휴머노이드 로봇의 5대 핵심기술과 개발현황

[테크월드뉴스=윤소원 기자] 인간형 로봇인 휴머노이드 로봇도 사람처럼 움직이거나 일을 하기 위해 두뇌, 심장, 손, 발 그리고 감각이 필요하다. 따라서 범용성과 활용성을 극대화 시키기 위해서는 인간과 동일한 폼팩터를 갖춘 로봇이어야 한다. 업계에서는 다섯 개의 기술 가운데 사람과의 상호작용을 위한 로봇 지능과 안정적으로 걷는 이족 보행 능력이 가장 중요하다고 전망한다.

▶휴머노이드 로봇 키우는 5대 핵심 기술

휴머노이드 로봇을 만든 주요 기술은 다섯 가지를 꼽을 수 있다. 사람의 두뇌에 해당하는 인공지능 소프트웨어, 심장에 해당하는 배터리, 손에 해당하는 그리퍼, 발의 역할을 하는 보행능력과 균형감각 기술 그리고 감각에 해당하는 센서와 통신기술이다.

① 인공지능 : 두뇌에 해당하는 인공지능은 휴머노이드 로봇이 상황을 인식하고 능동적인 기능 수행을 위해 꼭 필요하다. 최근에는 여러 센서를 통해 파악된 데이터를 이용해 분석·판단하는 머신러닝, 딥러닝, 클라우드를 통해 내용을 공유하는 방법이 사용되고 있다. 이에 로봇업계에서는 인공지능 발전을 위해 자율성과 커뮤니케이션에 주안점을 두고 연구를 지속하고 있다.

② 배터리 : 휴머노이드 로봇을 움직이는 동력인 배터리는 최대한의 작업시간과 높은 출력을 제공하는 성능이 필요하다. 최근 옵티머스(Optimus)를 공개해 이슈가 된 테슬라는 휴머노이드 로봇의 구동부에 배터리팩을 탑재했다. 옵티머스에는 52V 배터리가 사용되며 한 번 충전하면 하루종일 움직일 수 있다. 보스턴 다이내믹스의 휴머노이드 로봇인 아틀라스(Atlas)가 한 번 충전 시 1시간 동안 움직일 수 있었던 것에 비해 매우 효율적인 성능이다.

③ 그리퍼 : 인간형 로봇의 손에 해당하는 그리퍼는 2개, 3개, 5개의 손가락으로 구분되며 휴머노이드 로봇에는 주로 5개 손가락이 사용된다. 구동 방법에 따라 각 관절에 모터가 장착돼 움직이는 모터 구동 방식, 동작 부위와 구동부가 분리된 힘줄 구동 방식으로 나뉜다. 전문가들은 휴머노이드 로봇에서 손의 역할을 하는 그리퍼는 세심한 움직임이 요구되는 서비스에는 물론 절단 장애인을 보조하는 의수로 활용될 가능성도 있다고 전망한다.

④ 보행능력 : 사람의 발에 해당하는 보행능력과 균형감각 기술은 낙상 등의 사고를 방지하고 안정적인 이동과 현장에서의 원활한 작업 수행에 필요하다. 다른 로봇과는 달리 휴머노이드 로봇은 두 발을 이용한 직립 보행이 가능하다는 점에서 특히 주목받고 있다.

성균관대학교 전자전기공학부 국태용 교수는 “휴머노이드 로봇의 안정적이면서 민첩한 보행을 위해서는 기본적으로 강력한 구동부가 필요하다”라고 꼽았다. 이어 그는 “외부로부터 들어오는 충격을 안정적으로 받아들이면서 강한 힘과 빠른 속도를 동시에 출력할 수 있어야 하기 때문”이라고 강조했다.

⑤ 센서 : 사람처럼 느끼고 교감할 수 있는 센서도 핵심 기술 가운데 하나다. 실제로 고려대학교에서는 온도나 압력 등을 인지하고 기기 간의 호환을 위해 정상 및 비정상 상황판별 기술을 개발하는 한편 다중 객체 사이의 행위 인식기술도 개발 중이다.

전문가들은 위 5개 기술 가운데 휴머노이드 로봇의 장점을 극대화하기 위해서는 인공지능 소프트웨어와 보행능력이 가장 중요하다고 전망한다.

국태용 교수는 “현재의 기술 수준에서는 보행 안정성이 부족해 아직도 자주 넘어지거나 사람보다 느리게 보행하며 계단, 험지, 빙판 등을 안정적으로 걷는 기술은 부족하다”라고 말했다. 이어 “보행 문제를 해결하더라도 작업과 조작을 할 수 있는 지능이 필요하다”라고 강조했다.

▶ 입력되지 않은 상황에도 대응 가능한 ‘로봇 지능’

로봇업계에서는 로봇에 쓰이는 인공지능 기술을 ‘로봇 지능’이라고 칭한다. 로봇 지능이 발달과 함께 진정한 의미의 범용화가 가능해지면 이에 따라 수요도 급증할 것으로 기대하고 있다.

또한 기존에는 각각의 로봇이 특정한 환경에 맞춰 입력된 작업을 수행하는 방법이었던 것에 비해 현재는 상황을 인식하는 능력을 갖춰 다른 사람 또는 로봇과 상호작용이 가능한 수준에 이른다. 아울러 인공지능에 기반해 새로운 환경에도 스스로 적응하고 정확한 작업을 할 수 있는 매니퓰레이터(Manipulator)의 기능까지 가능해졌다.

국태용 교수는 “고도의 작업 수행 및 인간과의 상호작용을 위한 인지, 판단, 학습 등을 포함한 로봇 지능 소프트웨어가 비약적인 발전을 해야 한다”라며 “현재 많은 기업이 로봇 지능 기술의 중요성을 인지하고 로봇 지능 소프트웨어 관련 연구개발과 이를 활용한 서비스 발굴에 집중하고 있다”라고 말했다.

▶ 가상 공간에서 연습하고 현실에서 걷는 ‘이족 보행’

최근 등장하는 휴머노이드 로봇들은 이족 보행도 가상공간에서 학습하고 훈련한다. 기존과 같이 보행 프로그래밍을 개발해서 실제 상황에 적용해보고 실패하면 수정하는 시행착오(Trial & Error) 방식에서 접근법을 달리하고 있다. 

테슬라의 이족 보행 로봇 옵티머스는 사람의 행동을 인공지능이 모방해 학습하고 이 데이터를 통한 시뮬레이션이 이뤄진다. 팔과 다리를 카메라로 확인하고 걸어 다닐 때도 특정 관절의 위치를 알고 움직인다. 물건을 분류할 때에도 안정적으로 균형을 잡는다.

실제로 두 발로 걷는 로봇은 탁월한 이동성능에 기반해 서비스가 필요한 분야에서 인간을 대신해 폭넓게 활용되고 있다. 계단의 단차와 같은 장애물과 환경 제약 극복을 위해서는 바퀴가 아닌 발로 걷는 사족보행 로봇이나 두 발로 걷는 휴머노이드 로봇이 유리하다.

한편 학계에서는 휴머노이드 로봇의 걸음걸이와 외부로부터의 힘이 가해질 때 휴머노이드 로봇의 균형 잡기에 대한 연구도 지속 추진 중이다.