서비스형 로봇이 찾아온다!
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서비스형 로봇이 찾아온다!
  • 이건한 기자
  • 승인 2019.10.16 09:00
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인간과 협력하는 돌봄 · 웨어러블 · 의료 · 물류 로봇

[테크월드=이건한 기자] 4차산업혁명이란 이름 아래 다양한 산업이 새롭게 조명되고 있다. 이와 함께 인공지능(AI), 빅데이터, 센서, 사물인터넷, 통신 등 다양한 기반 기술이 고루 성장하는 기술 황금기를 맞아 이들을 접목한 완성품 산업의 구조도 점차 지능화되는 모습들이 보인다. 로봇(Robot)도 마찬가지다. 

특히 최근에는 사람과 함께 협업하고 교감하며 노동의 질을 개선하고 인간을 보조해 각종 서비스를 제공하는 서비스형 로봇이 차지하는 비중이 점점 넓어지는 추세다. 산업통상자원부는 글로벌 서비스형 로봇 시장의 규모가 2017년 86억 달러에서 2021년 202억 달러로 연평균 약 24%씩 성장할 것으로 전망한 바 있다. 같은 시기에 시장 규모 236억 달러, 연평균 10% 정도에 머물 것으로 예상되는 제조형 로봇 시장과 비교해도 2배 이상 높은 성장세다.

이런 예측은 최근 원천 기술 발전에 따라 로봇 하드웨어와 임베디드 소프트웨어의 성능과 구조가 빠르게 개선되고 있으며, 이로 인해 로봇 기술 연구에 대한 전반적인 진입 장벽도 낮아지고 있기 때문에 가능한 것으로 보인다. 또한 사회적으로 저출산과 고령화 문제가 중요 이슈로 대두되며 줄어든 생산성 감소를 보전하기 위한 각국 정부의 정책적 지원이 이뤄지고 있다는 점도, 서비스 로봇 시장이 빠르게 성장하기 시작한 이유다. 여기에 각종 인공지능 생활 편의 서비스가 보편화되면서 지능형 로봇 도입에 대한 사람들의 인식도 과거보다 긍정적이다.

일본 소프트뱅크가 개발한 감성 로봇 ‘페퍼’ (사진=소프트뱅크)
일본 소프트뱅크가 개발한 감성 로봇 ‘페퍼’ (사진=소프트뱅크)

그렇다면 서비스형 로봇의 범위는 어디까지라고 말할 수 있을까? 서비스 로봇은 기본적으로 자동화 제조 공정에 사용되는 로봇을 제외하고, 인간의 활동에 어떤 형태로든 도움을 줄 수 있는 로봇을 모두 포함한다. 학문적으로 전문 서비스 로봇과 개인용 서비스 로봇으로 구분하고, 이를 다시 의료, 물류, 소셜, 안내, 청소, 군사, 자율주행, 교육 로봇 등으로 나눌 수 있지만, 로봇은 본디 범용성보다 특화된 하나의 기능에 집중하는 경향이 강하므로 이를 일일이 세분화하다 보면 ‘서비스’란 개념 안에 포용할 수 있는 로봇의 폭은 훨씬 넓어진다. 

따라서 그 전부를 글 하나에 담긴 어려우므로 본 기사에서는 정부가 지난 8월 31일 발표한 ‘3차 지능형 로봇 계획’에서 정의한 4대 서비스 로봇 집중 투자 분야인 ‘돌봄’과 ‘웨어러블’, ‘의료’, ‘물류’를 주요 뼈대로 설정하고, 그와 관련된 구체적인 정의와 목적과 사례 등을 살펴본다. 이 기준은 2018년 국제로봇연맹(IFR)이 2025년까지 가장 크게 성장할 분야로 선정한 4대 영역과도 일치한다.

 

환자와 보호자의 부담을 함께 나누는 ‘돌봄 로봇’

돌봄 로봇은 본격적인 고령화 사회를 준비하며 앞으로 가장 친숙하게 만나게 될 로봇 중 하나다. ‘돌봄’이란 말 그대로 고령의 노인이나 환자, 혹은 몸이 불편한 사람들의 움직임을 보조하는 로봇이다. 또한 고령화는 우리나라만의 문제가 아니며, 개개인에 대한 직접 서비스를 목표로 하므로 전체 서비스형 로봇 중에서도 미래 발전 속도나 수요가 가장 높은 편에 속한다. 

