코로나19가 자동화와 산업용 로보틱스 시장에 미치는 영향

[테크월드뉴스=이재민 기자] 시장 전문가들은 전 세계 산업 자동화 시장 중 특히 로보틱스 시장이 30%에 달하는 연평균 성장률을 보일 것으로 전망하고 있다. 코봇(Cobot, 협동로봇)과 자율이동로봇은 급격한 변화를 겪고 있는 자동화 영역의 핵심 기술이다. 코로나19는 산업 제조 분야에서 로보틱스의 역할이 확대되는 계기가 됐다. 여기에는 몇 가지 원인이 있다.

우선 온라인 주문이 늘어나 이커머스 시장이 급속히 성장했다. 급증한 수요량을 인간이 감당하기에는 한계가 있어 제조업에서 자동화의 중요성이 크게 증대됐다는 점이다. 두 번째는 업계 선도기업들은 로봇 솔루션이 제조 현장에서 사회적 거리두기 지침을 유지하는 데 핵심 기술이라는 것을 인지했다는 점이다. 마지막으로 로봇공학 분야에서 새롭게 등장한 클라우드 기반 로보틱스나 소독 로봇과 같은 혁신 기술에 대한 관심이 코로나19로 인해 급격히 증가했다는 점이다.

즉, 코로나19는 산업 자동화 시장이 유연성을 확보하고, 기술 혁신을 추구하도록 근본적인 변화를 가져왔다. 산업 자동화는 보다 효과적이고 안전하며, 비용 효율적인 공장 솔루션을 제공하는 상호연결된 디바이스 시스템을 포괄하는 용어다.

코봇과 자율이동로봇
본 기고에서는 코봇과 자율이동로봇이라는 2가지 디바이스에 대해 다루고자 한다. 코봇은 일반적인 산업용 로봇에 속하지만, 더욱 스마트하다. 코봇에는 주변 환경과 상황에 대해 빠르고 정확하게 인식하기 위한 수많은 센서들이 탑재돼 있다. 예를 들어, 대부분의 코봇은 영역 기반 시스템을 사용해 코봇과 가까운 위치에 있는 사람이 있을 경우 사람과 코봇 사이의 거리에 비례하고, 안전 작동 속도를 조정할 수 있다.

현재 전 세계 코봇 시장의 연평균 성장률은 44%의 놀라운 수치를 기록하고 있으며, 아직까지는 유럽이 가장 큰 시장 점유율을 차지하고 있다. 그러나, 전문가들은 이커머스가 급증함에 따라 결국 아태지역이 해당 시장을 장악할 것으로 내다본다. 코봇의 '암(Arm)'은 플러그 앤 플레이(Plug-and-Play) 방식의 엔드 이펙터(end effector)를 통해 암(Arm)의 기능과 범위를 변경할 수 있어 차별화된 특징을 지닌다.

한편, 자율이동로봇의 연평균 성장률은 16%에 달하며, 아태지역에서 가장 큰 점유율을 차지하고 있다.

자율이동로봇은 재고의 이동부터 관리까지 모든 단계에서 다양하게 활용된다. 앞서 살펴본 두 시장에서 공통적으로 발견되는 가장 큰 변화는 하드웨어 기반 판매에서 서비스 기반 산업으로의 전환이다. 자동화 제조업체들은 RaaS(Robots as a Service) 형태의 서비스를 통해 고객들이 일정 기간 동안 로봇을 임대하도록 하는 추세다.

RaaS 사용자는 특정 업체에 종속되지 않으며 임대인은 기계를 주, 월 또는 연 단위로 임대 기간을 설정할 수 있다. 모든 유지보수, 업그레이드, 인프라 변경 사항 등은 제조업체와의 임대 계약을 기반으로 이뤄진다. RaaS의 장점은 로봇을 새로운 시설에 도입하기 위한 초기 투자 비용을 절감하고, 투자수익률 시간을 단축한다는 점이다. RaaS는 중소·중견기업의 생산라인용 로봇 구매 시 발생하는 가파른 금융장벽을 없애기 위해 고안됐으며, 최근 몇 년간 많은 인기를 얻고 있다.

로보틱스와 관련해 코로나19가 산업 자동화 시장을 어떻게 재구성했는지에 대해 (1) 클라우드 기반 로보틱스 (2) 성장하는 이커머스 시장의 영향력 (3) 로봇을 통한 사회적 거리 두기 (4) 소독용 로봇 등 4가지 항목을 중점적으로 조명하고자 한다.

