안녕하세요, SNAAC 8기 정동운입니다.
어릴 적, 저는 우연히 로보티즈(Robotis) 사의 로봇 키트를 접하게 되었습니다. 로봇 키트의 다양한 부품을 조합하여 직접 만든 로봇과 함께 하는 놀이에 푹 빠져 있었지요. 당시 제가 가지고 있었던 로보티즈 바이올로이드(Bioloid) 키트의 휴머노이드(Type C) 모델과 무대 공연을 함께 할 정도로 로봇과 친밀했던 기억이 생생합니다.
이러한 경험은 로봇이 인간의 진정한 친구, 즉 '벗'이 될 수 있다는 확신과 미래를 향한 꿈을 심어주었습니다.
이번 글은 최근 다시금 부흥의 시대를 맞이한 휴머노이드 로봇 분야에 대해 다루고자 합니다.
0. Humanoid Renaissance1. Humanoid은 거품일까? - Gartner Hype Cycle1.1 Gartner Hype Cycle1.2 휴머노이드도 거품인가2. 휴머노이드의 역사 - 휴머노이드의 hype 주기0세대: 휴머노이드의 태동 (1930~1950)1세대: 이족 보행 연구 (1970~1990년대)2세대: 대기업들의 시도 (1990년대 후반~2010년대 )2.5세대: DRC의 흥행 성공과 Atlas (2010년대 중반)3세대: 인공지능 통합과 상업화 시도 (2020년대 초반~현재)3. Humanoid 로봇의 근본적 한계점3.1 협동로봇의 한계점 - 왜 우리 주변에는 로봇이 없는가? 3.2 전자기적 ( 모터형) 액츄에이터의 한계점3.3 꼭 다리여야 하는가3.4 A/S에 대하여4. 휴머노이드 긍정론4.1. 왜 인간의 형태여야 하는가? 폼 팩터 논리4.2 휴머노이드가 인류에게 제공할 수 있는 가치5. 한계 극복을 위한 미래 방향: HRI(인간-로봇 상호작용)의 대두
0. Humanoid Renaissance
최근 유튜브에 KAIST의 DRCD Lab 채널에서 KAIST Humanoid v0.5 라는 제목으로 업로드한 영상이 17만 뷰를 기록하며 화제를 몰았다. 영상에서 인간의 하반신 모양을 한 로봇이 마이클 잭슨의 문워크 동작과 블라인드 워킹과 같은 복잡한 동작들을 선보이며, 시청자들의 감탄을 자아내게 했다. (블라인드 워킹이란 복잡한 지형지물을 카메라와 같은 시각적인 데이터 없이 보행하는 기술을 의미한다.) 또한 제목에서 유추할 수 있듯이 Humanoid v0.5-하반신 로봇의 다음 행선지는 상반신 로봇과 결합되어 완전체 휴머노이드 형태로 출시되는 것이다. 이는 KAIST가 2015년 DARPA 로보틱스 챌린지에 출전하기 위해 개발했던 DRC Hubo 이후에 처음으로 한국형 휴머노이드 개발에 재착수했다는 것을 의미한다.
사실 위의 영상이 세계가 휴머노이드 로봇에 열광한 첫번째 사례는 아니다. 국내에서는 현대자동차가 인수를 하며 유명세를 가지게 된 미국 메사추세츠 소재의 Boston Dynamics 또한 자사의 휴머노이드 로봇 Atlas가 파쿠르하는 영상을 유튜브에 올리며 1600만 조회수를 기록한 전적이 있다. 해당 영상에서 Atlas는 이족보행 로봇에겐 불가능하다고 여겨졌던 다양한 아크로바틱 동작들을 수행하며 사람들에게 신선한 충격을 주었다. 뿐만 아니라 최근에 중국 항저우 소재의 Unitree도 자사의 보급형 휴머노이드 로봇 G1 두 대가 권투 경기를 하는 영상을 최근(2025년 5월)에 업로드하며 화제를 몰았다.
위의 사례들이 보이듯이 AI 시대에서 다음으로 주목받을 아이템(Next big thing in AI)은 휴머노이드 로봇이라고 해도 과언이 아니다. 예를 들어, 2021년에 프로젝트를 발표하고 불과 2년만에 프로타입 출시, 4년이 지난 현재에는 로봇 학습의 대표 주자로 떠오른 Tesla의 휴머노이드 Optimus, 전통적인 모터형 액츄에이터를 활용하는 대신 인간의 골격근 구조와 작동 방식을 자세히 모방한 근육형 액츄에이터를 탑재한 Clone robotics 의 Protoclone, OpenAI와의 협업을 통해 피지컬 AI의 차세대 강자로서 많은 기대를 받으며 올해 10월에 출시한 Figure AI사의 Figure 03 등 최근 다양한 도메인에서 휴머노이드가 세간의 주목을 받고 있다. 불과 몇 년 전만 하더라도, “기술적 과시”, “돈 낭비”, “활용성이 없는 기술”이라는 부정적인 꼬리표가 달리며 비판받던 마이너한 자리를 차지하던 휴머노이드가 기술적인 성장과 함께 로보틱스 분야에서 메이저한 사업으로 자리 잡으며 각광을 받고 있다는 점이 흥미롭다.
