ySvDSrsECoCZK

[성과와 관련된 이미지]

그림 1. 시스템의 전반적인 동작 과정을 나타내는 그림
그림 2. 시스템을 이용하여 제작한 예시 동화책

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