(1) 클라우드 기반 로보틱스
로보틱스 분야에 있어 클라우드 컴퓨팅의 활용은 생소한 개념이 아니다. 이미 수십 개의 유명 로봇 회사가 2010년부터 자체 고유한 클라우드 기반 시스템을 개발했고, 클라우드 컴퓨팅, 클라우드 스토리지, 기타 인터넷 기술 또한 이동로봇 시장에 뛰어들었다. 클라우드 로봇에 대한 신기술과 시장 수요는 현재도 지속되고 있다.

예를 들어, 동시 로컬라이제이션과 매핑(SLAM)이라고 불리는 매핑 소프트웨어는 로봇 고유의 위치를 추적하며 동시에 알려지지 않은 환경의 지도를 구성한다. 개발자들은 완벽한 솔루션을 위해 SLAM 기술, 클라우드 인프라, 이동로봇을 결합했고, 클라우드 기반 모바일 로보틱스를 얻었다. 클라우드 스토리지의 무한한 가능성 덕분에 자율이동로봇은 작업을 쉽게 오프로드해 온보드 요구사항을 최소화할 수 있었고, 배터리 구동 장치의 효율성과 전력 소비량을 극대화했다.

자율이동로봇은 지난 코로나19 기간 동안 로봇 시장의 선두주자였으며 현재도 시장을 선도하고 있다. 이동로봇은 대부분의 제조 애플리케이션에 적합하며 인프라를 요구하지 않는 웨어하우스 솔루션이다. 최근 이동로봇을 도입한 회사들은 로봇을 통해 사람 간의 접촉을 감소시켜 사회적 거리두기 지침을 용이하게 준수하고 있다. 제조업체들도 노동력이 부족한 경우 자율이동로봇으로 노동력을 보충해 왔다.

업계 선두기업들은 코로나19가 초래한 어려움을 해결하고자 클라우드 기반 시스템을 도입했다. 원격 방식은 아직 시장에 도입된 지 초기 단계에 있지만, 현 상황에서 대부분의 고객들은 이를 선호한다. 코로나19로 인해 전 세계의 제조 현장은 방문객의 출입을 불허하기 때문이다. 코로나19 사태 전에 클라우드 기반 시스템은 고객과 담당자 양측에 수많은 물류 장벽을 발생시키는 까다로운 과정이었다.

하지만 자율이동로봇은 인프라를 요구하지 않아 사용자는 스카이프(Skype)를 통해 담당자의 안내에 따라 로봇의 사용을 개시할 수 있다. 또한, 클라우드를 통해 필요한 설치 파일과 권장 설정에 액세스할 수 있어 배포까지의 프로세스가 훨씬 쉬워졌다. 이는 코로나19 상황에서 시장 내 유연성이 얼마나 필수적인지를 보여주는 단편적인 예시에 불과하다.

최근 고객들은 효율을 극대화하기 위해 제조 현장 전반의 유연성을 강조한다. 이를 위해 클라우드 기반 시스템을 사용하면 로봇을 간편하게 재구성할 수 있다. 고객들은 하루만에 수없이 변화하는 업무 프로세스에 사용되는 각각의 애플리케이션에 적합한 방식으로 로봇을 재설계·재구성할 수 있기 때문이다. 초기에는 이런 원격 방식에 대한 반대 의견이 많았지만, 클라우드 기반 시스템이 제공하는 유연성 덕분에 고객들의 만족도가 점차 높아지고 있다.

로봇 제조사들이 최근 몇 달 동안 강조한 또 다른 주요 개념은 ‘스마트 팩토리’다. 특히, 클라우드 기반 유지 보수와 모니터링이 각광을 받았다. 이런 애플리케이션은 주로 장치와 함께 판매되며 각 로봇의 기계적 유지 보수, 프로세스 상태 등을 실시간 모니터링한다.

클라우드 기반 모니터링은 다운타임을 줄이고 공장의 효율성을 증대한다. 또한, 고객은 문제가 발생하기 전에 로봇의 상태를 실시간으로 확인해 문제를 정확하게 진단하고 해결할 수 있다. 주목할 만한 점은 이 모든 기능이 하나의 대시보드에 편리하게 구성되어 있고, 스마트폰을 통해 원격으로 액세스할 수도 있다는 점이다. 이와 함께 소수의 클라우드 기반 모니터링 소프트웨어에서 로봇의 전체 생산 기록을 매핑하고, 스마트폰 앱, 브라우저, 데스크톱 앱을 통해 사용자에게 생산 오류와 최적화 팁 등을 제공한다.