 

■ 보급형 식사 보조 로봇 

사람을 닮은 휴머노이드만 로봇인 것이 아니다. 자동으로 움직이며 생산적인 활동을 반복할 수 있다면 그 또한 로봇이다. 그런 의미에서 로봇팔은 가장 기본적이면서 폭넓게 쓰이는 로봇의 기본형이다. 제조 공업에서는 주로 정밀 가공을 위해 쓰이지만, 일상에서는 거동이 어려운 사람을 위한 식사 보조 역할을 할 수 있다.

한 예로, 미국 워싱턴대학의 연구팀이 개발한 ADA(Assistive Dexterous Arm)은 인공지능 알고리즘을 활용해 손을 쓸 수 없는 사람의 식사를 돕는다. 우선 딥러닝 객체인식 네트워크인 ‘RetinaNet’와 머신비전 카메라를 이용해 음식물이 담긴 접시와 주변 환경, 음식물 등의 종류를 감지한다. 다음으로 음식물이 놓인 위치와 종류를 파악한 뒤, 매 순간의 이미지 프레임을 분석하며 음식물을 환자의 입 근처로 가져간다.

이후 포크로 집은 음식물이 사라지면 사용자가 음식을 먹은 것으로 간주하고 다음 음식을 전달하는 과정을 반복한다. 일견 간단해 보이지만 기계가 음식과 음식이 아닌 것, 그리고 적당한 힘과 거리 감각을 유지하는 건 결코 쉽지 않은 일이다. 그러나 근래에 발달한 머신비전 인공지능이 이를 가능케하고 있다. 

국내의 경우 NT로봇이 개발한 ‘케어밀(Caremeal)’ 식사 보조 로봇이 있다. 보통의 로봇팔과 달리 소형 로봇팔 2개를 장착한 케어밀은 외팔 구조에 비해 안정적이며, 하나의 팔이 음식물을 집어 숟가락에 얹어주면 남은 팔이 이를 환자의 입까지 전달한다. 

NT로봇의 두 팔 식사로봇 케어밀 (사진=NT로봇 홈페이지)
NT로봇의 두 팔 식사로봇 케어밀 (사진=NT로봇 홈페이지)

■ 양팔형 이승(移乗)보조 로봇 

스스로 몸을 가눌 수 없는 노인이나 신체 마비 환자를 휠체어나 기타 장소로 옮길 땐 환자를 잠시 안아서 옮기는 이승 과정이 필요하다. 하지만 여러 조건과 부상 위험 등으로 생각보다 쉽지 않은 일인데, 해외엔 이를 전문적으로 돕는 돌봄 로봇도 있다. 

일본 이화학연구원이 개발한 이승보조 로봇 로베어(ROBEAR)는 일본 정부의 적극적인 지원 아래 개발된 로봇이다. 중량 140kg으로 몸무게 80kg의 환자를 안아 올려 다른 장소로 이동시킬 수 있다. 팔에 특수 고무를 두르고 얼굴은 친근한 이미지의 곰 느낌으로 만들어 환자가 느끼는 거부감을 줄인 것이 특징이다. 

로베어는 사람과의 접촉 상태를 감지하는 스트레인 게이지 방식의 토크 센서, 관절별 전류 토크 추정기, 고무 촉각 센서와 고출력 임피던스 제어 등을 활용해 사람들 들어 올리고 행동을 보조하는 다양한 움직임이 가능하다. 이를 통해 사람을 양팔로 지지해 서 있게 하거나, 일어서는 것을 도와주는 등 환자의 재활운동도 일부 지원할 수 있다.

■ 배변 케어 로봇

환자 본인이나, 보호자 입장에서 가장 힘든 일 중 하나로 배변 처리를 꼽는다. 환자의 옷을 벗긴 후 배변을 유도하거나 처리하는 과정 자체도 적지 않은 힘이 필요할뿐더러, 환자의 수치심이나 악취 등으로 인한 보호자의 심리적인 고통도 함께 따르기 때문이다. 게다가 배변은 하루에도 수 차례 이상 주기적으로 이뤄지는 생리 현상이라 더욱 그렇다. 이럴 때 필요한 것이 바로 배변 지원 로봇이다.

국내 기업인 큐라코의 ‘케어비데’가 대표적이다. 케어비데는 내장된 센서를 활용해 환자의 대소변을 자동으로 감지해 즉시 처리한다. 연결된 기저귀 컵으로 대소변을 흡입하고 회전 노즐로 항문과 음부를 세정한 뒤 온풍 건조와 냄새 제거 작업으로 깔끔하게 마무리한다. 기기 세정은 소독키트를 활용해 내부에서 자동으로 처리할 수 있다. 약 30도 정도의 자세 변환이 가능해 장시간 사용으로 인한 욕창을 방지하며 보호자가 할 일은 케어비데를 착용시키고 하루에 한 번 오물통을 비우는 것 정도다.

