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02 – 인공지능 로봇 – 4차 산업혁명 시대를 이끌 새로운 플랫폼 – 기술과혁신 웹진
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02 – 인공지능 로봇 – 4차 산업혁명 시대를 이끌 새로운 플랫폼
(사)한국산업기술진흥협회
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[IT 칼럼] 로봇은 4차 산업혁명시대의 총아다
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“4차 산업혁명 대세는 로봇! 망설임 없이 ‘로봇캠퍼스’ 선택했죠” – 정책뉴스 | 뉴스 | 대한민국 정책브리핑
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4차 산업혁명 대응 산업용 로봇과 전문서비스 로봇 발전 방향 – 기술과혁신 웹진
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4차 산업혁명 대응 산업용 로봇과 전문서비스 로봇 발전 방향
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[국회휴먼네트워크 전문가 서평]4차 산업혁명 로봇산업의 미래
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발행물 및 보고서
[국회휴먼네트워크 전문가 서평]4차 산업혁명 로봇산업의 미래재미있고 유익한 국회소식
![[국회휴먼네트워크 전문가 서평]4차 산업혁명 로봇산업의 미래](https://naon.go.kr/content/image/2020/03/31/6805e22e-9127-461b-a80f-354c7ef16e5e.jpg)
제4차 산업 혁명 – 위키백과, 우리 모두의 백과사전
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산업 혁명[편집]
제4차 산업 혁명의 본질[편집]
각 나라의 제4차 산업 혁명의 이름 및 활동[편집]
제4차 산업 혁명의 요소 기술[편집]
참고 문헌[편집]
참조[편집]
같이 보기[편집]
각주[편집]
박진배 전주대학교 총장의 ‘4차 산업혁명과 로봇’ – 전북도민일보
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4차 산업혁명 시대를 이끌 새로운 플랫폼
02 – 인공지능 로봇 – 4차 산업혁명 시대를 이끌 새로운 플랫폼
▲ 장병탁 교수 서울대학교 컴퓨터공학부
자동차, 컴퓨터, 스마트폰에 이어 로봇이 4차 산업혁명 시대를 이끌 신성장 산업으로 부상하고 있다.
특히 환경과 사람을 보고 듣고 대화하며 행동하는 인공지능 로봇의 출현은 미래 사회에서 인간의 삶을 획기적으로 변화시킬 것으로 예상되고 있다.
이 글에서는 인공지능 로봇에 대한 글로벌 연구 동향과 미래 발전 방향을 조망하고 우리나라가 선도하기 위해서는 어떤 전략이 필요한지를 짚어본다.
들어가면서
왓슨, 시리, 알파고, 자율주행자동차 등 최근 5년 사이에 일어나고 있는 인공지능 혁신과 지능 폭발 현상은 그 이전 50년 동안의 기술 발전을 무색하게 하고 있다.
인터넷을 통해서 축적된 빅데이터와 향상된 컴퓨팅 파워를 기반으로 딥러닝 인공지능 알고리즘이 세상을 변화시키고 있다.
이러한 변화는 사물인터넷과 결합되어 앞으로는 빅데이터 인공지능 기술에 의해서 정보기술뿐만 아니라 의료, 금융, 제조, 유통 등 산업 전반을 혁신하고 나아가 사회와 인간 삶의 근본을 변화시킬 것으로 예측되고 있다.
이것이 바로 4차산업혁명이다. 4차 산업혁명은 가트너그룹이 “스마트 머신”이라고 지칭한 새로운 종의 제품과 서비스들을 등장시킬 것으로 예상되고 있다.
스마트머신 중에서도 특히 환경을 인식하고 사람과 교감하는, 즉 “보고, 듣고, 행동하는” 인지 서비스를 제공하는 인공지능 로봇은 새로운 미래 먹거리로서 다른 어떤 제품보다 그 가능성이 높은 것으로 예측된다.
인공지능 로봇이 미래 신산업으로 부상하는 이유를 사회적, 경제 산업적, 과학기술적 관점에서 살펴보면 다음과 같다.
• 미래 사회에서는 점차 업무 시간이 단축되고 여가활동이 늘어나면서 업무 효율 향상을 필요로 한다. 특히 단순 작업 수준을 넘어서 인간의 인지 능력을 보조하고 대신하는 새로운 장치와 서비스가 필요하다.
최근 상용화에 들어간 가상 비서, 퍼스널 어시스턴트, 챗봇 등의 가상 로봇이 그러한 예이며 향후 점차 신체성을 갖고 물리적인 작업도 돕는 인공지능 로봇으로 진화할 것으로 보인다.
• 경제 산업적으로 볼 때 점차 가상 세계의 인터넷/소프트웨어 산업과 현실 세계의 제조업/하드웨어 산업의 융합을 통해 신경제와 신산업이 탄생하고 있다.
1970년대 개인용 컴퓨터가 등장하면서, 그리고 1990년대에는 인터넷이 등장하면서 새로운 비즈니스 모델과 기업들이 탄생한 것처럼, 지금이 바로 가상 세계와 물리 세계가 만나면서 신산업이 탄생하고 있는 시기이다.
인공지능 로봇은 이 폭풍의 핵이 될 새로운 종의 플랫폼이다.
• 과학기술적인 면에서 볼 때 로봇과 인공지능에 대한 연구는 지난 50년 동안 꾸준히 발전하였으며 각각 산업화의 기반이 확립되었다.
이제는 이 둘이 융합할 시기이며, 산업용 로봇과 이동로봇 등 로봇 하드웨어 기술의 바탕 위에 지각 인지 행동에 대한 로봇 소프트웨어 기술을 결합함으로써 가상 세계뿐만 아니라 물리적인 세계에서도 인공지능 서비스가 가능한 체화된 인공지능 시스템이 탄생할 준비가 되어 있다.
인공지능 로봇의 형태
인공지능 로봇은 물리적 환경에 놓여서 대상 및 사람과 보고 듣고 대화하며 상호작용하면서 개인 맞춤형 서비스를 제공할 수 있는 인공지능 시스템이다.
