로봇이란? 로봇 공학의 진화 및 미래 조명

로봇이란?

우리는 모두 '로봇'이라는 용어를 알고 있고 일상 대화에서 자연스럽게 사용합니다. 하지만 로봇의 진정한 의미를 알고 있을까요? 로봇의 정의에 대해 좀 더 자세히 살펴보겠습니다. 보이는 것처럼 간단할까요, 아니면 생각보다 이해하기 어려울까요?

그림 1: AI가 생성한 휴머노이드 로봇의 이미지(이미지 출처: Aswin Babu)

본질적으로 로봇은 어느 정도 사람의 지시에 따르거나 자율적으로 감지하고 정보를 처리하며 작업을 수행할 수 있는 프로그래밍 가능한 기계입니다. 기존 도구들과 달리 로봇은 주변 환경에 적응하고 반복적이거나 위험한 작업을 수행할 수 있어 인간이 더 창의적인 작업에 주력할 수 있도록 도와줍니다. 로봇이 항상 사람의 모습을 하고 있다고 오해하는 경우가 많지만(그림 1) 항상 그런 것은 아닙니다. 이 개념이 실제로 적용되는 휴머노이드 로봇에 대해서는 나중에 자세히 살펴보겠습니다.

요약: 로봇 공학의 역사

'로봇'이라는 단어의 어원을 살펴보면, 1921년 체코의 Karel Čapek이 쓴 연극 'Rossum’s Universal Robots'(로숨의 유니버설 로봇: '강제 노동'을 의미하는 체코어 '로보타'에서 유래)에서 유래했습니다. 하지만 공상과학 소설가 아이작 아시모프가 '로봇'이라는 파생어를 만든 것으로 인정받고 있으며, 아이작 아시모프의 공상과학 소설 '런어라운드'(1942)에 등장합니다. 런어라운드에는 아시모프의 유명한 로봇 공학의 3원칙(그림 2)도 나와 있습니다. 다른 획기적인 기술과 마찬가지로 로봇 공학도 소설에서 영감을 얻어 상상 속의 개념을 실현한 것입니다.

그림 2: 로봇 공학의 3원칙 그림(이미지 출처: Dreamstime.com)

로봇 공학의 비약적인 발전

소설에서 현실로 돌아와서, 산업혁명 동안 우리는 반복적인 작업을 간소화하기 위해 고안된 기계 장치인 오토마톤(자동 기계)을 향한 첫 걸음을 내디뎠습니다. 오토마톤의 개념은 거대한 청동 오토마톤이 등장하는 그리스의 탈로스 이야기와 같은 고대 신화로 거슬러 올라갑니다. 보캉송의 오리(그림 3)는 먹이를 찾아 뒤뚱거리며 걷다가 씨앗을 주워 삼키는 인상적인 오토마톤이며, 실제 새와 구분하기가 어려웠습니다.

그림 3: 보캉송의 오리(오토마토) 내부(이미지 출처: Scientific American 80권 03호, 1899년 1월)

로봇 공학의 진정한 혁신은 조지 데볼이 최초의 프로그래밍 가능 로봇인 유니메이트(Unimate)(그림 4)를 만든 1954년에 이루어졌습니다. 이는 제조업, 특히 자동차 산업의 판도를 완전히 바꿔 놓았습니다.

그림 4: 인간을 위해 커피를 따르는 유니메이트(Unimate), 1967년(이미지 출처: Wikipedia)

2000년대 초반의 ASIMO(그림 5)를 기억하시나요? 혼다의 휴머노이드 로봇은 공상과학의 꿈을 실현하는 데 한 걸음 더 다가서게 해 주었습니다. 또한 세계 최초의 로봇 시민인 소피아(Sophia)를 잊을 수 없을 것 같습니다. 소피아는 2017년 사우디아라비아에서 시민권을 취득하여 로봇공학 분야의 이정표를 세웠습니다. 고급 유압 시스템과 28 자유도를 갖춘 Boston Dynamics의 아틀라스(Atlas)는 놀라운 이동성을 선보이며 위험한 환경에서 로봇이 도움을 줄 수 있는 잠재력을 입증했습니다.

