마 규 하
한국과학기술정보연구원 전문연구위원

1. 머리말

.. 1970년대에 접어들어 산업현장에는 작업의 균일성과 노동시간 연장에 따른 노동피로를 줄여주는 산업용 로봇이 용접, 도장 등의 작업에 본격적으로 투입되기 시작하였다. 작업현장에서 어렵고 엄청나게 많은 업무를 처리할 수 없을 정도로 이제는 제조용 로봇은 지극히 보편화 되어 있다. 한편 정보통신의 발달과 생활의 여유로움으로 인한 생활환경의 급속한 변화와 함께 저 출산, 고령화 사회로 치닫는 사회적 현상으로 많은 변화가 예상되고 있다. 그 가운데 기술융합이라는 새로운 형태의 제품들이 등장하여 보급·활용되고 있다. 과거의 로봇이 작업을 편리하게 하고 노동력을 대신하도록 입력된 단순한 프로그램을 작동하여 편의를 제공하였다면 요즘에는 점차 로봇이 스스로 사물을 판단하고 자율적으로 임무를 수행할 수 있도록 연구하고 개발하는 추세가 되었다. 이러한 현상은 소비자가 요구하고 있는 편리한 로봇이 되고 있다는 징조이다. 특히 정보ㆍ통신기술과 나노기술, 바이오기술 등이 급속하게 발달되면서 새로운 기술융합이 이루어진 제품들이 등장하게 되는 시점에 지능을 가진 로봇의 요소기슬과 이를 촉진하는 IT, NT, BT 등 첨단기술 등이 어떻게 연관되고 있는지를 관찰하는 것이 중요하다. 교통수단으로 많이 활용되고 있는 자동차의 경우 차를 운전하면서 무선으로 교통정보를 듣고 볼 수 있는 내비게이션이나 길 안내 등 많은 편리한 정보를 접할 수 있는 것은 정보통신 및 관련 산업의 진보로 인한 결과물이라 할 수 있다. 이동형 로봇을 포함하여 외부의 정보를 무선으로 송수신하여 인터넷으로 신속한 업무를 처리하는 것도 이젠 그리 새로운 일만은 아니다.

2. 지능화를 위해 필요한 요소기술

.. 지능형 로봇에 필요한 요소기술의 구분은 그 내용이 다양하지만, 대별하여 분류하여 보면 <표 1>에서와 같이 제어, 지능 및 인식, 부품, 시스템 통합으로 구분하고 있다. 여기서 전원에 해당하는 배터리는 에너지에 포함시키고 있다.

<표 1> 지능형 로봇의 요소기술

구 분	내 용		세 부 항 목
제 어	매니퓰레이션		매니퓰레이터. 조작, 햅틱 장치, 마이크로, 나노 로봇 기술
	자율 이동		이동/보행 메커니즘, 주행/보행 알고리즘
지능 및 인식	로봇 지능		환경인식, 학습 및 추론, 센서 융합. 콘테스터 /시맨틱스
	HRI		시각/음성/촉각/생체인식, 감성인식, 감정표현
부 품	센서		오감 센서, 거리 센서, 운동 센서, 힘 센서, 생체 센서, 특수 센서
	액추에이터-모터		모터, 인공근육, 감속기, 에너지
시스템 통합	시스템		제어 구조, 하드웨어, 소프트웨어 프렛 폼 시스템 통합, 시뮬레이션, 콘텐츠
	네트워크		네트워크 인프라 구축 시스템 프레임워크

.. 첫째, 제어부분에서 먼저 고려되는 것은 자율 이동으로 이족 보행이며 다음은 바퀴식 주행이다. 특수한 경우 트랙 방식도 있다. 속도 조정, 회전, 후진 등의 조정을 하며 매니퓰레이션에서는 손의 조작이나 팔의 움직임, 그리고 마이크로 및 나노 로봇의 조정을 포함하고 있다. 둘째, 지능과 인식에서는 사람과 로봇사아의 환경 인식과 학습과 추론을 위해 각종 센서를 통하여 음성을 듣고 말하며, 사물을 보고 이를 피하거나 접근하고, 위험을 피하거나 재난을 알리기도 한다. <그림 1>은 미국 MIT 대학원생들이 연구 중인 시제품으로 인간과 로봇의 대화 중 얼굴의 표정을 여러 형태로 표현할 수 있는 것을 보여주고 있다.