인공지능 로봇의 형태는 다양하며 신체성(몸, Body)과 지능성(마음, Mind) 관점으로 구분할 수 있다.
신체성 측면에서 볼 때, 인공지능 로봇은 센서, 모터, 팔, 손, 다리 등의 다양한 형태의 몸을 갖추고 있으며 이를 통해서 공간을 지각하고 이동하고 물건을 조작하는 능력이 있다.
한편, 지능성 관점에서는 환경에 대한 지각 능력, 사람과의 상호작용 능력, 자율적인 계획과 판단에 의한 행동 능력이 중요하다.
여기서는 편의상 신체성 관점에서 최소의 신체성을 갖는 가상 로봇으로부터 시작하여 점차 눈, 발, 손을 가지지만 이동은 하지 않는 고정형, 그리고 여기에 공간 이동 능력을 추가한 이동형, 그리고 주변의 물건을 조작할 수 있는 능력을 보탠 조작형의 인공지능 로봇 순으로 살펴보기로 한다.
스마트폰/웨어러블 장치 기반 대화로봇과 챗봇
지난 50년 동안 인공지능 소프트웨어 기술은 눈부신 발전을 하였다.
최근 10년 사이에는 특히 인터넷과 소셜 미디어의 대중화에 힘입어 빅데이터가 쌓이고 머신러닝/딥러닝 알고리즘이 발전하고 이를 뒷받침하는 하드웨어적 컴퓨팅 파워의 증가로 인공지능 시스템의 성능이 폭발적으로 증가하고 있다.
음성인식 문제가 딥러닝 기술로 해결됨에 따라서 최근 음성 대화형 비서 로봇이 상용화 수준에 이르고 있다.
2011년에 스마트폰 앱으로 나온 애플 시리(Siri)를 필두로 지난 몇 년 사이에 마이크로소프트의 코타나(Cortana), 페이스북의 엠(M), 구글의 나우(Now) 및 어시스턴트(Assistant) 등 대화로봇/챗봇들이 등장하고 있다.
최근에는 금융 서비스를 도와주는 챗봇 형태의 로보 어드바이저, 신문 기사를 써 주는 로봇 저널리스트 등 가상 로봇들의 수가 늘고 있다.
스마트폰 대신 웨어러블 디바이스 형태로 된 인공지능 로봇 서비스도 가능하다.
손목에 차는 스마트 워치나 안경 형태의 스마트 글라스를 로봇으로 볼 경우 여기에 속한다.
웨어러블 장치 특성상 이동 중에도 센싱이 되고 항상 외부 환경에 노출되어 있기 때문에 스마트폰보다는 다양한 종류의 실세계 데이터를 수집할 수 있다.
이러한 인공지능 로봇의 예는 미래부 소프트웨어 스타랩 프로젝트로 서울대 인지로봇인공지능센터(CRAIC)에서 진행하고 있는 ALTA 웨어러블 인지로봇이 있다.
고정형 인공지능 대화 로봇
최근 스마트 스피커 형태의 음성 기반 인공지능 서비스가 등장하고 있다.
아마존은 2014년에 처음으로 에코(Echo)라는 스마트 스피커를 출시하여 음성 언어로 명령을 주면 이를 시행하는 대화 로봇을 선보였다.
2016년에는 구글이 홈(Home)이라는 스마트 스피커 디바이스를 선보였고 국내에서도 SKT가 누구(Nugu)라는 음성 기반 인공지능 스피커를 출시하였다.
MIT에서 창업한 지보라는 회사에서는 시각 기능까지 가진 대화형 로봇을 개발하고 있다.
지보(Jibo)는 스피커형의 로봇보다 한발 더 진화한 소셜로봇으로 카메라를 장착하고 고개를 돌릴 수 있어 주변 상황을 인식할 수 있다.
특별한 형태의 인지로봇은 사람과 같이 아주 미세한 얼굴 표정을 지을 수도 있다.
핸슨 로보틱스에서 만든 인간형 얼굴 로봇인 소피아(Sophia)는 눈동자, 눈썹, 입, 입술, 안면 근육 움직임을 통해서 거의 인간의 표정과 유사한 얼굴 표정을 연출할 수 있다.
이동형 인공지능 로봇
바퀴나 다리를 가지고 공간을 이동할 수 있는 로봇은 그 서비스의 범위가 고정형 로봇보다 뛰어나다.
독일의 프라운호퍼 연구소에서 만든 Care-o-bot과 윌로우 가라지에서 제작한 PR2 로봇이 그러한 예이다.
일본의 소프트뱅크 로보틱스는 프랑스의 알데바란을 인수하여 이동형 소셜로봇 페퍼(Pepper)를 상용화하였다. CMU의 Cobot과 Microsoft의 안내 로봇은 입구에서 손님을 맞이하여 사무실까지 안내를 할 수 있다.
세비오키의 대쉬(Dash), 유진로봇의 터틀(Turtle), 블루 프로그의 버디(Buddy), 더블 로보틱스의 더블(Double), 써로마인드 로보틱스의 오페어(Aupair) 등 모바일 플랫폼 기반의 다양한 지능형 로봇들이 최근 등장하고 있다.
이러한 로봇은 가정, 상점, 호텔 등 넒은 공간에서 다양한 서비스를 제공할 수 있다.
시각능력을 갖고 언어를 통해 사람들과 소셜한 대화를 수행할 수 있어 안내원 역할을 할 수도 있다.
다른 한편, 사람처럼 걷는 보행 로봇도 연구되고 있다.
일찍이 혼다에서 개발한 아시모(Asimo)는 평지와 계단에서의 이족 보행 능력을 데모하였다.
보스턴 다이나믹스에서는 이족 보행 로봇 아틀라스(Atlas)를 개발하여 눈이 쌓인 숲과 언덕을 넘어지지 않고 걸을 수 있음을 데모하였다.
조작형 인공지능 로봇
궁극적으로 인공지능 로봇은 팔과 손과 손가락을 가지고 물건을 잡고 조작할 수 있는 능력을 가질 것이다.
뮌헨공대와 브레멘 대학에서는 부엌에서 요리를 하는 키친 로봇을 연구하고 있다.