전반적으로 자동화 영역이 현대의 공장에 변화를 일으키고 있고, 코로나19는 이런 변화를 가속화한 주요 요인 중 하나다. 고객과 제조업체 모두 적은 비용으로 높은 효율성을 제공하는 스마트 공장을 향해 급격히 움직이고 있다. 뿐만 아니라, 클라우드 기반 시스템은 원격 액세스와 설정을 통해 가장 엄격한 수준의 사회적 거리두기 가이드라인을 충족한다.

이와 같은 신기술과 프로세스가 산업 전반에 적용돼 온세미컨덕터는 자동화 기술 공급업체가 로보틱스와 클라우드 컴퓨팅의 최신 기술을 이용할 수 있도록 지원한다. 온세미컨덕터의 클라우드 컴퓨팅을 위한 FET(전계효과 트랜지스터)를 통해 기술 공급업체들은 현재의 시장 트렌드를 충족할 수 있게 된다.

(2) 코로나19로 이커머스 이용량 급증
이커머스가 우리 삶에 필수적인 부분이 되면서 기업들은 어떤 영향을 받게 됐을까? 2019년에는 어커머스가 전 세계 매출의 약 16%를 차지했다. 대규모 제조업체들은 지속적인 수요 증가에 대응하고자 지난 수십 년 동안 로보틱스를 기업의 자동화 계획에 포함했다.

그러나, 코로나19로 인한 온라인 매출의 급격한 증가에 대비해온 기업은 없었던 것으로 드러난다. 아이엠로보틱스의 유통업체 약 1만 곳의 온라인 매출 자료에 따르면 2020년 5월 26일부터 6월 1일까지의 주간 이커머스 매출은 코로나19 팬데믹 시작의 기준이 되는 2월 24일에서 3월 1일까지의 매출보다 약 40% 더 높았다고 한다. 전문가들은 온라인 매출 성장곡선이 점점 완만해지고 있으나, 코로나19 이전 수준으로 돌아갈 가능성은 낮다고 말한다.

오늘날의 엄격한 사회적 거리두기에 의해 제조업계는 전례 없는 수요 증가에 대응해야 하는 상황이다. 이에 대한 해결방안으로 기업들은 로봇을 기업 인프라에 투입하고 있고, 로봇들은 본질적으로 생물학적 바이러스에 면역이 돼있어 사회적 거리두기 지침을 위반하지 않는다.

지난 10년 동안 로봇 공급업체는 중소기업을 목표로 삼아 왔다. 기술이 발전하면서 중소기업은 로봇 자동화를 통해 유연성과 효율성을 도모하고자 했다. 안타까운 점은 산업용 로봇이 막대한 투자와 대규모 기반 시설을 필요로 하고, 전보다 더욱 심각한 안전 문제를 유발한다는 점이다.

반면에 코봇과 자율이동로봇은 기존의 자동화 기술이 초래한 모든 한계를 뛰어넘었다. 코봇과 자율이동로봇은 인간과 함께 일하도록 설계됐고, RaaS 덕분에 초기 투자비용까지 더욱 저렴해졌다. 또한, 인프라 변경 없이 대부분의 작업 공간에 통합될 수 있다.

로보틱스를 생산라인에 적용한 기업들은 가동 시간을 크게 증가시키고, 이동 거리와 수작업을 감소시켜 사회적 거리두기가 가능하다. 게다가 로봇은 주말·야간 근무를 유발하지 않으면서도 생산성을 제고할 수 있다. 로보틱스를 생산공정에 적용한 기업들은 제조 현장에서 더 적은 인원과 운영 비용으로 향상된 생산성을 이끌어내고 있다.

이커머스 매출 증가는 대부분의 기업에 도전장을 던졌고, 단기적으로는 기업들이 생존 전략을 바꿔야 했다. 기업은 단기 해결책으로 공급사슬 개선, 제조 프로세스 조정, 원격 작업 환경으로의 전환 등을 실행했다. 하지만, 코로나19 이후 시장의 선두주자로 부상할 기업은 시장 변화를 이용하는 기업일 것이다. 많은 기업이 코로나19의 영향으로 공장에 로봇을 도입하고 있다. 이제 로봇은 공장에 자리를 잡을 것이다.