1. Humanoid은 거품일까? - Gartner Hype Cycle
역사적으로, 큰 기술적 도약이 있을 때마다 사람들은 그 기술이 지닌 가능성에 대해 열광했고, 필연적으로 해당 기술의 가능성을 과대평가하는 경향이 있어 왔다. 단적인 예로 ‘닷컴 버블’이 있다. 90년대 후반에 인터넷이 대중화되기 시작했을 때, 많은 투자자들은 인터넷이라는 새로운 기술에 대해 과대평가를 했다. 당시에 ‘.com’ 도메인만 있으면 사업 내용과 수익성이 없어도 ‘시장 선점’이라는 무형 가치를 내세우는 수많은 기업들에게 투자를 했고, 이에 따라 그들의 주가가 치솟았다. 그러나 2000년대 초반에 들어서서 다양한 경쟁사 속에서 별다른 가치 제안을 하지 못한 (즉, 거품-버블이 낀) ‘.com’ 도메인 운영사는 모두 파산했고, 우리가 한 번쯤 들어봤을 법한 ‘구글’, ‘아마존’과 같이 실제 비즈니스 모델이 탄탄한 ‘.com’만이 살아남았다. 이렇듯 기술적 발전의 가능성에 대해 과대평가하는 현상을 우리는 hype 라고 부른다. Gartner사에서는 이러한 기술 hype는 주기성을 가진다고 주장하며, 매년 해당 년도에 주목받는 기술들에 대한 hype를 설명하는 Gartner Hype Cycle을 발표한다.
1.1 Gartner Hype Cycle
Gartner Hype Cycle은 기술적 도약이 발생한 이례에 새로운 분야에서의 혁신 기술이 탄생하면, 기술에 대한 대중의 기대는 폭발적으로 정점을 찍었다가 결국 급락하지만, 기술의 성숙도가 꾸준히 우상향하여 (기대의 정점에 한참 못 미치는 퍼포먼스로) 비즈니스에 실질적인 가치를 제공하게 된다는 이론이다. 또한 기술별로 5번 단계를 도달하는 속도가 제각각인데, 기술의 개발 난이도, 기술 성숙도, 규제 환경, 대중 수요 등 다양한 요인에 따라서 결정된다. Gartner Hype Cycle은 총 5단계로 이루어져 있고, 아래 표에서 각 단계의 특성을 2023년도 AI Hype Cycle의 사례를 들어 정리해보았다:
단계 | 특징 (기대치 vs. 현실) | 핵심 현상 | 사례 (2023년 당시) |
1. 혁신 유발 (Innovation Trigger) | 잠재적 기술 돌파구 등장,
미디어 관심 시작 | 개념 증명 단계, 아직 상업성은 미확인 단계 | 다중 에이전트 시스템, 제1원리 AI, 자동화 시스템 |
2. 기대 인플레이션의 정점 (Peak of Inflated Expectations) | 성공 사례가 언론을 통해 과장되어 기대치가 최고조에 도달 | Hype의 정점.
대부분의 투자는 실패로 끝남. | 생성형 AI, 기반 모델, 스마트 로봇
(2023년 당시 ChatGPT와같은 생성형 AI와 GPT 등의 기반 모델이 폭발적인 관심을 받기 시작함) |
3. 환멸의 계곡 (Trough of Disillusionment) | 기대했던 결과물이 나오지 않아 실망감이 커지고 관심이 사라짐 | 기술이 버려지거나, 살아남은 기업만 제품을 개선. | 지식 그래프, 모델 운영 |
4. 계몽의 오르막 (Slope of Enlightenment) | 기술의 실제 이점과 적용 사례가 명확해지기 시작 | 2, 3세대 제품 등장.
점진적인 도입 시작 | 자율 주행
(자율 주행은 2010년 초반에만 해도 hype의 정점에 있었지만, 상용화의 어려움을 겪은 후, 특정 조건과 영역에서 실제 가치를 창출하는 방식으로 방향을 수정했었음-waymo 등) |
5. 생산성의 고원 (Plateau of Productivity) | 주류 시장에서 광범위하게 채택되어 실제 가치를 창출 | 기술의 시장 적합성이 입증되고 수익성이 나타남 | 컴퓨터 비전
(2000년대 초반에 hype의 정점을 찍고, 다양한 분야에서 정점에서의 기대에 미치지는 못하지만, 실용적으로 사용되고 있음) |
1.2 휴머노이드도 거품인가
휴머노이드 또한 이러한 hype를 빗겨갈 수 없다. 매체에서 비춰지는 Humanoid의 화려한 퍼포먼스 때문에 사람들은 휴머노이드의 가능성을 과대평가하기 일수이다. 실제로 1년 전 유튜브에 게시한 Atlas의 파쿠르 영상의 촬영장 비하인드를 보면, 수차례 유압 장치가 터지고 로봇이 오작동하는 것을 확인할 수 있다. 이렇듯이 휴머노이드 기술의 성숙도는 완성과는 거리가 멀다.