PR2와 쿠카 팔 로봇을 이용하여 소시지를 데워서 썰어서 아침을 서빙하거나 팝콘이나 피자를 만들어 주는 로봇을 데모하였다.
손과 손가락의 기구학적 발전과 센서 기술이 상대적으로 발전이 늦어서 아직까지 마음대로 물건을 들어 조립하거나 조작하는 것을 할 수 있는 로봇이 많지 않다.
현재는 많은 로봇들이 물건을 잡을 때 두 개의 손가락을 밀어서 물건을 사이에 넣고 있으나, 손가락 마디가 있어서 여러 개의 손가락을 이용하여 물건을 잡는 로봇 손이 개발되고 있다.
또한 조작은 미세한 힘과 압력을 느끼는 센서 기술을 필요로 한다. 최근 부드러운 물건을 잡을 수 있는 소프트 로봇 기술도 발전하고 있다.
4차 산업혁명과 로봇산업
* 이 칼럼은 대한전자공학회지 45권 9호(2018년 9월)에 게재된 특집 ‘4차 산업혁명 시대의 로봇산업’ 중 필자가 작성한 원고를 전재하는 것 입니다.
원문링크: http://ieieimages.ieieweb.org/Journal/Ebook/IEEK_Magazine/4509201809/EBook.htm
4차 산업혁명과 로봇산업
1. 서론 4차 산업혁명이라는 단어는 이제 우리 산업계에서 빼 놓을 수 없는 중요한 화두가 되었다. 4차 산업혁명이라는 단어를 사용하지 않으면 어느새 현대 정보화 사회에 뒤쳐져 있는 것처럼 느껴질 정도로 빠른 시간안에 일반화 되어 버렸다. 하지만 이 단어는 저마다 각기 다른 시각에서 목소리를 내고 있기 때문에 서로 생각하는 바가 다르고 지향하는 목표가 다를 수 있다. 그러다 보니 아직 4차 산업혁명에 대한 정확한 개념조차 일반화되어 있지 않다고 볼 수 있다. ㆍ
18세기 중반 증기기관의 발명으로 시작된 1차 산업혁명부터 19세기 말 전기의 상용화로 촉발된 2차 산업혁명 그리고 디지털 기술과 첨단 IT기술 도입으로 20세기 중반부터 시작된 3차 산업혁명은 모두 인류 발전에 크게 기여한 사건으로 우리가 경험을 통해 나중에 붙여진 이름이다. 하지만 지금의 4차 산업혁명이라는 단어는 우리가 전혀 경험해 보지 않은 새로운 세상을 일컫는 용어다. 정보통신기술(ICT)의 융합으로 이뤄지는 차세대 산업혁명, 실재와 가상의 통합으로 사물들을 자동·지능적으로 제어하는 가상물리 시스템 구축의 시대가 4차 산업혁명 시대이다.
원래 산업혁명이란 말은 기술발전에 따른 사회변화를 설명하기 위해 사용됐다. 우리가 잘 알다시피 4차 산업혁명이라는 단어는 2016년 초 스위스 알프스의 조그마한 산골 스키 리조트인 다보스(Davos)에서 개최되는 세계경제포럼에서 클라우스 슈밥 세계경제포럼 회장이 4차 산업혁명이란 화두를 던지면서 세계적인 주목을 받았다. 인공지능과 로봇, 빅데이터와 클라우딩, IoT(사물인터넷)를 비롯해 3D 프린팅과 퀀텀 컴퓨팅, 나노, 바이오 기술 등 거의 모든 지식 정보 분야에 걸친 눈부신 속도의 발전이 지금의 제4차 산업혁명을 이끌고 있다. 여기서 우리가 주목할 것은 바로 ‘눈부신 속도의 발전’이다.
4차 산업혁명의 큰 특징은 과거에 인류가 경험했던 어느 산업혁명보다도 더 광범위한 분야에 걸쳐 눈부시게 빠른 속도록 진전될 것이라는 것이다. 산업혁명은 통상적으로 인간에게 경제적 풍요를 가져오지만, 다른 한편에서는 자동화로 인해 사람들이 실업의 불안과 고통에 시달리게 된다는 의미일 수 있다.
4차 산업혁명의 핵심 키워드 중 대표적인 것으로 로봇을 꼽을 수 있다. 로봇이라는 용어는 원래 체코어로 로보타(Robota)에서 유래한 말로 ‘일하다’ 혹은 ‘강제노동’의 뜻으로 사용되었고, 1921년 체코의 희곡작가 카렐 차페크(Karel Capek)가 쓴 희곡 ‘로섬의 유니버설 로봇(Rossum‘s Universal Robot)‘에서 처음 사용되었다. 여기에서는 로봇을 노동자처럼 일하는 기계로 표현하였다. 이러한 로봇이라는 단어가 탄생한 것이 아직 100년도 채 되지 않았다. 그러나 로봇은 이제 우리 사회에서 그리고 인간의 삶에서 떼어 놓을 수 없는 중요한 도구가 되어 버렸다.
2. 산업용 로봇 시장과 관련 산업 분야
1961년 미국 제너럴모터스(GM)는 유니메이션사의 산업용 로봇 유니메이트를 대량으로 구입하여 뉴저지공장 생산라인에 배치함으로서 자동화 공장과 로봇산업이 시작되었다.
그리고 1967년 일본 가와사키중공업이 유니메이션사의 산업용 로봇 유니메이트를 일본에서 생산할 수 있는 라이센스를 획득하게 되고 이를 통해 일본 로봇산업이 시작되었다. 이후 50년이 지난 지금 일본은 세계 산업용 로봇 시장의 최강자로 굳건히 자리를 지키고 있다.