2020년 초 오토매티카에서 실시한 조사에 의하면 산업 내 의사결정자 중 80%가 로보틱스의 가장 중요한 3가지 이점을 ①직원들이 위험한 일을 하지 않아도 된다 ②로봇을 통해 생산 방식을 신속하게 변경시킬 수 있다 ③생산 비용을 절감할 수 있다 등으로 밝혔다.

해당 설문조사에 따르면 기업들은 작업현장에 자동화 기술을 도입함에 있어 적극적인 태도를 보였다. 독일의 중소기업 의사결정자 중 84%는 추가적인 로봇 자동화의 도입을 예상하고 있었다. 의사결정자 중 77%는 이동로봇을 통해 더욱 신속한 생산방식으로 전환하고 있다고 밝혔다. 중소기업 내 피고용자 중 76%는 로보틱스에 대한 훈련을 희망한다고 답했다.

위의 내용을 살펴보면 업계 전반적으로 자동 생산으로의 전환을 도모하는 것은 분명한 사실이다. 이에 따라 온세미컨덕터도 변화를 적극 수용해 모든 산업용 드라이브 애플리케이션에 적용 가능한 완벽한 IPM(Intelligent Power Module) 포트폴리오를 제공한다.

IPM 포트폴리오는 다양한 패키징 크기와 기술을 통해 50W부터 7.5kW까지에 달하는 광범위한 전력 수준을 보여준다. 최근 온세미컨덕터는 IPM 외에 TM-PIM(Transfer-Molded Power Integrated Modules)을 선보였다. TM-PIM은 업계의 젤 충전 모듈에 비해 효율이 높다. 파워사이클은 3배, 온도사이클은 10배 높아 내구성이 우수하고, 시장 선도적인 수준의 신뢰도를 자랑한다. TM-PIM은 25A – 50A 범위에서 1200V 정격이며 CIB 모듈과 열적 강화 옵션을 사용할 수 있다. 또한, 작은 크기와 높은 신뢰성, 강화된 안전 기능 덕분에 코봇에 완벽하게 적용될 수 있다.

(3) 로봇을 통한 사회적 거리두기
코봇과 자율이동로봇은 코로나19와 관련해 또다른 수요를 충족한다. 이는 로보틱스를 통해 공장 현장에서 사회적 거리두기 지침을 지킬 수 있기 때문이다. 코로나19 이전의 중소기업들은 생산 비용을 절감하고, 안전한 작업 환경을 조성하기 위해 로봇을 도입했다. 오늘날의 기업들에 로봇의 도입은 거리두기라는 추가적인 이점을 제공하게 됐다.

제조업계는 생산라인의 근로자 간 거리두기만으로는 보건당국의 사회적 거리두기 지침을 충족시킬 수 없음을 깨닫고 있다. 이에 따라 기업은 코봇을 업무 프로세스에 도입해 사회적 거리 지침을 준수하고, 생산 라인을 최적화할 수 있다.

또한, 코봇을 재구성해 인공호흡기, 개인 보호장비, 의약품 등 수요가 많은 물품을 더욱 빠르게 보급할 수 있다. 이처럼 코봇은 제조업체들이 소비자의 요구를 충족시키는 동시에 직원들에게는 안전한 작업 환경을 제공하는 역할을 한다.

손이 자주 닿는 표면을 소독하는 것은 어느새 공장 관리자들의 임무가 됐다. 이와 함께 제품 수요의 폭등은 그 어느때보다도 빠른 속도로 제품을 공급해야만 하는 상황을 초래했다. 이는 업계 선도기업들이 인프라를 다루는 방식을 재고하는 계기가 됐다. 전문가들은 로봇을 통한 빈 피킹(bin picking)이 손으로부터의 접촉을 줄일 수 있다고 제언한다.

자동창고(AS/RS) 시스템은 향후 10년간 가장 빠르게 성장할 자동화 전략 중 하나다. 자동창고 시스템은 재고를 완충하고, 저장하거나 찾아오기 위해 설계된 재고관리 시스템이다. 이런 형태의 재고관리를 통해 기업들은 인건비를 절감하고, 자율이동로봇을 업무 프로세스에 통합해 손이 자주 닿는 영역들을 없앨 수도 있다.