실제로 2024년 Gartner Hype Cycle 자료에 따르면 휴머노이드 기술은 아직 1. 혁신 유발 단계에 놓여져있다. 그러나 다른 자료를 보면, Humanoid의 모집단인 Smart Robot은 3번 단계에 진입했다고 보고 있다. 이 글에서는 이 주제에 대해 다뤄보도록 하겠다.
2. 휴머노이드의 역사 - 휴머노이드의 hype 주기
휴머노이드의 역사를 알아보기 이전에 휴머노이드 로봇의 정의를 먼저 알아보자.
휴머노이드 로봇의 사전적 정의는 다음과 같다:
”A robot in the shape of human which is designed to mimic the human body. “
-(출처: ScienceDirect)
즉, 인간의 모습을 띄는 인간형(인간 모양) 로봇이라는 것이다.
‘인간의 모양을 가지고 인간의 일을 하는 기계’의 개념 자체는 사실 고대 그리스, 고대 중국의 서적에도 실려있다. 이후에도 인간과 닮은 자동 기계에 대한 개념은 인류의 상상력과 공학적 시도의 중심에 있었다. 다만 이 글에서는 위의 정의를 바탕으로 실제로 개발이 이루어진 인간형 로봇에 대해 다룰 것이다. 휴머노이드 로봇 개발의 역사는 크게 0세대: 휴머노이드의 태동, 1세대: 이족 보행의 시작, 2세대: 휴머노이드 가능성, 3세대 (현재): 피지컬 AI로 나눌 수 있다.
0세대: 휴머노이드의 태동 (1930~1950)
1939년 뉴욕 세계 박람회에서 공개된 Westinghouse 전기공사의 Elektro는 인간의 형상을 한 최초의 기계적 로봇으로, 음성 명령에 반응하고 간단한 동작을 수행할 수 있었다. Elektro는 발밑에 부착된 바퀴로 구동할 수 있었으며, 바퀴로 이동할 때마다 무릎과 고관절 부분을 굽혀 이족보행을 한다는 착시 현상을 일으켰다. Elektro는 최초로 실제 작동하는 기계를 전시함으로써 인간형 로봇의 개념을 대중화시켰다는 점에서 의의를 가진다. 다만 이 시기의 휴머노이드는 주로 기계적 쇼맨십 목적으로 제작되었으며, 실용성보다는 미래에 대한 상상력을 자극하는 데 초점이 맞춰져 있었다.
1세대: 이족 보행 연구 (1970~1990년대)
1세대에서는 일본이 주도권을 잡고 최초로 이족보행 로봇에 대한 연구를 진행했다. 대표적으로 일본 와세다 대학교에서 기존의 바퀴구동 방식에서 벗어난 인간의 걸음걸이를 모방하는 이족 보행을 하는 Wabot-01을 1972년에 출시했다. Wabot-01이 최초로 이족 보행 구동 방식을 성공하면서 이족보행이라는 새로운 가능성을 제시하긴 했다. 또한 1984년에 출시한 Wabot-02는 로봇의 상단부에 카메라를 장착해 최초로 컴퓨터 비전을 휴머노이드에 접목시키려고 한 시도로써 의미가 있다. 다만 두 로봇 모두 특정 분야에 적용시키기에는 동작이 매우 느렸고 기술의 완성도 또한 미흡했다. 따라서 이때의 hype 단계는 1단계인 혁신 유발에 해당한다.
미국에서는 현 Boston Dynamics사의 CEO Mark Raibert가 MIT 교수로 재직하던 시절에 자신의 연구실인 The Leg Laboratory에서 외족 로봇, 이족 보행 로봇에 대한 연구를 진행했다 (1992년). 이 또한 특정 분야에 적용시키기에는 기술적 성숙도가 있지 않았다.
따라서 1세대에서는 대학 연구실 중심으로 Humanoid 로봇, 특히 humanoid 로봇의 이족 보행 기술에 대한 여러 가지 시도가 이루어졌다. 따라서 이족보행 기술은 연구로써의 가치는 있었지만, 실제 특정 분야에서 적용한다거나 상업적 가치를 창출해내려고 한 시도는 거의 없었다. 이때의 hype는 주로 학계 중심의 순수 궁금증 ‘이족보행이 가능할까’ 정도의 hype에 그쳤다.