그림 5: 버락 오바마와 축구를 하는 ASIMO(이미지 출처: Jim Watson/getty images)

Boston Dynamics의 또 다른 뛰어난 창작물은 다목적성과 적응성을 위해 제작된 4족 보행 로봇인 스팟(Spot)(그림 6)입니다. 현대적인 로봇은 AI와 머신 러닝을 활용하여 복잡한 환경을 탐색하고, 의사 결정을 내리고, 경험으로부터 학습할 수 있습니다.

그림 6: Boston Dynamics 스팟의 실제 모습(이미지 출처: Boston Dynamics)

현재 제작되고 사용되는 다양한 유형의 로봇

로봇은 거대 산업이나 미래형 개념이 아니라 워크숍에서 실제로 선보일 수 있는 도구입니다. 다음은 로봇의 주요 유형에 대한 간략한 설명입니다.

1. 산업용 로봇: 산업용 로봇은 용접, 도장, 조립과 같은 작업을 처리하는 공장의 편리한 도구입니다. 협업 로봇, 즉 '코봇'은 사람과 함께 안전하게 작업하여 제조업을 더욱 유연하고 안전하게 만들어 줍니다. 크기와 용량은 다양하지만 주로 로봇 팔의 범주에 속합니다(그림 7). 현재 구입 가능한 로봇 팔 메커니즘의 미니어처 버전은 KUKA의 AGILUS KR 6 R900-2 Robot Kit에서 확인하세요.

그림 7: 실린더 블록을 조립하는 산업용 로봇 팔(이미지 출처: Kuka Robotics)

2. 서비스 로봇: 집안 청소부터 수술 보조까지, 서비스 로봇은 더욱 편안하고 효율적인 생활을 지원합니다. 의료 분야에서는 의사가 정밀한 수술을 집도할 수 있도록 돕고 있습니다. 다빈치(Da Vinci) 로봇 수술 시스템은 원격 조작 로봇 수술 분야의 선구자라고 할 수 있습니다(그림 8).

그림 8: 원격 조종 로봇 수술 장비(이미지 출처: MADvertise/Shutterstock)

3. 모바일 로봇:  모바일 로봇은 이동이 가능합니다. 창고에서 화성까지 거친 환경을 탐사하는 자율 드론, 로버, 바퀴나 다리가 달린 로봇을 생각해 보세요. 모바일 로봇은 육지, 수중, 공중을 정복하고 있습니다. 수동 원격 조종, 보호 원격 조종(장애물을 피할 수는 있지만 사람의 통제에 따름), 순수 자율 네비게이션 모드 등 다양한 모드로 작동할 수 있습니다.

자율 이동 로봇(AMR)(그림 9)은 동시적 위치 추정 및 지도작성(SLAM) 또는 지도 기반 네비게이션 기술과 같은 고급 알고리즘을 사용하여 스스로 이동할 수 있습니다. 장애물을 감지하고, 지도를 사용하여 최단 경로를 찾고, 장애물 주변을 탐색하여 사람의 개입 없이 A 지점에서 B 지점으로 이동할 수 있습니다. 심지어 로봇 팔이나 기타 도구를 싣고 다니며 주변 환경을 조작할 수도 있습니다. 자세한 내용은 자율 이동 로봇 블로그 또는 동영상을 참조하세요.

그림 9: SLAMTEC의 헤르메스(Hermes) 다층 이동 로봇(이미지 출처: Slamtec)

4. 휴머노이드 로봇: 휴머노이드는 인간을 닮은 로봇입니다. 인간은 모든 것을 인간의 폼 팩터에서 접근할 수 있도록 설계했기 때문에 휴머노이드는 주변 환경을 더 잘 조작할 수 있다는 장점이 있습니다. Boston Dynamics의 아틀라스, Honda 아시모(ASIMO), 소피아 같은 휴머노이드 로봇은 단순히 보기만 멋진 것이 아니라 이동성과 상호 작용의 한계를 뛰어넘고 있습니다. 휴머노이드는 여전히 진화 중이지만, 특히 간병, 교육, 가사 노동 자동화 등 잠재적 응용 분야가 매우 넓습니다.