배변 보조 로봇 케어비데 (자료=큐라코 홈페이지)
배변 보조 로봇 케어비데 (자료=큐라코 홈페이지)

한국, 일본, 중국, 홍콩, 싱가폴 등 다양한 국가에서 임상시험을 마침 큐라코는 특히 고령의 환자가 많은 일본에서 좋은 평가를 받고 있다. 일본의 경우 장기요양보험의 혜택으로 구입 비용의 90%를 지원받을 수 있으며, 국내에서는 올해 5월에 총 33대의 케어비데가 산업통산자원부와 시 예산 4억 원으로 시범 보급이 진행 중이다.

 

웨어러블

영화 ‘아이언맨’에 나오는 첨단 나노 슈트는 남자들의 로망 중 하나다. 언젠가 이런 슈트가 실제로 개발될지 모르겠지만, 아마도 아직은 먼 미래가 아닐까? 하지만 ‘로봇을 입는 것’만으로 훨씬 큰 힘을 낼 수 있도록 도와주는 로봇은 지금도 있다. 흔히 ‘외골격 장치(Exoskeleton)’라고 불리는 근력 보조 로봇이다. 근력 보조 로봇은 원래 군사용으로 개발됐다가 지금은 산업 현장에서 신체 노동자의 수고를 덜어주는 어시스턴트 역할이나 일상 활동을 보조하는 역할을 한다.

가까운 사례로는 얼마 전 현대·기아차에서 개발한 조끼형 외골격 로봇 벡스(VEX)가 있다. 벡스는 아래에서 위를 바라보고 일하는 상향 작업 근로자의 움직임을 보조하는 웨어러블 로봇이다. 2.5kg의 가벼운 무게로 착용 시 내장된 관절 구조와 스프링의 결합만으로 최대 5.5kgf(힘의 단위, 1kgf는 1kg의 물건을 들 때 필요한 힘)의 힘을 낼 수 있다. 

약 3kg짜리 공구를 들었을 때 무게가 거의 느껴지지 않는 수준이다. 무동력 제품으로 외부 전원도 필요 없다. 또 자세를 굽히면 자연스럽게 앉아서 작업할 수 있도록 해 근로자의 피로를 최소화한다. 대당 가격은 수백만 원 선으로 현대기아차 국내외 공장에 적용이 검토되고 있으며 현대기아차는 벡스를 일부 개조해 건설, 물류, 유통 등 여러 분야에 적용될 수 있도록 범위를 확장할 계획이라고 밝혔다.

현대기아차 외골격 로봇 벡스(VEX) (사진=현대기아차)
현대기아차 외골격 로봇 벡스(VEX) (사진=현대기아차)

소방관에 대한 처우 개선은 수년 전부터 꾸준히 국민적 공감대를 얻고 있는 사안 중 하나다. 지난 2016년 한국생산기술연구원 로봇그룹 장재호 박사팀은 하체에 착용하는 소방관용 외골격 로봇 ‘하이퍼R1’을 개발한 바 있다.

하이퍼R1은 고출력 유압식 액추에이터와 경량 탄소섬유 소재를 사용해 소방관들이 무거운 장비를 메고도 계단을 거뜬히 오르내릴 수 있도록 돕는 장비다. 단순 근력 보조 장치가 아니라 사람이 움직일 방향을 미리 파악하는 의도 인식 시스템으로 근육의 움직임을 예측하고 인체 구조에 최적화된 관절 회전축 맞춤 설계로 부드러운 움직임이 가능한 것이 특징이다.

여기에 소형동력원 기술을 적용해 로봇의 에너지 소모량도 줄였다. 소형동력원 기술은 중력 방향으로 움직일 땐 배터리를 소모하지 않고 해당 위치에너지를 힘 에너지로 저장했다가 중력 반대 방향으로 움직일 때 저장한 에너지를 사용하는 방식으로 에너지 소모를 50% 이상 절감하는 기술이다. 하지만 안타깝게도 1~2년 이내에 현장에 적용될 것으로 예측됐던 하이퍼R1은 관련 공식 인증과 인허가 항목이 없다는 이유로 조달청 구매 목록에 포함되지 못해 실전에 투입되지 못했다. 다소 안타까운 뒷 이야기다.