2세대: 대기업들의 시도 (1990년대 후반~2010년대 )
Wabot-01의 이족보행 성공 사례를 가장 주목했던 기업은 일본의 자동차 회사 Honda이다. 따라서 Honda는 비밀리에 1980년대 후반에 E-시리즈의 휴머노이드 로봇의 개발에 본격적으로 착수했다. 이후에 P-시리즈를 연달아 개발했는데, 1993년에 개발 완료한 P1을 출시하진 않았고, 1996년에 P2를 출시하여 Honda의 존재를 로봇 업계에 알렸다.
P2가 출시될 당시, Wabot-1에 비해 대폭 향상된 이족보행을 구현하며 휴머노이드 로봇에 대한 본격적인 hype가 고조되기 시작했다. 아래 데모는 사람들을 열광시킨 P2가 계단을 올라갔다가 내려오는 영상이다.
Honda사는 이후 P3, P4를 거쳐 우리가 모두 들어봤을 법한 ASIMO를 2000년에 출시했다. ASIMO는 거의 휴머노이드 로봇 최초로 객체 인식을 시도하며, 사람과 상호 작용하는 모습을 세상에 보여줬다. 또한 ASIMO는 시속 6km의 (비교적) 빠른 속도로 달리고 축구공을 차는 등 역동적인 동작을 선보이며, 많인 이들의 이목을 끌었다. 학계의 연구 중심이었던 1세대 휴머노이드 로봇들과 달리, 대기업 중심으로 개발된 2세대 휴머노이드 로봇은 이렇듯이 대기업들이 막대한 자본을 부어 공공연한 데모 행사를 자주 개최했고, 대중매체에서도 이러한 퍼포먼스를 조명했다. 로봇이 인간처럼 달리고 춤추는 충격적인 모습을 목격한 대중은 ‘개인 비서 로봇, 가사 도우미 로봇’이 수십년 안에 상용화될 것이라는 비현실적인 hype를 하게 되었다. 대중들의 비현실적인 반응에도 불구하고 대기업이 꾸준히 휴머노이드의 퍼포먼스 위주로 데모를 단행한 것은 여러 가지 이유가 있겠지만, 필자는 대기업의 high-tech 브랜드 이미지 형성을 위한 캠페인 중 하나라고 생각한다.
ASIMO의 쇼케이스 초반에는 대중 매체를 폭발적으로 많이 타며 많은 이들의 주목을 받을 수 있었다. Honda와 같은 대기업에서도 간접적으로 그들의 브랜드 이미지가 구축되는 좋은 기회였다. 따라서 잇따라 Sony는 QRIO 소형 휴머노이드를, Toyota에서는 Partner Robot을 출시했다. 휴머노이드 로봇에 대한 폭발적인 관심도 잠시, 사람들은 휴머노이드 로봇을 탐구할수록 아직 완성도가 많이 낮은 기술이라는 것을 깨달았다. 예를 들어, 배터리 수명 문제, 가격 문제, 느린 반응 속도, 휴머노이드 자체의 논리적 사고 엔진 부재, 또한 매우 이상적인 환경에서만 제대로 작동한다는 것 등이 휴머노이드 로봇의 치명적 약점이었다. 단적인 예로 당시 ASIMO의 payload(로봇이 운반할 수 있는 최대 무게)는 불과 1kg였다. 이는 인간에게 어떠한 유용한 서비스를 제공해주기에는 터무니없이 부족한 성능이다. 그럼에도 당연히 각 기업은 데모에서 휴머노이드 로봇의 강점과 화려한 퍼포먼스 위주로 쇼케이스했을 뿐, 휴머노이드 로봇의 약점들을 드러내지 않았다.
따라서 휴머노이드 로봇에 대해 비현실적인 기대를 품은 대중들이 당시 휴머노이드 기술의 실제 수준을 깨달았을 때, 휴머노이드 로봇에 대한 hype는 풍선 바람 빠지듯이 줄어들었다. 당시 휴머노이드 로봇 산업을 주도하던 ASIMO도 2011년 마지막 버전 출시 이후 소식이 잠잠하다가, Honda가 2018년 개발 중단, 2022년에는 전세계 모든 ASIMO 기기의 은퇴를 공식적으로 선언하며 막을 내렸다.
2.5세대: DRC의 흥행 성공과 Atlas (2010년대 중반)
2세대의 휴머노이드 로봇은 공통적으로 사업성이 없을 뿐더러 실제로 적용 가능한 분야가 없다며 비판을 받았다. 따라서 휴머노이드 로봇에 호의적이던 사람들은 휴머노이드 로봇이 실제로 유용할 수 있는 상황이 무엇인가에 대해 많은 고민을 했다. 그러던중 2011년 후쿠시마 원전 사고를 계기로 그들은 (사고 당시의 원전과 같이) ‘사람들이 갈 수 없는 위험한 곳, 그러나 인간의 몸을 고려해 만들어진 구조물이 있는 곳’에 휴머노이드 로봇을 투입하면 되지 않을까’라는 아이데이션을 하게 되었다.