우리나라는 지금으로부터 약 40년전인 1978년 현대자동차 울산공장에 일본 도요타의 다점용접 로봇이 도입되면서 로봇산업이 시작되었다. 이러한 발전을 거쳐 현재 다양한 산업 분야에 로봇이 도입되어 사용되고 있다. 로봇관련 산업분야는 너무 다양하다. 이는 그 만큼 로봇이 다양한 산업에 일반화 되어 있다는 의미이다. 로봇산업 분야는 제조업, 서비스업으로 구분이 가능하다. 로봇 융합 산업 분야는 나노, 바이오 산업 등 첨단산업, 예술 문화 분야, 농축수산업에 적용된 로봇 기술을 들 수 있다. 로봇 응용 산업 분야로는 전기자동차, 무인자동차, 무인비행기, 엘리베이터산업, 건설기계산업, 공작기계산업, 재활산업, 헬스케어 등 건강산업, 병원기기 사업, 사회안전보안 시스템 산업 등 모두 열거하기조차 어렵다. 2016년 기준 전세계 로봇 시장은 204억불로 제조용 로봇과 서비스용 로봇의 비중은 6:4 수준이다. 국내 대기업의 연간 매출 규모와 비교해도 매우 작은 시장이다. 국제로봇연맹(IFR)이 발표한 자료에 따르면 2018년 전세계 산업용 로봇 판매 예상 대수는 약 378,000대이다. 산업용 로봇은 주로 자동차, 전기전자, 금속, 화학·고무·플라스틱, 식음료 순으로 사용되고 있으며, 자동차, 반도체, 디스플레이 등의 주요 산업에서 이제 로봇 없는 공장을 상상 할 수 없다.
IFR은 세계 산업용 로봇의 Big5로 중국, 한국, 일본, 미국, 독일을 꼽으며 전세계 산업용 로봇 시장의 74%를 이들 5개 국가가 차지하고 있다고 분석했다. 세계 산업용 로봇 시장은 매년 연평균 14% 성장해 2020년이면 300만대가 넘는 로봇이 전세계 산업 현장에서 운용될 것이라고 예측했다. 2017년 기준 전세계 산업용 로봇시장의 32%가 중국에 공급되고 있으며, 2020년이면 40%에 이를 것이라는 분석이다.
3. 제조업 현장에서의 산업용 로봇 변화 양상 최근 제조업 현장에서 로봇의 세대 교체 현상이 두드러지게 나타나고 있으며 글로벌 제조업 생산 시스템 전반에 걸쳐 변화의 바람이 거세게 일고 있다. 월스트리트저널은 생산 현장의 세대 교체 현상을 중심으로 산업용 로봇의 변화 양상을 다음과 같이 분석했다. 경량화, 이동성 강화 등 새로운 로봇의 등장 로봇의 세대 교체 바람은 ‘지능화’, ‘이동성 강화’, ‘협업 능력 제고’, ‘적용 분야 확대’ 등을 특징으로 한다. 과거 생산 현장에 도입된 로봇은 덩치가 크고 현장 작업자에게 위협적인 존재였다. 로봇 팔을 움직이다보면 자칫 작업자에게 해를 끼칠 수도 있다. 또 작업도 용접, 도색, 무거운 제품 옮기기 등 하나의 작업만 수행하는 경우가 많았다. 하지만 최근 도입되는 산업용 로봇은 사람에게 위협적인 존재가 아니다. 또 처리할 수 있는 일도 항공기 제작부터 스마트폰 제조까지 다양해졌다. 하나의 작업만 수행하는 것이 아니라 복수의 작업을 수행할 수 있는게 중요한 특징이다. 로봇 가격이 하락하고 접근성이 좋아지면서 대규모 제조업체 뿐 아니라 소규모 공장들도 로봇을 도입할 수 있는 여건이 마련됐다. 로봇 가격의 하락으로 그동안 고임금 문제로 중국 등 동남아나 멕시코 등 남미 지역으로 생산 공장을 옮겼던 미국 제조업체들도 미국 본토에 산업용 로봇을 적극 도입해 인건비 부담을 줄일 수 있게 됐다. 자동차 공장에도 새로운 로봇 도입 바람 자동차 산업은 산업용 로봇 도입이 가장 일반화 되어 있다. 자동차 산업계는 용접, 도색, 접합, 차체 이동 등 단순 분야에 로봇을 도입하고 있다. 보다 정교한 조립 공정은 숙련 노동자에 의존하는 경향이 뚜렷하다. 특히 소형 부품 조립이나 배선 작업 등은 로봇이 하기 힘든 영역이었다.
협업 능력의 제고 ‘협동 로봇’의 도입도 생산 현장의 큰 변화 중 하나다. 과거 산업용 로봇은 작업자의 근처에 위치해 작업자를 위협하는 일이 많았다. 세심한 주의를 기울이지 않으면 강철로 만들어진 로봇 팔에 작업자가 다치기 십상이다. 하지만 최근 등장한 협동 로봇은 카메라, 소나 등을 채택해 작업자의 위치를 확인할 수 있다. 사람이 로봇 가까이 있으면 작업 속도를 낮추거나 아예 작동을 멈춘다. 로봇이 정교한 작업에 투입되는 사례들이 속속 나타나고 있다. 미국내 JCB 레보러토리는 미국 켄터키주 공장에 주사기에 약물을 투입하고 마개를 씌우는 작업을 수행할 수 있는 로봇을 도입했다. 사람보다 작업 속도가 5~6배 빠르다고 한다.
로봇을 도입하는 분야가 확대되고 있는 것도 주목할만한 현상이다. 최근 시계, 면도, 칫솔, 장난감 제조 분야에서도 로봇 수요가 증가하고 있다. 4. 제조업 현장에서의 산업용 로봇 도입 사례
앞에서 언급했듯이 산업용 로봇은 주로 자동차, 전기전자, 금속, 화학·고무·플라스틱, 식음료 그리고 반도체, 디스플레이 등의 주요 산업에서 주로 사용되고 있다. 이 장에서는 이러한 산업에서의 로봇 도입 사례를 살펴보고자 한다.
(1) 자동차 산업
그동안 자동차 회사는 로봇과 자동화를 가장 앞장서 도입한 선구자였으며 로봇 업계의 가장 큰 고객이기도 하다. 2016년 자동차 공장에는 총 1만 7600대의 로봇이 배치됐는데 이는 전자 제품 제조 분야 5100대, 금속 생산 분야 1900대에 비해 상당히 많은 물량이다.
