자동차용 머플러를 제작하는 경기 시화공단 A업체. 수작업으로 하던 부품 용접을 ‘협동로봇’에 맡겼다. 기존 5~7분가량 걸리던 공정시간이 90초로 3~4배 빨라졌다. 경남에 있는 정밀주조부품업체 B사는 불량품 검사에 협동로봇을 써 보니 15~30초 걸리던 검사시간이 5초 이하로 짧아졌다.
한양대 ERICA 인공지능협동로봇사업단(CARE·단장 박태준 로봇공학과 교수) 소속 대학원생들이 한화정밀기계 등이 제작한 협동로봇으로 용접공정을 시험하고 있다. /안산=김범준 기자 bjk07@hankyung.com ‘21세기 제조용 로봇’으로 불리는 협동로봇에 관심이 높아지고 있다. 협동로봇은 격리 장소에서 일하는 제조용 로봇과 달리 안전망(울타리 등) 없이 근거리에서 사람과 함께 일할 수 있는 로봇을 말한다.
ABI리서치에 따르면 세계 협동로봇 시장은 2015년 9500만달러(약 1128억원)에서 내년 10억달러(약 1조1875억원)로 5년 새 10배가량 성장할 것으로 예측됐다. 인공지능(AI) 소프트웨어 등과 결합해 발전 가능성이 상당한 것으로 전망된다.
국내에서는 2016년 7월 ‘산업안전보건 기준에 관한 규칙’ 개정으로 협동로봇 사용이 가능해졌다. 그러나 고용노동부의 까다로운 안전필증 발급요건 등이 협동로봇 시장의 성장을 가로막고 있다고 전문가들은 지적했다.
제조용 로봇이 진화했다
제조용 로봇은 이송·적재용, 조립 및 분해용, 용접용 순으로 많다. 다른 로봇과 마찬가지로 정밀제어용 서보모터가 필수적이다. 일본 3대 제조용 로봇기업(화낙·야스카와·가와사키) 중 하나인 야스카와가 1960년대 세계 최초로 서보모터를 개발했다. 일본은 100년 이상 노하우를 토대로 제조용 로봇시장을 지배하고 있다. 삼성전자 베트남공장에서 쓰이는 로봇 대부분도 일본 업체 나치후지코시가 공급한 것으로 알려졌다.
제조용 로봇은 구조상 직교좌표, 스카라(수평다관절), 수직다관절, 고속병렬형(이송용) 네 가지로 나뉜다. 3차원(3D) 프린터도 직교좌표로봇의 일종이다. 로봇 정밀도는 말단 부위 움직임에서 결정되는데 직교좌표와 스카라는 말단 부위 제어가 비교적 쉽다.
수직다관절은 사인·코사인 등 삼각함수, 이 함수의 역함수 등 복잡한 행렬(매트릭스) 문제를 극도로 짧은 시간에 풀어야 하는 고난도 연산 과정이 필요하다. 일본 독일 미국 등은 1970년대 이후부터 컴퓨팅 능력을 지속적으로 개발해 수직다관절 로봇을 제조해왔다. 수직다관절 로봇이 작고 스마트하게 진화한 것이 협동로봇이다.
6개 이상 관절, 작고 똑똑한 로봇
협동로봇은 6축(관절) 이상을 기본으로 한다. 인간과 부딪히거나 위험한 상황을 스스로 인지해 동작을 멈춘다. 휴머노이드와 마찬가지로 ‘FT센서(힘센서)’가 관건이다. 공장 근로자 사이에 나란히 배치되는 ‘로봇 동료’라고 할 수 있다.
협동로봇 시장은 덴마크 업체 유니버설로봇이 개척했다. 이 회사의 제품은 폭스바겐, BMW 등 세계 자동차공장 곳곳에 배치돼 있다. 제조용 로봇과 동일하게 작업하면서도 무게가 가볍고 크기는 작다. 3상 전원(산업용)이 아니라 가정용 전원으로 쓸 수 있다.