5. 소셜 로봇(그림 10): 소셜 로봇은 인간과 정서적으로 상호작용하도록 설계되었으며, 노인을 위한 동반자, 어린이를 위한 가정교사, 심지어 고객 서비스 도우미로도 활용됩니다. AI를 인간 같은 행동과 결합하는 방식은 믿기 어려울 정도로 놀랍습니다. 소셜 로봇 중 일부는 휴머노이드 범주에 속할 수도 있지만, 꼭 그런 것은 아닙니다.

그림 10: 어린이와 상호 작용하는 소셜 로봇 지보(Jibo)(이미지 출처: devicedaily.com)

이러한 광범위한 분류 외에도 Swarm 로봇, 소프트 로봇, 외골격, 로봇 의수 등 다양한 로봇 시스템이 있습니다. Swarm 로봇은 개미나 벌과 같은 사회성 곤충의 행동을 모방하여 복잡한 작업을 수행하기 위해 대규모 그룹으로 함께 작업하는 소형 로봇입니다. 소프트 로봇은 유연한 소재로 제작되어 좁은 공간을 탐색하고 인간과 안전하게 상호 작용할 수 있습니다. 외골격은 인간의 힘과 이동성을 강화하는 웨어러블 로봇 수트로, 재활 및 산업 환경에서 자주 사용됩니다. 로봇 의수는 절상 환자의 기능을 회복시켜 삶의 질을 향상하는 첨단 인공 팔다리입니다.

로봇 공학이 세상을 어떻게 바꾸고 있나요?

로봇은 이미 인간의 삶에 큰 영향을 미치고 있습니다. 제조 부문에서 로봇은 공정을 간소화하고 작업장의 안전을 향상합니다. 의료 분야에서는 수술부터 재활까지 모든 과정을 지원하고 있습니다. 농업은 로봇 공학이 발전하고 있는 또 다른 분야로, 작물 심기, 수확, 모니터링과 같은 작업을 자동화하여 전 세계에 식량을 공급하는 데 도움을 주고 있습니다.

위험한 환경에서 생명을 구하는 로봇도 있어 폭탄을 처리하고 해구를 탐사하며 핵 물질을 관리하기도 합니다.

로봇 공학에서 직면한 과제

물론 모든 것이 순조로운 것은 아닙니다. 여전히 해결해야 할 몇 가지 중요한 과제가 있습니다.

• 이동성 및 민첩성: 로봇이 사람처럼 움직이거나 까다로운 지형을 탐색하도록 만드는 것은 쉽지 않습니다. 엔지니어는 균형, 유연성, 제어력을 개선하기 위해 부단히 노력하고 있습니다. 네, 로봇이 눈, 물웅덩이, 산, 계단 등 인간이 통과할 수 있는 모든 지형을 통과할 수 있도록 하는 데는 아직 과제가 남아 있습니다. 하지만 역사를 되돌아보면 두 발로 걷는 것조차 로봇에게는 어려운 일이었던 적도 있었습니다. 그러나 이제는 파쿠르(그림 11)와 백플립을 할 수 있는 '아틀라스' 같은 로봇이 등장했습니다. 따라서 모든 지형을 자율적으로 탐색할 수 있는 로봇이 등장하는 것은 시간 문제일 뿐입니다.