포드자동차는 독일 쾰른에 있는 포드 자동차 생산공장 ‘피에스타’의 쇼크업소버(속칭 쇼바) 조립공정에 협동 로봇을 설치해 근로자들과 함께 작업할 수 있도록 했다. 생산 근로자가 로봇을 활용해 쇼크업소버를 들어올리고 설치하고 있다. 아우디 벨기에 공장도 왈트(Walt)’라는 로봇을 도입했다. 사물을 인식하고 상태를 알려주는 반원통형 디스플레이 장치가 달려 있다. 작업자를 향해 웃음을 짓거나 작업자의 제스처에 반응한다. 반원통형 장치는 작업장에서 사람과 소통하는 역할을 한다. 반원통형 디스플레이를 장착한 것은 로봇과 작업자간에 자연스러운 소통을 보장하고 작업자가 로봇에 보다 친근하게 접근할 수 있도록 하기 위한 것이다.
GM 공장에서는 로봇이 스페어 타이어를 쌓고 시보레 소닉과 뷰익 베라노스 안에 뜨거운 접착제를 삽입한다. 또 사우스캐롤라이나 스파르탄버그에 있는 BMW AG 공장에서도 로봇이 문과 앞유리를 설치하는 작업에 투입된다. 프랑스 클레옹에 있는 르노자동차 공장은 유니버설 로봇의 산업용 로봇을 도입해 엔진에 나사 조이기를 하는 공정 등에 투입하고 있다. 자동차 부품이 올바르게 들어갔는지 검사하는 작업도 수행할 수 있다.
(2) 가전 산업 독일 로봇업체인 쿠카 로보틱스는 식기세척기 안에 튜브를 설치할 수 있는 로봇을 개발했다. 쿠카의 로봇은 ‘힘 토크’ 센서를 활용해 부품이 제대로 설치됐는지 검사할 수 있다. 마치 사람이 작업하는 것 처럼 부품을 살짝 살짝 움직이면서 고정할 수 있다.
가전 업체 월풀(Whirlpool) 공장에서는 채피(Chappy)라고 불리는 로봇 노동자가 사람들과 함께 일한다. 드라이어를 생산하는 공장의 경우 노동자들은 팔 하나로 반복적인 일부 업무를 수행하며 자신들의 일을 도와주는 채피의 매력에 흠뻑 빠졌다. 그 이유는 작업자가 자기 일을 하면서 채피로부터 많은 도움을 얻고 있기 때문이다.
(3) 항공기 산업
숙련공에 의지하던 항공기 공장에서 최근 로봇이 대두되고 있다. 일본 미쯔비시중공업은 항공기의 동체를 만드는 공정에 처음으로 로봇을 도입하였다. 히로시마시 에바 공장에 신설하는 미국 보잉의 차세대 대형기 “777X” 후방 동체의 생산 라인이다. 로봇은 항공기의 외부를 덮는 금속 패널을 나르고 구멍을 뚫고 패널 완성 검사도 한다. 세계 최대 비행기 제조업체 보잉사도 비행기 동체 조립에 로봇을 활용한다. 로봇들은 전통적으로 생산 근로자들이 해왔던 6만여 개 이상의 조임쇠를 드릴 작업을 해서 채우는 일들을 벌이고 있다. 항공기 제작업체들은 생산댓수가 적은데다 생산 시간도 오래 걸려 로봇과 자동화 시스템 도입이 상대적으로 더디게 진행됐다. (4) 플라스틱 산업 사출성형기에서 플라스틱 제품을 성형 틀에서 취출하는 작업과 플라스틱 액체 주입의 흔적을 깎아내는 게이트 컷팅 작업은 기존에는 별도로 이루어지던 작업이지만 이러한 작업을 하나의 로봇을 통해 통합적으로 관리할 수 있다. 뿐만 아니라 식품 〮포장 산업을 위한 용기 사출 및 포장 작업도 가능하다. 직교로봇이 취출한 플라스틱 용기를 쿠카의 저(低) 가반하중 로봇인 사이버테크 나노(KR CYBERTECH NANO – KR10 R1420)가 컨베이어 벨트로 이송한다. 그 후 랩핑작업이 끝난 완제품을 쿠카의 소형로봇 쿠카 아길러스(KR AGILUS, KR10 R110sixx)가 박스에 넣는 작업을 함으로써, 올인원 턴키 라인(Turn-Key Line)이 가능하다.
(5) 화장품 산업
일본 화장품 업체 시세이도(SHISEIDO.資生堂)가 화장품을 생산하는 카케가와 공장에 인간형 로봇을 시험 도입했다. 파운데이션의 박스 포장 등에 두 개의 팔과 카메라를 가진 양팔 로봇을 활용한다. 공장에 인간형 로봇 도입은 화장품 업계에서 처음이다. 인간형 로봇 도입으로 재질이나 경도가 다른 설명서나 스폰지를 하나의 상자에 포장하는 등 기존 산업용 로봇에서는 처리할 수 없었던 섬세한 작업을 할 수 있다. 립스틱이나 화장수 생산에도 로봇 활용을 검토하고 있다. 화장품은 식품, 의약품과 함께 자동화가 늦어지고 있는 분야이다. 하지만 소비자의 요구가 다양해지고, 소량 다품종화가 늘어나면서 복잡해지는 생산에 대한 대응이 매우 중요한 과제가 되고 있다.
(6) 신발 산업
로봇이 생산한 운동화도 출시되었다. 독일의 자동화된 아디다스 공장 스피드팩토리(Speedfactory)에서는 러너들을 겨냥한 새로운 신발 AM4 생산에 처음으로 로봇을 투입한 것이다. 소비자가 함께 참여하고 로봇이 제작하는 AM4는 도시별 특화 모델로 탄생한다. 아디다스의 1만 5000 평방피트 규모의 스피드 팩토리는 연간 최대 50만 켤레의 신발을 생산하게 된다. 7만 4000 평방피트에 이르는 두 번째 시설도 조만간 미국 애틀란타에 문을 연다. 첨단 제조 기술을 보유한 미국 공장을 추가함으로써 색상, 소재 및 크기면에서 복잡하고 향상된 대규모 생산을 이뤄낸다는 방침이다. (7) 부품
애플이 폐기된 아이폰을 재활용하기 위해 도입된 로봇 ‘리암(Liam)’도 있다. 리암은 21개의 작업대에 설치되어 운영되고 있으며, 컨베이어 벨트내에 총 29개의 상이한 로봇들이 설치되어 있다. 한 대의 아이폰을 분해하는 데 11초가 걸리며 총 8개의 부품으로 분류된다. 리암은 분리된 부품들을 분류해 처리하는 역할도 한다. 애플은 장기적으로 아이폰의 모든 부품들을 재활용하겠다는 야심찬 목표를 갖고 있다.