상용화되지 못한 소방관 보조 로봇 하이퍼R1 (자료=한국생산기술연구원)
상용화되지 못한 소방관 보조 로봇 하이퍼R1 (자료=한국생산기술연구원)

하버드대학 비스연구소(Wyss Institute)와 중앙대 이기욱 교수 연구진이 공동 개발한 웨어러블 엑소슈트(Exosuite)는 걷기와 달리기를 동시에 지원하는 웨어러블 로봇이다. 의복형 로봇 개념을 도입해 기존 웨어러블 로봇과 비교해 착용이 편리하고 걷기와 달리기를 모두 지원한다. 한번 충전 시 약 8km를 달릴 수 있도록 도와준다. 착용 시 뛰고 걷는 에너지 소모량도 4%, 9.3% 정도 감소한다.

착용자의 현재 운동 상태를 감지해 걷기와 뛰기를 모두 지원하는 부분이 차별점이다. 산악에서의 이동이나 무거운 짐을 들고 이동하는 경우 유용하게 활용될 것으로 보인다. 이밖에 엔젤로보틱스에서 개발한 워크온 슈트처럼 하반신 마비 등 움직임에 제약을 가진 장애인들이 스스로 걷거나 이동할 수 있도록 도와주는 재활 보조형 웨어러블 로봇도 존재한다.

 

의료

로봇의 강점은 ‘정밀함’에 있다. 사람에겐 어려운 미세 작업이나 움직임도 로봇에겐 어려운 일이 아니며, 제어를 담당해줄 사람과 함께라면 능률은 배가된다. 이를 이용한 수술 의료 영역에서도 로봇은 빠르게 세를 확장하고 있는데, 그중 미국의 ‘인튜이티브서지컬(Intuitive Surgical, IS)’은 수술 로봇 분야에서 70% 이상의 점유율을 지닌 독보적인 영향력을 지닌 회사다. IS는 절개 없이 작은 구멍만 뚫어 수술을 진행하는 복강경 수술 로봇 ‘다빈치’를 최초로 상용화한 회사로 유명하다. 

인튜이티브 서지컬의 다빈치 시스템
인튜이티브 서지컬의 다빈치 시스템

다빈치는 관절과 손목 기능이 있는 소형 수술 도구와 3D 고해상도 영상 시스템을 활용해 최소침습적 방법으로 수술을 진행한다. 일반 2D 영상을 활용하는 복강경 수술과 달리 입체적인 3D 영상을 보여줌으로써 의사의 수술 시야가 넓어져 실수가 줄어들고, 사람의 손가락 같은 관절들이 있어 정밀한 움직임이 가능하다. 무엇보다 의사가 자리에 앉아 원격으로 로봇팔만 제어하면 되는 구조이기 때문에 장시간 수술에도 집중력과 체력을 최대한 유지할 수 있다는 것이 로봇 수술의 장점이다.

다빈치 제어 머신
다빈치 제어 머신

환자 역시 수술 안정성이 증가하고 절개 최소화로 회복이 더 빨라지기 때문에 다빈치와 같은 의료 로봇을 활용한 수술은 갈수록 그 범위가 커질 것으로 예상되고 있다. 현재 외과, 부인과, 이비인후과, 흉부외과, 비뇨기과 등 거의 대부분 외과 시술에 다빈치 로봇이 사용되고 있다.

이외에 IS를 추격 중인 회사로는 구글의 공동창업자 세르게이 브린과 존슨앤존슨의 CEO 알렉스 고르스키가 공동 설립한 버브서지컬(Verb Surgical)이 있다. 2017년 무렵부터 존재를 드러내 온 이 회사는 두 사람의 전폭적인 지원 아래 현재 IS와 비슷한 수준의 기술에 도달한 것으로 알려져 있으며, 특히 구글 출신인 세르게이 브린이 관여하고 있는 만큼 인공지능과 머신러닝을 결합한 새로운 형태의 수술 로봇 플랫폼을 선보일 것으로 기대되고 있다.

 

물류

물류 시장에서도 로봇의 활약상은 작지 않다. 특히 온라인 쇼핑이 일반화되고 모바일 기기 덕분에 사라진 시공간의 제약, 간편결제 서비스의 보편화 등으로 물품 판매 기업이 처리해야 하는 물류의 종류와 규모는 해마다 증가하고 있다.

현재 대부분의 물류 서비스 로봇은 AGV(Automated Guided Vehicle) 방식을 사용한다. AGV는 사람의 관여 없이 로봇 스스로 정해진 경로나 자율적인 판단에 따라 이동하며 필요한 물품을 운반하는 시스템이며, AGV 물류 로봇을 운용하고 있는 대표적인 기업이 바로 세계 이커머스 시장의 공룡, 아마존이다.