공장 현장에서 사용되는 각각의 빈(bin)은 하루에 15번 이상 취급될 수 있다. 이동로봇 솔루션은 제조 현장에서 손이 자주 닿는 영역을 제거하는 데 핵심적인 역할을 한다. 코로나19가 반드시 자동창고 시스템과 자율이동로봇의 도입을 주도하는 것은 아니지만, 위생 상태가 향상됨에 따른 추가적인 이점은 반드시 존재할 것이다.

온세미컨덕터는 지난 수십 년 동안 제조업체들의 성공적인 작업 공간 혁신을 지원해 왔으며 산업용 솔루션을 위한 다양한 스위칭 기술을 제공하고 있다. 6세대 트렌치 중전압 MOSFET은 자율이동로봇의 핵심 기술이다. 온세미컨덕터의 파워 솔루션은 동급 최고의 스위칭 시간과 초저전력 손실을 지원하고, 다양한 소형 패키지로 공급된다.

또한, 다양한 IC 옵션을 통해 완전 맞춤형 솔루션을 제공한다. 자율이동로봇 솔루션에는 일반적으로 과전압, 과전류, 과열, 단락, 지연, 저전압 등에 대한 여러 보호 기능을 갖춘 고집적 칩이 적용된다.

(4) 소독용 로봇
로보틱스는 코로나19의 방역에서도 매우 중요한 역할을 해왔다. 앞서 언급한 바와 같이 코봇은 전방 ICU용 인공호흡기의 생산을 가속화하기 위해 사용된다. 동시에 자율이동로봇은 '소독 로봇'으로 새롭게 주목받고 있다. 자율이동로봇에 종종 자외선이나 소독용 스프레이를 장착해 어느 공간이든 소독할 수 있기 때문이다.

로봇은 대부분의 장애물을 회피할 수 있고, 코로나19를 유발하는 바이러스의 99.99%를 5분 이내에 소독할 수 있다. 예로는 샌디에이고 카운티에 있는 한 병원은 최근 2대의 로봇을 관리팀에 새로 투입했다. 이 로봇들은 단 12분 만에 총 30개의 방을 소독하고, 수술실 하나를 더 소독할 수 있었다. 사람이 소독했을 경우에는 90분이 소요됐다. 로봇의 수요는 급속도로 증가해 로봇 제조사의 매출은 2020년 대비 6배 증가했다.

또한, 자외선 공급 업체의 매출은 7배 증가했다. 마찬가지로 전국의 대학에서도 서랍을 열고 닫거나 사무실, 실험실 등의 작은 공간을 소독할 수 있는 자율이동로봇을 개발해 왔다. 소독 수단으로 자율이동로봇을 사용하는 것은 코로나19 이후 자동화 기술이 더욱 추진력을 얻어 왔음을 시사한다.

전반적으로 코로나19는 기존의 산업 자동화 시장이 기술적 혁신과 유연성을 더욱 적극적으로 수용하는 방향으로 재구성했다. 또한, 로봇은 코로나19 상황에서 제조업체들이 직면할 수 있는 위험 요인을 완화하는 데 중요한 역할로서 자리잡았다. 자율이동로봇은 제조 현장에서 사람의 손에 자주 닿는 영역을 줄이며 실험실, 공항, 학교 등과 같은 주요 시설을 대상으로 소독 서비스를 제공한다.

이와 더불어 코봇은 사람 간의 적절한 사회적 거리를 두도록 생산 라인의 노동력을 강화함과 동시에 온라인 매출을 따라잡기 위한 효율성을 제고하고 있다. 뿐만 아니라 산업 자동화 기술은 개인보호장비, 인공호흡기, 주요 의약품과 같은 제품에 필수적인 공급망 확보에도 중점을 두고 있다. 코봇은 코로나19 긴급 진단 센터에 대한 지원을 통해 각각의 진단에 소요되는 시간을 단축시킬 수도 있다. 이는 곧 코로나19 진단의 전반적인 처리 시간 단축으로 이어진다.

로봇 제조사들은 코로나19로 인한 기술적, 경제적, 사회적 압력에 적응해 위기 상황에서도 살아남을 수 있었다. 온세미컨덕터는 기업들의 자동화를 지원하며 모든 로봇 애플리케이션에 적합한 완전 맞춤형 전력, 센싱, 선진 솔루션 등을 통해 많은 기술 혁신가를 지원하고 있다.

글 : 잭 스나이더(Jack Snyder) 기술 마케팅 엔지니어링 담당
자료제공 : 온세미컨덕터(www.onsemi.com)