자동차 부품회사 델파이(Delphi)는 내구성 테스트에 로봇을 이용하고 있다. 진동을 크게 한다든지 온도를 높였다 내렸다 하는 등 가상 주행 환경 하에서 반복적 테스트를 실시한다.
(8) 의류 산업
미 아틀란타 지역에 위치한 스타트업 기업인 ‘소프트웨어 오토메이션’은 의류를 제조할 수 있는 로봇을 개발해 의류 생산 라인에 의류 제조용 로봇을 투입할 계획이다. 대표적으로 저임금 노임에 의존했던 의류산업 분야에도 로봇 도입 바람이 서서히 일고 있는 것이다. 이 로봇을 도입하면 저임금 국가에서 의류를 만드는 것이 아니라 고임금 국가인 미국, 유럽 등에서도 의류생산이 충분히 가능해진다.
5. 산업용 로봇과 4차 산업혁명 기술과의 융합 최근 로봇업체들이 클라우드 플랫폼과 빅데이터, 그리고 인공지능 기술을 활용해 새로운 로봇 플랫폼을 구축하고 있다. (1) 클라우드
세계 최대 산업용 로봇 업체인 일본 화낙은 전세계 40만대에 달하는 산업용 로봇을 연결하는 프로젝트를 추진하고 있다. 자사가 공급한 산업용 로봇의 운영 데이터를 클라우드 시스템을 통해 수집하고 분석하겠다는 목표다. 수집된 데이터는 딥러닝 기술을 활용해 분석된다. 화낙의 산업용 로봇에는 센서가 부착되어 있어 로봇의 발열 상태, 운행 주기, 관리자의 활동 등에 관한 데이터를 수집해 클라우드 시스템에 보낸다. 이를 통해 사고가 발생하기 전에 신속하게 부품을 교환하고 정비 일정을 짤 수 있다.
최근 HRG(HIT ROBOT GROUP:하얼빈공대 로봇공학그룹)는 ‘로봇 스마트 클라우드 서비스 플랫폼’을 정식으로 공개했다. 클라우드에서 공장 로봇의 운영 상태를 확인할 수 있으며 로봇 데이터를 수집 및 분석, 시각화하고 저장한다. 공장 생산라인의 원격 제어가 가능하며 고장 진단과 효율 최적화도 가능하다. 로봇 스마트 클라우드 서비스 플랫폼은 자동으로 로봇의 실시간 데이터를 채집한다. 로봇 행위 정보와 공장 생산라인 정보를 같이 보여주면서 공장의 업무 제어를 위한 데이터를 지원한다. 로봇이 운영 중 고장이 날 경우 플랫폼에서 실시간 보고를 받을 수 있다.
야스카와전기도 산업용 로봇 클라우드 서비스를 출시했다. 산업용 로봇을 대상으로 로봇의 이력에 관한 정보를 유지 관리해주는 클라우드 지원 서비스 ‘모토맨 클라우드’가 그것이다. 로봇의 기종 정보, 연락처 기록, 부품 교환 이력 등 산업용 로봇 개별 정보를 클라우드에 올려놓고 사용자와 야스카와 직원이 열람할 수 있다. 로봇에 문제 발생시 로봇 제어반 및 프로그래밍 펜던트에 표시되는 QR코드를 스마트 폰으로 가져와서 문의 및 유지 보수 업무를 보다 신속하게 처리할 수 있다. 문제가 발생하면 신속하게 대응하고 가동 중단 시간을 줄일 수 있다.
미국 자동차 제조업체인 GM 역시 디트로이트 근처 공장내 로봇을 클라우드 시스템에 연결해 운영하고 있다. 이 시스템은 로봇 뿐 아니라 컨베이어 벨트 머신, 온도시스템 등으로부터 데이터를 전송받는다.
의료용 운반로봇 터그(TUG) 개발업체 아이톤(Aethon)은 140여개 병원에 400대의 TUG를 공급했다. 아이톤은 지난 2013년부터 클라우드 관제센터를 운영하고 있다. 클라우드관제 센터에선 TUG의 모니터링과 지원 업무를 담당하고 있다. 이상이 발생하면 바로 클라우드 관제센터에서 처리할수 있도록 했다.
(2) IoT(사물인터넷)
스위스 산업용 로봇업체인 ABB는 고객들에게 ‘커넥티드 서비스’라는 최적화 소프트웨어 패키지를 공급하고 있다. 고객들이 관리하고 있는 산업용 로봇을 1년 365일 24시간 모니터링할 수 있는 솔루션이다. 아직 전세계적으로 산업용 로봇을 관리하는 단계는 아니다.
일본 로봇 자동화업체인 오므론이 고장 예지 기능을 탑재한 스카라 로봇 ‘i4 시리즈’를 판매한다. 이 로봇은 모터·감속기 등의 작동 및 가동 시간 정보를 이용해 로봇의 상태를 시각화했다. 로봇이 동작을 멈추기 전에 유지보수를 하도록 제안한다. 일본 ZMP는 사물인터넷 기술(IoT) 기반 물류지원 로봇을 개발해 출시했다. ZMP의 물류 지원 로봇 ‘캐리로(CarriRo)‘에 톳판인쇄의 RFID 기술, SAP의 클라우드 통합 업무 패키지(ERP)를 결합해 개발한다. 물류 로봇에 RFID 태그를 붙여 재고의 실시간 관리를 가능하도록 하겠다는 목표다. 제너럴모터스(GM)도 수 천 대의 공장 로봇을 인터넷에 연결해 지연시간 감소 등 이미 큰 효과를 보고 있는 것으로 나타났다. 2년 동안 GM은 클라우드의 외부 서버로 보낸 데이터를 분석해 차량 조립 로봇의 실패를 100회 이상 줄인 것으로 파악됐다. GM은 네트워크 연결성을 강화함에 따라 조립 라인이 중단되거나 로봇 교체로 인해 작업 지연이 빚어지는 상황을 획기적으로 줄였다고 밝혔다. GM은 부품을 공장에 보관하지 않고도 인터넷 모니터링을 통해 부품이 손상되었다고 판단하면 부품을 바로 주문할 수 있다.