5㎏ 물건을 들어 처리할 때 국내 대기업 A사의 제조용 로봇은 중량이 120㎏에 달하지만 유니버설로봇의 협동로봇은 18㎏에 불과하다. 다만 안전기능을 넣기 때문에 작업 속도가 느려진다.
스위스 ABB, 독일 KUKA 등 전통 로봇 강자들도 차츰 협동로봇 양산을 준비 중인 것으로 전해졌다. 국내에선 한화정밀기계 두산로보틱스 등 대기업과 뉴로메카 오토파워 등이 협동로봇을 생산하고 있다.
협동로봇의 작업 과정을 분석·저장·공유하는 디지털 오픈 플랫폼을 개발하자는 주장도 최근 힘을 얻고 있다. 구동(조립 용접 등), 인지(센싱) 등 모든 작업 과정을 시각화하거나 데이터로 만들고, 이 데이터를 다시 협동로봇 본체로 무선전송해 학습(딥러닝)시키는 것이다. 순식간에 이뤄지는 이 피드백 과정이 반복되면서 협동로봇 성능의 자체 진화도 가능하다는 설명이다. 이른바 ‘디지털 트윈’ 플랫폼이다.
이 플랫폼을 제안한 박태준 한양대 ERICA캠퍼스 산학협력단장은 “노동집약적 영세기업이 대부분인 안산공단(시화·반월·남동공단)은 낮은 생산성이 고질적 문제”라며 “협동로봇 활용으로 돌파구를 마련할 수 있을 것”이라고 주장했다.
일자리를 둘러싼 사람과 기계의 갈등은 어제오늘 일이 아니다. 산업혁명이 한창이었던 1811년 기계를 파괴하는 ‘러다이트(luddite)’ 운동이 벌어진 게 시초다. 이후에도 새로운 기술이 등장할 때마다 ‘일자리 파괴’ 논란이 불거졌다.노동자들이 싸워야 하는 대상은 점점 똑똑해지고 있다. 최근엔 산업용 로봇에 인공지능(AI)이 접목되면서 사람을 대체하기 어려울 것으로 예측되던 업무까지 처리하고 있다.세계 최대 전자상거래 기업인 아마존이 적극적으로 로봇을 활용하는 대표적인 사례다. 2012년 로봇회사 키바시스템을 7억7500만달러(약 8290억원)에 인수한 뒤 자체적으로 산업용 로봇을 생산하고 있다. 아마존이 물류 로봇을 현장에 본격적으로 투입하기 시작한 것은 2015년이다. 물류 창고 105개에 5만 대의 로봇을 집어넣었다. 로봇 설치비용을 빼더라도 이미 9억달러(약 1조660억원) 안팎의 비용을 절감했다는 게 업계 분석이다.미국 오프라인 할인점 월마트도 로봇 도입에 적극적이다. 월마트는 올해 최소 300개 매장 선반을 살핀 뒤 모자라는 재고를 찾아내는 로봇을 도입하기로 했다. 이 로봇은 선반 이미지를 찍은 뒤 AI를 활용해 상품의 위치와 가격, 재고 유무 등을 분석하는 방식으로 업무를 처리한다.로봇이 사람의 일자리를 얼마나 대체할지에 대해선 의견이 분분하다. 영국 옥스퍼드대의 칼 프레이 교수와 마이클 오즈번 교수는 최근 미국 ‘일자리의 47%가 위험하다’고 진단했다. 반면 경제협력개발기구(OECD)는 회원국 일자리 중 14% 정도만 로봇 몫이 될 것으로 전망했다.송형석 기자 click@hankyung.com