마침 2015년 미국 국방고등연구계획국 DARPA에서 상기 주제로 200만 달러의 상금을 걸고 세계 최대의 로보틱스 대회를 개최했다. 이 대회가 전세계에 동시 생중계되면서 사람들은 다시금 휴머노이드 로봇의 실용성 및 가능성에 대해 호의적이게 되는 중요한 계기가 되었다.
DRC가 얼마 지나지 않아, 2017년 Boston Dynamics는 자사 Youtube 채널에 Atlas라는 유압구동식 휴머노이드 로봇이 파쿠르 동작을 하는 영상을 게시했다. Atlas는 서보 모터 구동 방식이었던 기존의 휴머노이드 로봇들과 달리, 굴삭기에 들어갈법한 강력한 유압식 액츄에이터를 탑재해 작동한다는 점에서 차이가 있었다. 이러한 파워의 차이 때문에 Atlas는 기존의 서보 모터 구동 방식의 기존 휴머노이드 로봇이 할 수 있을 거라고는 상상도 할 수 없는 다이내믹한 동작들이 가능한 것이다. 이로써 상술했던 모터 구동 방식 기존 휴머노이드의 빈약한 payload 문제 및 느린 속도 문제를 어느 정도 해결할 수 있었다.
이러한 이벤트들이 타들어가던 휴머노이드 로봇 산업에 부채질을 해주었다.
3세대: 인공지능 통합과 상업화 시도 (2020년대 초반~현재)
2020년대에 LLM과 같은 새로운 AI 개념이 등장, 이를 뒷받침할 수 있는 GPU/NPU, 클라우드 데이터 센터들이 동시에 빠른 속도로 발전했다. 따라서 로봇에도 강력한 컴퓨터 비전, 강화 학습과 같은 AI 개념들이 통합되면서 새로운 시대가 열리게 되었다. 특히 ChatGPT와 같은 LLM이 최고점을 찍고 있을때 사람들은 피지컬AI의 가능성을 제시하며 많은 관심이 하드웨어와 AI가 통합된 형태의 휴머노이드 로봇에 쏠리게 되었다. 이때 Tesla가 자사의 주력 아이템인 전기자동차의 자율주행 시스템이 로봇의 환경 인식 원리와 매우 유사하다는 것을 이용해서 아주 빠르게 휴머노이드 Optimus를 출시했다. 이에 힘입어 Figure AI, Agility Robotics의 Digit 등 매우 유사한 휴머노이드 로봇들이 연달아 출시됐다. 이 로봇들은 2세대 로봇들처럼 퍼포먼스 위주의 쇼케이스를 넘어서서, 공장이나 물류 창고에서 사람들을 대체하거나 보조할만한 실질적인 노동력 제공을 목표로 하고 있다.
현재 시점이 hype의 중반부이거나 정점이다. 다만 이번 Hype는 '재미있는 쇼'가 아니라 '노동력 부족 해결 및 경제적 가치 창출'이라는 실질적인 상업적 목표에 집중되어 있다. 이 Hype가 성공적으로 실현될지는 향후 5~10년이 결정할 것이다. 이 로봇들도 휴머노이드 로봇의 고질적 문제를 아직 모두 해결하지 못했기 때문에 아직 갈 길이 멀다.
다만 고질적 문제들을 해결하려고 시도하는 기업들이 속출하고 있는 중이다. 예를 들어, Unitree가 휴머노이드 로봇은 B2C 판매는 불가능한 영역이라는 문제를 해결하기 위해 자사의 보급형 로봇 G1을 제시했다. 참고로 G1의 현재 판매가는 약 1900만 원이다.
3. Humanoid 로봇의 근본적 한계점
앞서 휴머노이드 로봇이 가지는 다양한 한계점에 대해 얘기해봤다. 이 부분에서는 각 분야에 대해 조금 더 심도있게 다뤄보고자 한다.
3.1 협동로봇의 한계점 - 왜 우리 주변에는 로봇이 없는가?