(3) 인공지능
일본 로봇 및 자동화 전문업체인 ‘화낙(FANUC)’이 산업용 로봇에 인공지능 기술을 접목했다.
심화강화학습(Deep reinforcement learning)‘ 방법을 적용해 새로운 작업을 가르치는 연구를 진행하고 있다. 화낙은 심화강화학습이라는 기술을 통해 산업용 로봇에게 훈련시키고 있는 작업은 많은 물건을 쌓아놓은 상자에서 물건을 집어 다른 곳으로 움직이는 것이다. 또한 화낙은 인공지능(AI)과 IoT(사물의 인터넷) 기술을 적용한 아무렇게나 흩어져 있는 부품 더미에서 특정 부품을 집을 수 있는 피킹 시스템을 제공할 계획이다.
미쓰비시전기도 AI 로봇을 이용해 산업용 로봇의 유지보수를 예방 차원에서 효율화할 수 있는 로봇 관절의 모터 전류로부터 얻어지는 파형을 AI로 분석할 수 있는 기술을 개발했다. 예를 들어 감속기의 마모에 의한 진동을 모터의 움직임으로 파악해 고장나기 전에 수리하는게 가능하다.
가와사키중공업 역시 AI를 활용해 숙련작업을 자동화할수 있는 로봇 시스템을 개발했다. AI를 통해 로봇을 보다 쉽게 다룰 수 있도록 적용 범위를 넓히기로 했다. 가와사키중공업의 로봇 시스템은 숙련자가 전용 조작장치로 로봇을 원격 조작하면, 조작 장치에 감각적으로 작업 방법이 기억된다. 여러 차례 작업을 반복적으로 하다보면 AI의 학습 수준이 높아지면서 궁극적으로는 사람의 원격 조작없이 로봇 스스로 작업할 수 있게 된다. 자동차 시트 조립 등에 활용한다는 계획이다.
일본 미쓰비시가 미국 IBM과 공동 개발하고 있는 검사용 인공지능(AI) 로봇도 있다. 이 인공지능 로봇은 자동차 부품 등이 순서에 맞게 나란히 있지 않더라도 로봇팔이 부품에 접근해 양호한 제품과 불량한 제품을 구분할 수 있다. 그동안 숙련 노동자들이 육안으로 해오던 검사 관련 지식을 AI에 이식해 로봇이 자동으로 수행할 수 있다.
(4) 증강현실(AR)
일본 산업용 로봇업체인 ‘도시바기계’가 증강현실(AR) 기술을 이용해 산업용 로봇의 유지 보수 작업을 원활히 할 수있는 시스템을 개발했다. 태블릿 PC 화면에 유지보수 작업 방식이 컴퓨터 그래픽(CG) 등 형태로 나타난다. 문서로 이뤄진 절차서 등을 이용하지 않고도 현장의 작업자가 쉽게 유지보수 업무를 진행할 수 있다. 이 시스템은 단말기에 설치된 카메라를 통해 로봇을 화면에 비추면 이해하기 쉽도록 실제 이미지와 CG 등으로 유지보수 절차를 설명해 준다. 유지보수업무 빈도가 높은 인코더 배터리 교체 작업 등이 주요 대상이다. 커버의 개폐, 커넥터 분리, 나사 조이기 등 작업 흐름에 따라 유지보수 방법과 대상 부분이 명시된다. 5. 전망과 결론 앞에서 살펴 보았듯 산업용 로봇이 전통적인 형태에서 벗어나 새로운 형태와 구조, 분야를 모색하기 시작했다. 기존의 천편일률적 형태에서 벗어나 다양한 4차 산업혁명 기술들과 융합되면서 보다 유연한 형태로 빠르게 진화하고 있다. 4차 산업혁명 관련 주요 기술들과의 융합을 통해 향후 세계 로봇산업은 새로운 형태의 로봇 산업 발전을 촉진할 것이다. 이 같은 새로운 형태의 융합들이 산업용 로봇 시장에 또 제조업 현장에 어떠한 변화의 바람을 몰고올지 주목된다.