<그림 1> 대화하는 로봇 시제품 - 자료: YOUTUBE 2007년 11월

.. 셋째, 부품 가운데 핵심인 센서와 액추에이터에서 로봇을 작동하는 것은 모터가 우선되고 유·공압 및 인공근육이 사용되기도 한다. 느리게, 또는 빠르게 자유자재로 변화가 가능하도록 조정된다. 향후 연구대상은 구형 모터이다. 넷째, 이러한 모든 것을 조정하는 것은 각각의 서브 시스템의 통합으로 이루어지는데, 결국 시스템 통합은 지능형 로봇이 목적을 수행함에 있어서 필요한 서브 시스템, 즉 다양한 콘텐츠, 하드웨어, 소프트웨어, 통신망, 전산전문 인력을 목적에 맞게 통합함으로써 효율적인 활용을 기하고 있다. 그리고 각종 반도체를 하나의 칩에 통합하여 SoC처럼 기능이 효과적으로 활용되도록 하는 것과 깊은 관련이 있다.

3. 지능형 로봇의 지능수준

.. 지능형 로봇의 지능목표는 어느 수준까지가 목표인가? 공상영화에 나오는 로봇 인간 엔드류처럼 주인의 마음을 사로잡을 만큼 일을 잘 하였지만 심장을 갖지 못하였기 때문에 뜻을 이루지 못하고 끝을 맺는 광경을 상기하면 결국 인간이 아닌 단지 하나의 기계에 불과한 로봇에 머물고 만 것이다. .. 당장은 인공지능(AI)에 해당하는 학습과 추론을 전개할 정도를 목표로 하여 언어를 구사하고, 주인의 명령을 인식하여 그 명령을 행동으로 실행하는 정도로 목표를 정한다 해도 역시 얼굴 근육을 묘사하는 것과 몸과 팔다리를 아주 유연하게 움직이고 작업을 수행하기까지는 상당한 시간이 소요될 것이다. 실제로 산업현장에 투입되는 제조용 로봇의 경우를 보면 과거의 단순한 작업 로봇에서 피 가공품의 형태를 카메라 센서를 통하여 인식하고 작업내용을 판단하는 데까지 개량되고 있다. 시간이 경과함에 따라 점점 개량되어 지금의 로봇으로 진화된 것이다. 즉, 조정 로봇, 서비스 로봇, 플레이백 로봇, 수치제어 로봇을 거치면서 감각제어 로봇, 적응제어 로봇에 이어 학습제어 로봇 그리고 지능형 로봇으로 개량되어 왔다. 개량의 사례를 보면 세계에서 가장 많이 판매되고 있는 미국제 청소용 로봇 “룸바”는 불과 몇 년 사이에 3G 모델 570을 개발 시판하고 있는데, 이는 그동안 계속 조금씩 개량해 온 결과라 할 수 있다. 기능 가운데 중요한 내용은, 어웨어(AWARE) 인공지능을 탑재하고 있으며, 적외선 센서를 장착하여 벽에 접근하거나 낭떠러지에 도달하기 전에 순간적으로 이를 감지하여 사고를 미연에 방지하는 기능, 자동충전 기능, 리모컨 기능, 스케쥴 기능, 방 구조 인식 센서, 바닥 재질 인식 센서를 통해서 최적의 알고리즘을 선택하여 동작하게 하며, 스스로 고장 개소를 판단하여 주인에게 고장내용을 한국말로 전해주는 데까지 개량되고 있다. 초기의 로봇은 단순한 자동화 개념이 강했으나 현재의 개념은 인간의 삶의 질을 높여주는데 중점을 두고 있는 것이다. 이러한 추세는 해를 거듭할수록 개량이 계속되고 있다. 그리고 로봇 산업의 발전을 촉진하기 위한 “로봇 그랜드 첼린지 2008” 경진대회에서는 어린이 4-5세 수준의 지능에 해당하는 지능형 로봇의 심사 항목을 선정하여 심사기준을 정한 내용은 지능수준에 관한 것을 짐작하는 데 참고할 필요가 있다. 그 내용은 <표 2>와 같다.
.. <표 2>에서와 같이 현재 목표는 비전 카메라로 지정된 사람의 얼굴을 인식하고 찾아갈 방의 번호를 인식하며, 위층에 있는 방을 찾아가기 위해 엘리베이터를 타는 방법을 인식하고 해당 층수의 버튼을 누르는 동작이 가능하며, 이동하는데 필요한 내비게이션을 활용하여 위치 인식 및 매핑이 가능하여야 한다. 그리고 정해진 시간(20분) 내에 임무를 완성하여야 한다는 조건이 주어진 것이다. 물론 지능과는 관계없지만 디자인은 상업화에 필요한 부분이다. 그리고 방의 도어핸들을 열 때 힘을 주어 여는 것이 아니라 버튼 방식이거나 초인종을 활용하여 내부에서 열어주는 방식으로 세부사항은 대회 규정에서 표시된다.

