생활 환경의 지능화, IoT 로봇의 발달을 이끌다 - IoT 시대의 지능형로봇 (1편) -

LG CNS에서 발간하는 IT전문 학술지인 Entrue Journal에 고려대학교 기계공학부 정우진 교수님이 기고한 『IoT 시대의 지능형 로봇』 를 편집하여, LG CNS 블로그 독자 여러분께 2편으로 나누어 소개드립니다. 흥미로운 IoT 시대의 지능형 로봇이야기를 지금 만나보시죠. 

인터넷과 스마트폰으로 대표되는 기술혁신의 주역인 IT기술이 인공지능, IoT, 빅데이터 등 강력한 키워드들을 쏟아내며 우리의 생활을 바꾸고 있습니다. 반면 그동안 많은 관심을 받아왔던 지능형로봇 관련 기술들은 안타깝게도 아직까지 실생활에서 널리 쓰이지 못하고 있습니다. 

하지만 IoT기술의 발전은 로봇의 실용화를 앞당길 결정적인 역할을 할 수 있는데요. 로봇기술이 널리 활용되게 된다면 사용자들은 실제 세계에서의 움직임을 통한 서비스를 제공받아 삶의 질이 비약적으로 향상될 것입니다. 

이 글에서는 앞으로 다가올 IoT세상과 로봇기술과의 연관관계를 살펴보고 IoT기술과 함께 발전해갈 지능형 로봇 기술의 전망에 대해서 생각해 보는 시간을 갖도록 하겠습니다. 그리고, 현재의 로봇분야 시장동향을 알아보고 최근에 주목받고 있는 산업용로봇분야의 새로운 움직임들을 조명해 보겠습니다. 

최근 IoT를 포함하여 인공지능, 기계학습, 클라우드, 빅데이터 등의 IT용어들을 여러 매체에서 쉽게 접하게 되었습니다. 무인차, 휴머노이드로봇이나 민수용 드론과 같은 제품들은 개발완료 또는 상용화 초기 단계에 접어들었는데요. 많은 사람들은 이러한 기술과 제품을 통하여 우리 삶의 질이 비약적으로 향상될 것으로 기대하고 있습니다. 이 글에서는 가까운 미래에 일상생활의 혁신을 가져올 IoT시대에 활약할 지능형로봇의 현황과 전망 등에 대해서 생각해 보겠습니다. 

IT와 로봇

로봇의 정의에 대해서는 여러 가지 견해가 있으며, 아직까지 뚜렷하게 확립된 정의는 없습니다다. 특정 시스템이 로봇이나 아니냐 하는 것을 명확하게 구분하는 기준이 없다는 뜻이죠. 하나의 예로 카네기멜론대의 로봇석학 카나데교수는 자동문도 로봇이라고 주장하지만, 많은 사람들은 그렇게 생각하지 않습니다. 

지능형로봇개발 및 보급촉진법에 따르면 로봇은 외부환경을 스스로 인식하고 상황을 판단하여 자율적으로 동작하는 기계장치로 정의됩니다. 단순히 이해하자면 로봇이란 인식, 판단 및 행동의 3가지 기능을 가지며 사람에게 유용한 기능을 제공하는 시스템을 의미한다는 정도의 표현에 대해서는 많은 사람들이 동의하는 것으로 보입니다. 이러한 정의에만 비추어보면 자동문도 로봇에 해당하기는 하죠. 

하지만, 로봇을 로봇답게 만드는 또 하나의 중요한 특징은 로봇의 다기능성 또는 범용성입니다. 즉, 하나의 기계로 여러 가지 일을 할 수 있어야 로봇스럽다는 것입니다. 때때로 변신하는 트랜스포머나 집에서 같이 생활하며 친구처럼 지내는 인간형로봇 바이센터니얼맨을 로봇이라고 부르는 것은 자연스럽습니다.

로봇스러움을 범용성에 초점을 맞추고 생각하면 IT기술발전의 정점에 로봇이 있음을 쉽게 이해할 수 있습니다. 대표적인 IT제품인 스마트폰은 서로 무관했던 수많은 제품들의 기능을 포함하고 있습니다. 예를 들면 TV, 컴퓨터, 전화기, 오디오, 녹음기, 신문, 지도, 카메라, 캠코더, 팩스, 시계, 자명종, 나침반, 전자수첩, 사전, 계산기, 만보계, 네비게이션 등은 모두 다른 제품이었으며 시장도 달랐습니다. 하지만 이 모든 기능이 범용성이 뛰어난 하나의 기계로 합쳐진 것이죠. 

하지만 이렇게 강력한 스마트폰도 내 무거운 짐을 대신 들어주거나 마실 물을 가져다주지는 못합니다. 로봇은 지금까지 이룩한 IT분야의 기술적 성과를 토대로 실환경(Real world)에서의 행동을 더해줄 수 있는 존재입니다. 

IoT와 로봇

과거로부터 현재까지 기술의 발전과정을 보면 IoT시대의 지능형로봇의 발전방향을 대략적이나마 예측할 수 있습니다. 과거로부터 현재까지의 로봇기술을 간단히 요약하면 단순반복작업을 수행하는 공장에서의 산업용로봇은 널리 쓰이고 있으나, 일상생활용 서비스로봇의 활용은 기대에 비하여 아직 미흡하다고 볼 수 있는데요. 

