[마켓 분석:로봇②] 지능형 로봇의 지각·처리·행동 기술

기사입력 : 2018-05-06 00:05:00
[마켓뉴스 한승균 기자] 지능형 로봇과 기술

지능형 로봇은 외부환경을 인식하고 상황을 판단하여 자율적으로 동작하는 기계로 정의된다. 기존의 전통적 로봇은 인간의 단순 노동을 대체하는 수단으로 활용되어 왔으나, 지능형 로봇은 다양한 영역에서 인간의 복잡한 활동을 대신하는 방향으로 진화하고 있다.

현재 인공지능 관련 기술(패턴기술, 기계 학습, 전문가 시스템, 인공 신경망, 자연어 처리 등)의 발전으로 지능형 로봇의 기술을 크게 지각(sensing), 처리(processing), 행동(acting)으로 나눈다.

center
로봇 관련 요소기술 및 시스템화 기술, 자료: 정보통신산업진흥원, 유진투자증권

지각은 주위의 환경을 감지하여 처리부에 알려주는 기술이며, 처리는 이러한 지각을 이용하여 행동을 결정하는 것이다. 행동은 결정된 행동을 이용하여 일련의 정해진 행동을 하는 기술이다. 이 세 가지 기술을 위해서는 센서, 프로세서(데이터 처리 기술), 구동기(actuator) 기술을 필요로 하며, 이러한 요소 기술의 구현이 지능형 로봇의 핵심이다.

처리는 어떤 면에서 인간을 능가할 정도로 발달한 기술로 최근 각광을 받고 있는 컴퓨팅과 IT 기술인 반면, 센서와 구동기는 아직 많은 약점을 지니고 있으므로 로봇의 성능 향상을 위해 센서와 구동기 기술의 개발이 필요하다.

로봇의 요소 기술 중 핵심인 구동기 분야의 경우 일본이 최고 기술을 선도하고 있으며, 유럽의 경우 자동화 기기에 대한 국지 제어기술을 확보하고 있어 구동 제어기에 대한 선진기술을 보유하고 있다. 미국은 국방용으로 개발 중이므로 센서 및 인공지능에 대한 기술개발 수준이 높다. 특히, MIT의 미디어랩의 경우 로봇학습 알고리즘을 선도하고 있으며, 청소로봇이나 레고 마인드스톰과 같은 로봇의 다양한 사업화 모델도 선보이고 있다.

center
세계 제조용 로봇 선진국 현황, 자료: 지식경제부, 정보통신산업진흥원

지각기술

로봇은 주위 환경을 감지하는 기술이 매우 중요하며, 이러한 감지기술은 크게 이동기능, 상황 판단, 인간의 상호작용을 위한 기술로 나눈다. 이동기능을 위해 관성측정, 적외선, 레이저, 초음파 센서, 상황판단을 위한 비컨, 촉각센서, 인간과의 상호작용을 위해서 시각 및 청각 센서 등을 사용한다.

초기의 상황/정보시스템들은 파악된 사용자의 현재 위치를 기반으로 적절한 정보를 사용자에게 제공함으로써 상황인식 컴퓨팅 환경을 구현하고자 하는 것이며, 이후 복잡한 상황정보를 이용하여 지능적인 서비스를 제공하고자 하는 연구가 활발하게 진행되고 있다.

center
센서기반 기술, 자료: 정보통신산업진흥원

지능형 로봇 측위의 목적은 네트워크 로봇이 사용자의 개입 없이 스스로 사물이나 사람의 위치를 계산할 수 있게 하는 것으로, 지능형 로봇의 실내 측위기술은 무선 센서 네트워크기술을 이용하여 센서들로부터 측정된 신호를 중앙 서버에서 네트워크 로봇에게 사람이나 사람의 위치를 계산한다.

실내 측위기술에는 다양한 센서들과의 상호작용을 통한 실내 네비게이션 기술이 적용되며, 최근 추세는 Wi-Fi 기반, UWB, ZigBee등 세 가지 통신 방식을 이용하는 방법들이 빠르게 발전하고 있다.

처리기술

HRI(Human-Robot Interface)기술은 다양한 의사소통 채널을 통해 인간과 로봇이 자연스럽게 상호작용할 수 있는 지능형 서비스로봇의 핵심 기술로 크게 비디오/오디오 기반 상호작용기술, 기타 상호작용 통합 및 응용기술로 분류된다.

비디오기반 상호작용기술은 로봇카메라로부터 얻어진 영상정보를 근거하여 얼굴 검출/인식/검증, 얼굴 표정인식, 인간 추출 및 추적, 사용자 인식, 특정인 추적, 호출자 식별, 제스처 인식, 행동인식 등을 수행한다.

오디오기반 상호작용기술은 로봇에 부착된 마이크로폰으로부터 얻어진 음성정보에 근거하여 음성인식, 화자인식, 음원 추적, 음원 분리 등을 수행한다.

작용작용 통합 및 응용기술로는 멀티모달 사용자 인식, 지적 상호작용 통합, 모바일 단말을 통한 HRI 기술 통합 및 응용 등이 있다.

center
HRI 기술 구분, 자료: ETRI ‘오디오 기반 인간로봇 상호작용 기술’, 정보통신산업진흥원

행동기술

로봇 제작원가에서 70% 이상이 구동 메커니즘(모터+감속기+컨트롤러)이 차지할 정도로 로봇 개발을 위한 핵심분야로 모터와 인공근육이 대표적인 구동기 부품으로 사용된다.

구동기에 있어 가장 중요한 성질은 힘과 유연성이며, 로봇산업에 적합한 구동기는 두 성질을 만족시켜야 한다. 유압과 형상기업합금만이 모터보다 좋은 성질을 가지나, 유압의 경우 전기적으로 제어가 어렵고 형상 기억합금은 아직 적용에 한계가 있다. 인간 친화적인 인공 근육형 공압 구동기도 모터와 비슷한 성질을 가지므로 많이 시도되고 있다.

모터는 가장 보편적으로 사용되는 구동기로, 주로 PMDC 모터, BLDC 모터, 스테핑 모터, 그리고 초음파 모터 등이 사용되고 있다. 현재까지 새로운 소재 개발은 모터에 비해서 효율성이 떨어지며 정확한 제어가 불가능하므로 모터와 결합하여 상호보완적인 역할을 수행하는 연구가 진행되고 있다.

반면, 정밀모터와 감속기 등은 한국로봇산업의 최대 약점으로 로봇 구동에 중요한 부품인 모터의 해외 의존도가 80% 정도로 취약한 분야이다. 일본은 세계 모터 생산량의 70%를 차지하는 기술력과 규모의 경제를 내세워 국내 로봇용 모터 수요를 장악하고 있으며, 유럽의 스위스, 독일도 탄탄한 기계산업을 바탕으로 로봇용 고정밀 모터분야에서 매우 우수한 경쟁력을 보유하고 있다.

관련 기사
[마켓 분석:로봇①] 로봇 3대 핵심구성: 인공지능, 로보틱스 기술, 부품

한승균 기자 / 전자공학 박사
마켓뉴스는 공정하고 정확한 뉴스 전달을 위해 노력하며,
독자는 제공 뉴스에 대해 정정 반론 추후 보도를 요청할 권리가 있습니다.
메일 : news@marketnews.co.kr
<저작권자 © 마켓뉴스, 무단 전재 및 재배포 금지>