<표 2> 항목별 배정 점수 내역

힝 목	세부 내용	배점		요 구 사 항
지각	비전	15		- 얼굴 인식 및 매칭, -방 번호 인식 - 엘리베이터 위치 인식 및 문 개폐 확인 - 엘리베이터 버튼 인식, -물체 인식
	음성 인식	15		- 소음환경 내 음성 인식 - 자연어 처리
조작	매니퓰레이션	15		- 버튼 조작, -문 손잡이 조작, -물건 집기
지능	내비게이션	15		- 복도 주행. -홀 주행. -엘리베이터 출입 - 문 통로 출입, - 장애물 회피,
	SLAM	15		- 매핑 기능. - 출발지의 키드냅 회복 - 주행 시 위치 인식
디자인	디자인	15		- 심미적 디자인 - 인간 친화형 설계
	마인드 뷰	10		- 요구사항의 충실한 이행, - 효과적인 내부 정보표시

4. 지능형 로봇의 요소기술을 위한 INT 융합기술

.. 급속하게 발전하는 정보ㆍ통신기술에 힘입어 네트워크가 무선으로 접속되고 화상을 실시간 송수신할 수 있게 되는 환경에서 문제는 지능형 로봇이 유연한 이동 및 작업 동작과 함께 다양한 콘텐츠를 개발하여 사용자의 편의를 도모하기 위해 시스템을 통합하고, 그다음 네트워크 로봇의 활동 대상을 점차 넓혀 나가야 한다. 대상을 예시하면 크게 교육 분야, 예술과학 분야, 의료 간호 분야, 근로 분야, 산업 분야, 환경 분야, 생활 분야, 이동교통 분야, 사회참가 분야, 행정 분야 등 매우 다양하다. 지능 웹이라 불리는 시맨틱(semantic)과 LSI의 활용을 통하여 지능형 로봇의 성능 향상과 함께 인공지능에서 요구하는 학습과 추론에 대한 내용과 시맨틱 분야가 취약한 것으로 조사되었으므로 이에 대한 연구보완이 계속되어야 한다.

5. 맺는 말

.. 미래유망 산업으로서의 지능형 로봇에 대한 국가산업 목표는 세계 3위를 지향하고 있으며, 국가의 재정지원은 2004년부터 5년간 추진되어 온 로봇 관련 연구개발에 투입된 예산이 3400억 원에 달한다. 이 연구개발은 첫째, 로봇 개발 및 보급에 관한 특별법이 국회에서 제정되어 공포를 앞두고 있으며, 소프트웨어에 대한 포준 로드맵도 완성된 단계이다. 둘째, 지원 단체들의 정비가 완료된 단계이다. 즉, 로봇 학회(구 로봇 공학회) 및 협회의 조직 정비(지능형 로봇 산업협회와 로봇 연구조합의 통합)되어 로봇 연구개발 및 산업화에 한층 탄력이 생겼다고 생각된다. 셋째, 그동안 중소기업에서만 생산하던 청소용 로봇이 대기업에서 적극적으로 참여하게 되면서 국내시장에 새로운 지능형 로봇을 출시하여 소비자로 하여금 대기업의 신뢰성을 바탕으로 청소용 로봇에 대한 관심이 고조되고 있음은 로봇 산업 발전에 큰 전환점이 될 것으로 판단된다. 넷째, 개발 제품의 성공요인이 생활과 업무에 도움을 주는 지능형 제품이므로 보급의 속도에 가속도가 붙게 된다. 여기에는 고객이 불편하지 않도록 필수적으로 기능을 개량하는 노력이 뒤따라야 한다는 전제조건이 있음을 강조한다. 다섯째, 40년 후를 내다보는 장기전략 수립과 함께 미완의 연구개발은 꾸준히 지속되어야 한다. 아직도 해결해야 할 다양한 분야의 연구개발 과제가 기다리고 있다. 혈관 속으로 다니는 나노 로봇은 아직은 요원한 분야이지만, 꿈을 가지고 하나씩 도전해 나가야 할 것이다.

• 약력
  저자: 마규하
  • 서울대 기계공학과 공학사
    
  • 전 (주)기아기공 기계기술 연구소장(부사장)
    
  • 현 한국과학기술정보연구원 전문연구위원