제조기업은 인공지능, 클라우드, IoT, 빅데이터와 로봇기술의 비약적인 발전 등을 종합적으로 고려해 산업용 로봇 도입에 관한 종합적인 전략 계획을 수립해야 한다. 전략 계획에는 로봇 애플리케이션의 전적인 도입, 재무 조정(financial justification)의 방법론, 근로자의 훈련 계획, 공장내 다양한 기계 시스템에 대한 인터페이스, 데이터 수집에 관한 인터페이스, 제품 설계와 부품 공급업체에 대한 영향, 주요 기술의 변화에 대한 대응 등에 관한 내용이 포함되어야 한다. 이러한 변화에 맞춰 시장의 요구에 부응할 수 있도록 최적의 로봇을 도입한 업체가 승자가 될 것이다. 참고문헌
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28. 정원영, “현대重, 선박 건조에 로봇 적용…年 100억원 절감”, 로봇신문, 2018. 3. 5,
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29. 로봇신문, “화낙, IoT 활용 FA 및 로봇 감시 솔루션 출시”, 로봇신문, 2015. 8. 13, http://www.irobotnews.com/news/articleView.html?idxno=5494
30. 장길수, “일본 ZMP, 사물인터넷 기반 물류 로봇 내년 출시”, 로봇신문, 2016. 9. 5
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31. 조인혜, “GM, 산업용 로봇 수천대 인터넷 연결”, 로봇신문, 2017. 4. 7,
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32. 로봇신문, “일본 화낙, 산업용 로봇에 ‘딥 러닝’ 기술을 입힌다”, 로봇신문, 2015. 6. 12, http://www.irobotnews.com/news/articleView.html?idxno=5077
33. 장길수, “화낙, 산업용 로봇에 딥러닝 기술 적용”, 로봇신문, 2016. 3. 23,
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34. 장길수, “엔비디아와 화낙, 스마트 팩토리 분야에서 손잡았다.”, 로봇신문, 2016. 10. 6,
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35. 장길수, “일본 산업용 로봇 업계, 인공지능 기술 도입 활발”, 로봇신문, 2017. 12. 3, http://www.irobotnews.com/news/articleView.html?idxno=12396
36. 장길수, “미쓰비시-IBM, 검사용 인공지능 로봇 개발”, 로봇신문, 2018. 5. 3,
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37. 로봇신문, “로봇 유지보수에 증강현실 기술 활용한다”, 로봇신문, 2015. 12. 27,
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38. 장길수, “로봇 자동화로 종착지에 다가선 산업화 시대”, 로봇신문, 2016. 12. 7,
http://www.irobotnews.com/news/articleView.html?idxno=9320
[IT 칼럼] 로봇은 4차 산업혁명시대의 총아다
석호익 동북아공동체ICT포럼회장/한국디지털융합진흥원장
자율주행 기반 로봇이 우리 생활에 빠르게 다가오고 있다. 5G기반 클라우드 로봇, 엔터테인먼트 로봇 등 다양한 로봇기술이 등장하고 있다. 로봇이 4차 산업혁명의 총아로 부상되면서 4차 산업혁명 신기술(AI, 5G 등)과 로봇의 접목으로 로봇의 스마트화가 비약적으로 진전되고 활용 분야도 급속도로 확대 중에 있다.
로봇은 1960년대 상업용으로 개발돼 현재까지 다양한 산업현장에서 생산을 극대화하고 있다. 최근에는 우주를 탐사하고, 인간 형태를 갖춘 휴머노이드(Humanoid) 로봇과 인공지능(AI) 기반 자율로봇으로 진화하고 있다. 아마존 같은 거대 전자상거래 업체들이 개발에 나섰고, 많은 국가에서는 이미 상용화에 들어갔다. 대기업은 물론 스타트업도 자율주행 로봇 대열에 속속 합류하고 있다.
코로나19 영향으로 비대면 전자상거래가 비약적인 발전을 보이면서 자율주행 물류 로봇 상용화가 빨라지고 있다. 음식점과 호텔 등에서 자율주행 배달 로봇은 더 이상 낯설지가 않다. 과거 공상과학(SF) 영화에서 볼 수 있었던 로봇이 일상생활에 깊숙이 침투했다. 통신과 소프트웨어, 그리고 제어기술과 센서 등 다양한 첨단 요소기술이 융합된 로봇의 진화가 빨라지고 있다.
코로나19 여파로 로봇 시장도 성장세가 가파르다. 국제로봇연맹은 글로벌 서비스 로봇 시장 규모가 2019년 161억 달러(약 19조 6000억원)에서 2022년에는 506억 달러(약 61조 8000억원)로 세 배 이상 커질 것으로 전망했다. 럭스 리서치(Lux Research Inc)는 2030년 배달로봇의 전체 배송물량 처리 비중은 20%를 차지하고, 로봇 시장 규모는 50조원으로 전망하고 있다.
향후 로봇은 노동 및 고령화 사회문제 해결 등 인간의 삶의 질 향상에 기여할 것으로 기대된다. 21세기에는 사회복지 및 삶의 질 향상에 대한 인간의 욕구 증대와 고령화 사회 시대와 함께 사회적 부작용으로 나타날 인간의 고립화 현상이 증대되므로 이런 사회적 문제의 해결 방안으로 인간과 공존하는 지능형 서비스 로봇도 뜨고 있다.
미국 정부는 2011년 제조업 부흥에 로봇을 활용하는 ‘첨단제조 파트너십’ 계획을 발표했고 2013년에는 ‘인간-협업 로봇’에 중점을 두고 R&D에 22억 달러를 투자했다. 2014년 11월에는 미국 국립과학재단이 ‘인간-협업 로봇’ 개발과 사용촉진에 3150만 달러의 재정지원책을 내놓으며 로봇산업을 적극 육성 중이다.
중국은 글로벌 1위의 내수 시장을 보유, 적극적인 정부 지원을 통한 산업 발전을 도모하고 있다. 중국 산업로봇 시장은 이미 2013년 미국, 일본을 제치고 글로벌 1위로 등극했으며 성장속도 또한 가장 빠른 로봇 시장으로 부상 중이다.
일본은 지난 2018년 3억 5100만 달러를 투자하는 ‘신로봇전략’을 발표했다. 유럽은 ‘워크 프로그램(Work Program)’을 수립해 인공지능, 인지 메카트로닉스, 사회적 인간-로봇 상호작용 등 핵심 분야에 투자했다. 투자 규모는 총 1억 7300만 달러에 달한다.
이러한 흐름에 맞춰 우리 정부도 국가적 재난현장에 로봇을 투입해 피해를 줄이고, 인명을 보호할 수 있는 기술을 개발 중이다. 지난 2016년 4차 산업혁명시대에 대비한 자율주행자동차 등 5대 분야 12개 산업을 미래 대한민국 전략 신산업으로 분류하고 로봇을 플랫폼산업으로 하는 정책방향을 제시했다. 한국은 ‘지능형 로봇 개발 및 보급 촉진법’에 따라 4차 산업혁명의 핵심 산업으로 로봇산업을 육성하고 있다.
그러나 국내에서 자율 로봇은 각종 규제에 묶여 있어 법과 제도가 뒷받침을 못하고 있다는 지적이다. 개인정보보호법과 도로교통법, 그리고 도시공원 및 녹지 등에 관한 법률과 생활물류서비스산업발전법 등에서 다양한 규제로 자율 로봇의 상용화를 억제하고 있다. 따라서 로봇 산업의 육성을 위해서는 법과 제도의 정비가 시급하다.
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