아마존은 2012년 한화로 약 1조 원을 들여 키바시스템을 인수하고 물류 로봇 키바(Kiva)를 아마존 물류센터에 도입했다. 키바는 대형 물류 선반을 통째로 싣고 이동할 수 있다. 키바 도입 전에는 직원들이 직접 필요한 물품을 찾기 위해 아마존의 거대한 물류창고를 헤집고 다니다 지쳐 관두는 일이 다반사였다고 전해지지만, 키바를 도입한 후에는 지정된 플랫폼에 가만히 서 있기만 하면 키바가 정해진 물품이 담긴 선반을 식별해 최적의 경로로 작업자에게 이를 전달함으로써 노동자의 신체적 부담이 크게 줄어들었다고 한다.

아마존 AVG 로봇 키바 (출처=아마존 로보틱스)
아마존 AVG 로봇 키바 (출처=아마존 로보틱스)

키바 도입으로 기존에 최대 90분에 달하던 물류 순환 속도는 15분 정도로 대폭 감소했으며, 선반 밑으로 이동할 수 있는 키바의 특성상 기존 통로 공간의 활용도도 50% 이상 증가해 물류 센터에 더 많은 물건을 적재할 수 있게 됐다. 게다가 키바는 비용면에서도 20% 이상의 인건비를 절감해준다. 이에 2020년 물류센터 내 키바 로봇의 수는 인간 종업원의 수를 뛰어넘을 것으로 전망되고 있다.

이 외에도 아마존은 나아가 배달을 자율주행 로봇에게 직접 맡기려는 시도도 지속하고 있다. 올해 1월에는 ‘스카우트’란 이름의 배달 로봇을 시험 도입했는데, 이 로봇은 고객이 주문한 물건을 현관 앞까지 배달해주는 서비스를 담당한다. 만약 이 시스템이 대중화되면 배달 기사는 지역에 도착 후 집마다 일일이 다닐 필요 없이 다수의 로봇을 보내는 방식으로 배달 효율을 향상하고 신체적 피로를 덜 수 있게 될 것이다. 

아마존 택배 로봇 스카우트 (사진=아마존)
아마존 택배 로봇 스카우트 (사진=아마존)

이 밖에 드론을 이용한 시범 배달도 이미 이뤄지는 중이다. 드론 배달은 무게의 제한이나 추락 위험 등, 아직 개선해야 할 점이 많지만 비행체라는 특성상 접근성이 나쁜 지역에 대한 배달이 용이해지는 장점 때문에 연구와 개발이 이어지고 있다.

한편 식당에서 손님에게 음식을 전달하는 서빙 로봇도 올해 국내에서 서비스를 시작했다. 배달의 민족은 올해 7월 송파구의 이탈리아 퓨전 레스토랑 ‘메리고키친’에서 브이디컴퍼니의 자율주행 서빙로봇 ‘푸두봇’을 활용한 로봇 서빙 서비스를 선보인다고 밝혔다. 이 로봇은 직원이 고객의 주문 테이블 번호를 입력해 음식을 얹으면 이를 매장 내 최적의 경로로 이동하며 배달하는 기능을 갖췄다.

한 번에 최대 4개의 쟁반을 적재한 채로 이동할 수 있으며, 장애물을 만나면 자동으로 회피할 수 있다. 아직은 단순히 음식물을 나르는 정도에 그치고 있지만 몇 년 후엔 직접 주문과 고객 불만을 접수하고 청소와 응대까지 가능한 서빙 로봇이 등장할 수 있을 것으로 예상된다.

배달의민족이 도입한 브이디컴퍼니의 서빙 로봇
배달의민족이 도입한 브이디컴퍼니의 서빙 로봇

이 외에도 인간과 직접 교감하는 소프트뱅크의 휴머노이드 ‘페퍼’나 실제 강아지처럼 행동하는 소니의 귀여운 반려동물 로봇 ‘아이보’ 등이 초기 단계에서 사람과 교감하며 심리적인 안정감을 제공하는 ‘감정 서비스’의 영역을 차근차근 개척하고 있다.

로봇은 인공지능과 달리 태초부터 인간을 돕고, 인간과 협업하며 인간을 편하게 해주는 존재라는 점에서 개발 목적이 확실하고 거부감이 적은 편이다. 또 서비스형 로봇은 대개 인간의 관리와 협력이 필요한 보조자의 역할이기 때문에 일자리에 대한 위협도 크지 않은 편이다. 아직은 과연 로봇이 우리를 어디까지 편하게 해줄 수 있을지, 또 로봇과 인간이 상생할 수 있는 영역은 또 무엇이 있을지 고민해볼 시기인 듯하다.

 


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