그림 11: 파쿠르를 하고 있는 Boston Dynamics의 아틀라스 로봇(이미지 출처: Boston Dynamics)

인식 및 빠른 의사 결정: 로봇은 감각 데이터를 처리하고 순간적으로 결정을 내려야 합니다. 자율 주행 차량은 장애물을 감지하고 움직임을 정확하게 예측해야 하는 대표적인 예입니다. 힘든 문제이지만 진전을 보이고 있는 문제이기도 합니다. 5G의 등장과 짧은 대기 시간 네트워크의 발전은 실제로 원격 처리의 새로운 가능성을 열었으며, 로봇이 직접 수행할 수 없는 복잡한 계산을 더 강력한 하드웨어로 오프로드할 수 있게 되었습니다.

윤리적 고려 사항: 로봇이 보편화됨에 따라 우리는 더 큰 그림을 생각해야 합니다. 실직, 개인정보 보호 문제, AI의 윤리적 이용은 어떻게 처리해야 할까요? 기계가 인간의 지능을 능가하는 기술적 특이점 이후(그림 12)에 기대할 수 있는 사항에 대해서는 여전히 모호한 부분이 있습니다. 한편으로는 통제할 수 없는 초지능 기계가 인류에게 실존적 위험을 초래할 수 있는 AI 아마겟돈에 대한 두려움도 존재합니다. 다른 한편으로는 AI가 기후 위기와 같은 중요한 문제를 해결하는 데 도움이 되는 선한 동반자가 될 수 있다는 희망도 있습니다. 미래는 여전히 불확실하며, 이러한 첨단 기술을 어떻게 개발하고 규제하는지에 따라 많은 것이 바뀔 수 있습니다.

그림 12: 기술적 특이점 이후에 가능한 두 가지 시나리오 묘사(이미지 출처: AI 생성)

로봇 공학의 다음 단계는 무엇일까요?

매우 흥미로운 미래가 예상됩니다. 인류는 로봇이 일상의 파트너가 될 세상을 향해 나아가고 있습니다. 업무 지원부터 미지의 영역 탐험, 엔터테인먼트 및 동반자 제공에 이르기까지 가능성은 무궁무진합니다.

• 더 스마트한 AI:  머신 러닝이 새로운 기능을 선보이고 있습니다. 미래의 로봇은 더 복잡한 작업을 처리하고 심지어 창의적으로 문제를 해결할 것입니다. 함께 일하면서 항상 학습하고 개선되는 로봇을 상상해 보세요.
• 인간-로봇 협업: 미래의 작업장에서는 로봇과 인간이 각자의 강점을 살려 나란히 일하게 될 것입니다. 코봇(협업 로봇)이 반복적이거나 위험한 작업을 처리해 주므로 인간은 창의적이고 전략적인 작업에 집중할 수 있습니다.
• 우주 탐험: 로봇은 이미 화성을 탐사하고 있으며 이는 시작에 불과합니다. 로봇이 언젠가 다른 행성에 구조물을 건설하는 데 도움을 줄 수도 있을 것입니다. 참 멋지겠지요?

최종 결론: 로봇을 만드는 이유

로봇은 단순한 기계가 아니라 인간의 독창성과 창의성을 보여주는 증거입니다. 이제 막 시작했든 가능성의 한계를 뛰어넘었든, 로봇 공학은 배우고, 혁신하고, 변화를 만들 수 있는 무한한 기회를 제공합니다. 따라서 이러한 발전이 미래에 미칠 영향에 대해 책임감을 가지고 계속해서 구축하고, 실험하고, 꿈을 꾸는 것이 중요합니다. 가능성은 무한하며, 최고의 순간이 우리를 기다리고 있으니까요.

추가 자료:

• Robot: You Keep Using That Word But It Doesn’t Mean What You Think It Means | Hackaday(영문)
• The Curious Origin of the Word ‘Robot’ – Interesting Literature(영문)
• Robot | Definition, History, Uses, Types, & Facts | Britannica(영문)
• AI Armageddon and the Three Laws of Robotics(영문)
• The Ultimate Timeline of Artificial Intelligence Technology · AIPRM(영문)
• Technological singularity - Wikipedia(영문)