협동 로봇(Cobot)이란 사람과 협력을 하며 일하는 로봇을 뜻한다. 단적인 예로 흔히 보이는 공항 안내 로봇, 식당의 서빙 로봇, F&B 로봇 등이 여기에 속한다. 또한 넓은 범위에서 보면 현재 주류 휴머노이드 로봇도 인간과 같은 공간에서 일을 하기 때문에 협동 로봇에 해당한다. 협동 로봇과 반대되는 개념은 산업용 로봇(Industrial robot)이다. 이 카테고리에 해당하는 로봇은 주로 자동차 생산 라인에 들어가는 로봇, 도색 로봇, 용접 로봇 등이 있다. 아래에 둘의 기술적인 차이점을 잘 정리해준 표를 봐보자:
산업용 로봇은 애초에 인간과 분리되어 안전펜스가 있는 공간에 설치되기 때문에 안전규제가 많이 엄격하지 않았다. 반면에 협동로봇은 인간과 같은 공간에서 작동하기 때문에, 로봇이 모종 이유 때문에 자칫 오작동했다가 인간에게 해를 입히는 불상사가 발생할 가능성이 있다. 따라서 협동 로봇은 국제 표준화 기구 (ISO)의 기준에 기반하여, 작동할 때 일정 속도와 충격량을 넘어가면 안 된다. 아래에 정확한 기준들을 표로 정리해보았다:
구분 | 규제 표준 및 출처 | 규제 목적 | 핵심 규제 요소 | 상세 규제 내용 |
규제 기관 | 국제 표준화 기구 (ISO) | 산업용 로봇 시스템의 안전 요건 정의 | ISO 10218-1 (로봇 자체) | 산업용 로봇의 일반적인 안전 설계 및 기능 요건 |
협동 로봇의 핵심 | ISO/TS 15066
(기술 사양) | 협동 작업 중 작업자에게 영구적인 부상이 발생하지 않도록 보장 | 1. 최대 허용 충격량 및 압력 (Impact Force & Pressure) | 인체 부위별 최대 통증 역치를 기준으로 한 충격량과 압력의 한계를 설정 |
속도 및 통제 | ISO 10218-2 및 ISO/TS 15066 | 충돌 방지 및 충격량 제어를 위한 수단 | 2. 속도 및 분리 감시 (Speed & Separation Monitoring, SSM) | 로봇과 작업자 사이의 거리에 따라 로봇의 속도를 실시간으로 조정. 안전 거리가 좁아지면 속도를 줄이거나 정지. |
힘 및 출력 제한 | ISO 10218-2 및 ISO/TS 15066 | 접촉 발생 시 안전 확보 | 3. 제한된 힘 및 출력 (Power and Force Limiting, PFL) | 협동 모드에서 로봇의 최대 힘과 속도를 제한하여, 예상치 못한 충돌이 발생하더라도 충격량이 ISO/TS 15066의 허용 한계를 넘지 않도록 규제. (일반적으로 250 mm/s 이하의 속도가 권장됨) |
물론 인간이 사는 세상에서 ‘혹시’를 대비해서 법적 규제를 통한 안전 장치가 있는 것은 필요하다고 생각한다. 다만 이러한 규제는 안전은 보장해주지만, 동시에 협동 로봇의 기능성을 심각하게 제한하는 병목이기도 하다.
3.2 전자기적 ( 모터형) 액츄에이터의 한계점
Humanoid 로봇의 치명적인 pain point 중 하나가 지나치게 낮은 payload이다. 여기서 payload란 로봇이 짊어질 수 있는 최대 부하/무게를 뜻한다. 앞서 언급했듯이 세계적인 주목을 받았던 ASIMO의 payload는 불과 1kg였다. 물론 지금은 Gearbox의 혁신으로 인해 ASIMO의 최대 payload에 비해 20배의 성능을 내는 신형 액츄에이터를 탑재한 Humanoid의 시대가 열렸지만, 여전히 근본적인 문제가 많은 전자기적 모터의 형식에서 벗어나지 못하는 상황이다.
첫번째로 전자기적 모터 액츄에이터는 기본적인 설계상 회전 운동을 효과적으로 한다. 그러나 휴머노이드 로봇에 들어가는 액츄에이터는 매우 다양한 궤적의 움직임을 필요로 한다. 따라서 선형 궤적, 혹은 다른 궤적을 구현하기 위해서는 여러 대의 모터가 필요하거나, 돌림 운동을 다른 형태의 운동으로 변환시키는 외부 장치가 필요하다. 회전 운동을 다른 형태의 운동으로 translate하는 과정에서 많은 에너지 손실이 발생하며, 폐기물 에너지가 소리나 열의 형태로 방출된다. 두번째로 전자기적 모터 액츄에이터는 더 큰 힘/토크를 발생시키기 위해서는 무겁고 부피가 큰 기어를 여러 개 연결해야 한다. 자유도 (DOF)가 낮고, 모멘트암이 크게 발생하지 않는 궤적을 그리는 로봇에게는 이런 문제점이 치명적이지 않겠지만, DOF가 매우 높고 인체를 모방한 구조의 특성상 크기가 큰 모멘트암을 발생시키는 휴머노이드 로봇에게는 무게와 부피는 치명적인 문제점이 된다. 더 쉽게 설명하자면, 휴머노이드 로봇의 악력을 높이기 위해 손가락 사이 액츄에이터의 기어를 높인다면 필연적으로 손끝 무게가 무거워질 것이다; 이에 따라 팔을 벌렸을 때 모멘트 암이 발생하고 손끝 무게 증가의 효과가 극대화되기 때문에 팔꿈치, 어깨 관절에 해당하는 액츄에이터 또한 기어비를 높여야할 것이다. 이런 과정이 반복되면, 기어비를 끝없이 올려야하는 악순환이 무한히 반복된다. 또한 기어비가 높아질수록 기어박스에서 기어가 맞물리는 소리가 극대화되어, 모터 소음이 증가한다.