“아이언맨 슈트 동력장치(아크 원자로)만 줘봐요. 비슷한 슈트를 제작할 수 있을 겁니다.”상영 중인 영화 ‘어벤져스’ 시리즈의 주인공 아이언맨의 슈트(웨어러블 로봇)를 현실화할 수 있느냐는 질문에 한창수 헥사휴먼케어 대표(한양대 로봇공학과 교수)는 이렇게 말했다. 2008년 국내에 웨어러블 로봇을 처음 선보인 한 대표는 이 분야 독보적인 권위자다. 그는 최근 삼성전자에서 25년간 일한 공학자 두 명을 최고운영책임자(COO)와 최고기술책임자(CTO)로 영입했다. 의료용 웨어러블 로봇(재활로봇)을 생산하기 위해서다.웨어러블 로봇은 사람 팔과 다리 등에 착용해 근력과 지구력을 끌어올리는 장치를 말한다. 기술시장 조사업체 테크내비오 등에 따르면 글로벌 웨어러블 로봇시장 규모는 2025년 9조8000억원에 달할 전망이다. 이 가운데 절반가량을 재활로봇이 차지할 것으로 보인다.기지개 켜는 웨어러블 로봇웨어러블 로봇은 재활로봇, 근력을 높이고 부상을 방지하는 작업용 로봇, 노인의 일상생활을 돕는 보조로봇 등으로 나뉜다. 웨어러블 로봇은 이미 일상 곳곳에 파고들었다. 미국 사우스캐롤라이나주 BMW 스파턴버그 공장 등 해외에선 근로자들이 상반신에 작업용 로봇을 걸치고 작업하는 모습을 흔히 볼 수 있다. 미 록히드마틴사의 군용 웨어러블 로봇 헐크(Hulc)를 착용하면 90㎏까지 군장을 부담 없이 멜 수 있다.재활로봇 글로벌 시장은 이제 막 열리는 단계다. 양산과 표준화가 어렵고 맞춤형 생산을 해야 하는 제품 특성 때문이다. 인체모방 구조설계기술과 정밀센서 등 고도의 로봇기술을 확보하고 임상까지 넘어야 하는 것도 장애물이 되고 있다.한 대표는 “예상보다 빠르게, 심각하게 닥친 저출산·고령화시대의 키워드는 노동력을 증폭, 보존, 회복하는 것”이라며 “이 세 가지 기술이 집약된 첨단 분야가 웨어러블 로봇”이라고 설명했다.그는 군사용 웨어러블 로봇 원천기술도 보유하고 있다. 지난해 8월 문재인 대통령이 참석한 가운데 경남 거제에서 열린 3000t급 잠수함 진수식에 학자로선 유일하게 초청받았다.대기업 웨어러블 로봇 알고 보니…글로벌 재활로봇 시장은 스위스 호코마, 일본 사이버다인, 미국 엑소바이오닉스, 이스라엘 리워크 등이 선점했다. 요시유키 산카이 일본 쓰쿠바대 교수가 2004년 설립한 사이버다인은 2014년 일본 증시에 상장한 이후 시가총액이 1조5000억원에 달할 정도로 급성장했다. 매출은 지난해 185억원으로 많지 않았으나 영업이익률이 40%에 가까운 것으로 확인됐다. 이 회사의 재활로봇 할(HAL)은 보행 의도를 근전도측정기술(EMG)로 간파해 착용자가 걷도록 돕는다.2014년 6월 브라질월드컵 개막식 때 하반신 마비 환자의 시축을 가능케 한 웨어러블 로봇은 BMI(브레인-머신 인터페이스)를 적용했다. 뇌파를 측정해 행동으로 연결하는 첨단기술로 미 듀크대 연구팀이 개발했다.사이버다인과 어깨를 나란히 하는 엑소바이오닉스는 2014년 설립됐다. 웨어러블 로봇 창시자로 불리는 호마윤 카제루니 미 UC버클리 교수가 세운 연구소기업이 전신이다. 2016년 척수손상, 뇌졸중 환자 재활을 돕는 엑소GT로 미국 식품의약국(FDA) 승인을 받았다. 세계 주요 병원 등 170곳에서 이를 활용 중이다. 록히드마틴사의 헐크도 카제루니 교수가 개발해 기술이전한 것이다.