이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 기업들이 해결책을 제시했다. 대표적인 예를 몇 가지 들어보자. 첫번째로 전자기적 액츄에이터의 낮은 출력을 해결하기 위해 정교한 조절면에서는 전자기식 모터형 액츄에이터에 비해 매우 어렵지만, 출력만큼은 매우 높은 성능을 보여주는 유압식 액츄에이터를 채택한 사례가 존재한다. 앞서 여러 번 언급한 Boston Dynamics가 대표적인 사례이다. 그러나 Boston Dynamics도 2020년대부터 유압식 Atlas를 은퇴시켜버리고 서보 모터를 탑재한 Atlas로 방향을 틀었다. 원인은 다양하겠지만, 필자는 유압식 액츄에이터가 고장도 너무 잘 나고 제어가 어려울뿐만 아니라, 현재 Humanoid 로봇의 적용 분야에서는 파쿠르 같은 역동적이고 폭발적인 유압의 힘이 필요하지 않기 때문에 유압식 액츄에이터를 그만하기로 한거라고 생각한다. 또한 전자기식 모터형 액츄에이터의 성능이 컴팩트한 기어박스의 혁신으로 인해 기하급수적으로 나아지고 있기 때문에 Boston Dynamics도 ‘유압식 액츄에이터의 필요성이 더 이상 없다고 판단하지 않았을까’ 싶다.
아래 Clone Robotics의 사례처럼 완전히 새로운 유형의 액츄에이터를 제시한 회사도 있다. 아래 영상은 Clone Robotics의 Myofiber 액츄에이터를 탑재한 Protoclone의 작동 영상이다. (기괴함 주의) 이 로봇은 인간의 근육 수축/이완 방식을 모방한 근육형 액츄에이터를 사용한다.
3.3 꼭 다리여야 하는가
Humanoid 로봇에게는 대개 이족보행이 수반된다. 어찌보면 인간형 로봇이 다리 두 개로 이족보행을 해야된다는 것은 당연한 말일 수 있지만, 로봇에 있어서 이족보행은 매우 비효율적이고 위험한 구동 방식이다. 왜냐하면 첫째, 로봇이 이족보행할 때 활성화되는 액츄에이터가 많고, 활성화된 모든 액츄에이터 (특히 하체쪽의 액츄에이터)가 로봇 전체의 무거운 하중을 버텨야하기 때문에 전력 낭비가 심하다; 또한 이족보행시에 로봇은 필연적으로 어느 한 순간에는 한 쪽 발로 서있어야 함으로 외부 충격에 매우 취약하다.
3.4 A/S에 대하여
많은 인기를 받고 있던 Sony의 로봇 강아지 Aibo가 2000년대 초반에 사업을 철수할 수 밖에 없었던 이유를 생각해보자. AIBO가 사업을 철수한 근본적인 이유 중 하나는 로봇의 수리 및 유지보수 비용(A/S)이 제품의 판매 가격을 크게 초과했기 때문이다. 로봇의 복잡성과 부품의 특수성 때문에 개별 수리 비용이 새 제품 가격에 육박하게 된다. 이는 현재의 고가 휴머노이드에게도 동일하게 적용될 문제이다. 대량 생산과 모듈화를 통해 A/S 비용을 혁신적으로 낮추지 못한다면, 3세대 휴머노이드 역시 높은 초기 Hype에도 불구하고 경제성 문제로 상업화에 실패할 수 있다.
4. 휴머노이드 긍정론
상술한 다양한 한계점이 있음에도 휴머노이드 로봇의 상용화를 격렬히 옹호하는 휴머노이드 긍정론자들이 존재한다. 그들의 공통적인 의견들을 정리해보았다.
4.1. 왜 인간의 형태여야 하는가? 폼 팩터 논리
긍정론자들은 로봇이 인간의 형태를 띠어야 하는 이유를 다음과 같이 설명한다.
- 세계는 인간을 위해 만들어졌다: 우리의 집, 공장, 사무실, 심지어 재난 현장까지 모든 환경(문, 손잡이, 계단, 도구, 자동차)은 인간의 신체 비율과 움직임에 맞춰 설계되었다.
- 계단: 바퀴 달린 로봇이 평지에서는 효율적일지 몰라도, 계단처럼 인간의 환경에서 흔히 발견되는 장애물 앞에서는 무용지물이 된다. 휴머노이드는 이족 보행을 통해 계단을 오르내리고, 좁은 통로를 지나며, 인간의 도구를 그대로 사용할 수 있다. 이는 인류가 수십, 수백 년 동안 구축해 온 인프라를 로봇이 재설계 없이 활용할 수 있게 함을 의미한다.
- 범용성: 인간의 신체는 지구상에서 가장 뛰어난 범용 작업 플랫폼이다. 휴머노이드 폼 팩터는 하나의 로봇이 용접부터 서빙, 간병, 물건 줍기까지 다양한 작업을 수행할 수 있는 잠재력을 가진다.