현대자동차그룹 웨어러블 로봇 개발을 이끌고 있는 현동진 현대차로보틱스팀장이 카제루니 교수의 제자다.삼성전자와 LG전자가 세계 최대 전자쇼 ‘CES 2019’에서 각각 내놓은 GEMS와 클로이슈트봇, 현대차가 ‘CES 2017’에서 선보인 H-MEX 등은 엑소바이오닉스 등의 카피캣(모방)에 가깝다는 게 전문가들의 평가다.단기 과제 나눠 먹기 없애야국내 로봇공학 분야 젊은 석학인 공경철 엔젤로보틱스 대표는 “웨어러블 로봇은 대기업보다는 중소기업이 승부를 걸 만한 분야”라고 설명했다. 공 대표는 2016년 장애인로봇경연대회(사이배슬론)에서 워크온슈트란 제품으로 중증 하반신 마비환자를 걷게 해 주목받았다.이 회사의 핵심 기술은 공 대표가 서강대 재학시절부터 20년 동안 개발한 ‘무저항 정밀 구동 액추에이터’와 ‘발바닥 특수 센서’다. 무게감과 저항력을 최소화하면서 미세한 움직임을 큰 동작으로 전환하는 장치다. 액추에이터 모듈 무게를 1.5㎏→0.85㎏→0.65㎏→0.5㎏으로 연이어 줄이면서 반대로 힘은 높였다. 특수 센서는 발바닥에 가해지는 미세한 압력을 분석해 사용자의 의도를 파악하고 힘을 증폭시키는 매개체 역할을 한다.아직 양산 단계는 아니지만 엔젤로보틱스의 끈질긴 연구개발은 로봇업계에 시사하는 바가 크다. 산업기술평가관리원에 따르면 현재 재활로봇 관련 국가 연구개발 사업은 ‘2년 미만 단기 과제 나눠 먹기’로 채워져 있다. 경쟁력 있는 기술이 나올 수 없는 구조다. 엑소바이오닉스와 사이버다인은 10년 이상 국가와 지역사회의 전폭적 지원을 받은 것으로 알려졌다.안산=이해성 기자 ihs@hankyung.com
한국 로봇기술은 미국과 일본에 비해 한 수 아래로 평가받는다. 하지만 한국인 출신으로 미국 등 세계에서 활약 중인 ‘A급’ 과학자는 적잖다.미국 최초의 휴머노이드 로봇 찰리로 유명한 데니스 홍 UCLA 기계공학과 교수(48)가 대표적인 인물로 꼽힌다. 미 일간지 워싱턴포스트가 ‘달 착륙에 버금가는 성과를 이룬 과학자’라고 평가했을 만큼 학계 입지가 탄탄하다. 그는 고려대 기계공학과 3학년 때 미국으로 건너가 로봇분야 한 우물을 팠다. 세계 최초로 시각장애인이 탈 수 있는 자동차 등 ‘최초’라는 수식어가 붙는 연구 성과를 잇달아 선보이며 스타 과학자로 발돋움했다.홍 교수는 오는 23일 서울 소공동 롯데호텔에서 한국경제신문사와 과학기술정보통신부 주최로 열리는 ‘스트롱코리아 포럼 2019’에도 참석한다.김상배 매사추세츠공대(MIT) 교수(44)도 미국 로봇 과학자를 논할 때 빠지지 않는 인물이다. 박사과정 때인 2006년 도마뱀처럼 벽을 타고 오르는 스티키봇을 개발한 것으로 유명하다. 스티키봇은 시사주간지 타임이 뽑은 ‘올해 최고의 발명품 44’에 선정되기도 했다.네이버의 로봇 자회사 네이버랩스의 석상옥 대표(44)도 MIT 출신이다. 김 교수와 함께 치타 시리즈를 개발했다.송형석 기자 click@hankyung.com
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