4.2 휴머노이드가 인류에게 제공할 수 있는 가치
휴머노이드 로봇은 단지 노동력 대체 이상의, 인류의 근본적인 문제 해결에 기여할 수 있다. 다양한 사례를 통해 설명해보자.
- 미래 노동력 문제 해결: 선진국을 중심으로 심화되는 저출산 및 고령화로 인한 노동력 부족 문제를 해결할 수 있는 가장 확실한 대안이다. 특히, 반복적이고, 지루하며, 위험한 (3D: Difficult, Dirty, Dangerous) 작업 환경에 투입되어 인간의 부담을 경감시킬 수 있다고 믿는다.
- 극한 환경 탐사 및 재난 대응: 인간이 접근할 수 없는 극한 환경 (원자력 발전소, 심해, 우주, 붕괴 현장)에서 인간의 몸을 대신하여 정교한 작업을 수행함으로써, 인명 피해 없이 상황을 해결할 수 있다. 특히 현재 과학기술이 엄청난 발전을 이뤘음에도 불구하고, 인류는 자연재해에 속수무책이다. 자연재해는 근본적으로 방지할 수 없고 예측도 매우 까다롭기 때문에, 자연재해 문제를 해결하는 데에 가장 중요한 요소는 사후에 어떻게 대처하는지에 달려있다. 이러한 점에 기인하여 자연재해로 붕괴되어 위험해진 사고현장에 로봇이 투입되어 인명구조 행위 등을 수행할 수 있다. 또한 사고 현장도 결국 인간을 위해 만들어진 구조물이 대부분이기 때문에, 현장에 휴머노이드 로봇을 투입하는 것이 가장 적절하다. DARPA 로보틱스 챌린지에서 휴머노이드 로봇의 이러한 가치를 인정하고, 그 가치를 세상을 알리는 데에 한 몫 했다. 그러나 이러한 극한 환경 탐사에 안정성이 낮은 이족보행 휴머노이드 로봇보다, 주행시 안정성이 더 높은 사족보행 로봇을 투입하자는 목소리가 커지고 있다. 물론 사족보행 로봇에게도 그들만의 pain point가 존재한다. 예를 들어 사족 보행 로봇은 이동 로봇에 비해 구동시 더 많은 모터가 필요하므로 전성비가 좋지 않고, 보행 외에 작업을 수행하기 위해서는 휴머노이드 로봇과 달리 별도의 로봇팔을 장착해야 한다는 번거로움 등이 있다.
- 인간 인지 및 신체 연구의 촉진: 휴머노이드 로봇을 만드는 과정은 인간의 뇌, 신경계, 근육 작동 방식을 이해하고 재현하는 과정이다. 이는 생체공학, 재활 의학, 인지 과학 분야의 발전에 근본적인 통찰력을 줄 수 있다. 특히 BCI, 뉴럴 링크가 발전하고 있는 현재에 더욱 중요해진 연구 분야이기도 하다.
5. 한계 극복을 위한 미래 방향: HRI(인간-로봇 상호작용)의 대두
현재 휴머노이드 로봇의 가장 큰 한계는 느린 속도, 높은 비용, 그리고 불완전한 안정성이다. 이러한 한계를 극복하고 '항성'으로 자리 잡기 위한 핵심 해법은 인간-로봇 상호작용(Human-Robot Interaction, HRI)의 고도화에 있다.
협동 로봇 규제 극복: 현재의 협동 로봇 규제(충격량 제한)는 로봇의 속도와 페이로드(Payload)를 심각하게 제한한다. HRI의 발전은 사전 예방적 상호작용을 통해 이 문제를 우회할 수 있다. '느린 로봇'을 '안전하고 예측 가능한 로봇'으로: 로봇이 인간의 의도, 움직임, 감정까지 실시간으로 예측하고 반응한다면, 강제로 속도를 늦추는 대신 인간과 유기적으로 충돌을 회피하며 효율을 높일 수 있다.
물리적 AI의 발전: 피지컬 AI를 통해 로봇은 더 이상 프로그래밍에 의존하지 않고, 관찰과 강화 학습을 통해 새로운 작업을 스스로 학습한다. 이는 휴머노이드의 범용성을 현실화하고, A/S 비용이 높은 복잡한 재프로그래밍의 필요성을 줄일 수 있다.
휴머노이드 로봇의 새로운 정의: 미래의 휴머노이드는 인간을 대체하는 존재가 아니라, 인간의 능력을 증강하고, 협력하며, 소통하는 존재가 될 것이다. 성공적인 HRI는 기술적 완성도를 넘어, 로봇을 인간 사회의 수용 가능한 파트너로 만드는 열쇠라고 생각한다.
과연 휴머노이드 로봇의 상용화를 위한 시장의 열쇠는 무엇일까요? 여러분들의 생각이 궁금합니다.
[서울대학교 기계공학부 정동운, 이메일: snu_dj0078@snu.ac.kr]
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