가정용청소로봇과 외과수술용로봇 정도가 활약하고 있을 뿐, 일반인이 생활에서 접할 수 있는 로봇은 아직 거의 없습니다. 이것은 우리나라만의 문제가 아니고 전세계적으로 공통된 현상이죠. 하지만 이러한 답답한 흐름을 뒤로하고 가까운 미래에 로봇과 로봇기술이 여러 분야에서 널리 활용될 수 있을 것이라는 긍정적인 전망을 해도 될 것 같습니다. 

긍정적인 전망의 근거는 크게 두가지로 요약할 수 있습니다. 첫 번째는 IoT로 대표되는 환경의 변화이며 두 번째는 지능형로봇기술의 발달입니다. 10여년전까지만 해도 일본의 몇몇 로봇연구자들은 계단을 오르내릴 수 있는 휠체어에 대한 연구를 활발히 수행하였습니다. 주로 무한궤도로 이동하여 평지뿐만 아니라 실내외의 계단 이동을 가능하게 함으로써 이동약자의 이동권을 확보하자는 것이었죠. 

하지만 최근에는 그러한 시도가 거의 사라졌습니다. 주된 원인은 대부분의 일상생활공간이 배리어 프리(barrier free), 즉 엘리베이터를 설치하고 문턱을 없애는 등의 방법으로 기존의 휠체어나 전동휠체어로 이동이 가능하도록 개선되었기 때문입니다.  

기존의 로봇연구자들은 가능한 한 환경을 바꾸지 않고 사람의 능력에 가까운 로봇을 만듦으로써 문제를 해결하고자 하였습니다. 그러나 이러한 접근법으로는 로봇이 너무나 전지전능해야하기 때문에 실용화까지 갈 길이 너무 멀었습니다. 

● 생활 환경의 지능화 

하지만 이제부터 펼쳐질 IoT세상에서는 로봇연구자들의 표현을 빌자면 “생활환경의 지능화”에 의하여 로봇기술이 해결해야할 문제의 범위가 축소됩니다. 따라서 조금 더 실용성이 높고 신뢰성 높은 로봇솔루션이 가능하게 되는 것이죠. 

하나의 예로 이전에는 GPS를 사용할 수 없는 실내환경에서의 로봇위치추정이 어려운 문제였습니다. 새로운 환경에 들어간 로봇은 스스로 돌아다니며 환경지도를 만들고 제한된 센서값으로부터 자기의 위치를 계산하였는데요. 카메라로 주위를 보려고 하면 시시각각 급변하는 조명조건이 문제였고, 레이저센서가 정확하기는 하지만 주위에 움직이는 사람들이 너무 많으면 위치인식의 오류가 발생하기 일쑤였습니다. 

하지만 IoT환경에서는 각종 센서 및 통신장치를 활용하면 자기위치를 계산하는 것은 그다지 어렵지 않은 문제가 되었습니다. 기존의 로봇기술로는 해결하기 어려웠던 많은 문제들이 IoT세상에서는 자연스럽게 해결됨으로써 로봇기술의 실용화가 훨씬 앞당겨질 수 있습니다. 

로봇메커니즘의 천재라고 불리는 일본 동경공업대학의 히로세교수는 우리가 상상할 수 있는 여러 가지 서비스를 제공할 수 있는 홈로봇이 어느날 갑자기 필수가전제품으로 등장하는 일은 영원히 없을 것이라고 얘기하였는데요. 즉, 기존의 생활환경에 로봇 한 대가 투입되어서 뭔가를 해결해주는 식의 발상은 비현실적이라는 것입니다. 

따라서 환자를 번쩍 들어서 휠체어에 옮겨주는 사람모양의 로봇이 등장하기보다는 로봇침대가 목적지로 환자를 태우고 자율주행을 해서 이동하는 식으로 설계하는 것이 현실적이라는 관점입니다. 이러한 관점에서 보면 궁극적으로는 로봇기술과 IoT기술이 합쳐진 형태의 다양한 제품들이 등장할 것이며, 기술의 경계가 없어지게 됩니다.  

● 지능형 로봇 기술의 발달 

로봇기술의 낙관론에 대한 두 번째 근거는 지능형 로봇 기술의 발달입니다. 이제까지 로봇실용화가 어려웠던 가장 큰 원인은 쓸만한 기술이 별로 없고 기술의 신뢰성이 낮았기 때문입니다. 그러나 최근 IT분야의 인공지능, 기계학습, 빅데이터, 클라우드 등의 키워드로 대표되는 기술들이 상호 보완적으로 급속히 발달하면서 기존 로봇기술의 한계를 돌파할 수 있는 여건이 조성되었습니다. 

빅데이터의 경우, 기술적 관점에서는 많은 양의 비정형데이터를 다루는 방법에 대한 데이터베이스(Database) 측면에서의 접근과 데이터로부터 의미있는 정보를 추출하는 데이터마이닝(Data mining) 측면에서의 접근으로 나눌 수 있습니다. 인공지능(Artificial Intelligence. AI)의 역사는 50년이 넘지만 초기에 반짝 주목을 받다가, 오래지않아 AI기술이 해결할 수 있는 문제가 지극히 제한적이라는 것이 점차 알려지면서 AI윈터(AI’s winter)라고 불리웠던 암흑기가 오래 지속되었습니다. 그 암흑기에는 인공지능을 이용해서 뭔가를 해결하겠다고 하는 말을 꺼내기 어려울 정도로 부정적인 분위기가 형성되었죠. 

하지만 최근에는 하드웨어적인 계산능력의 향상과 더불어 많은 양의 비정형데이터를 학습하는 방식으로 다양한 실제 문제에 대한 강력한 해결책을 제시하는 수준에 이르게 되었습니다. 동영상이나 이미지와 같이 테이블화 하기 어려운 비정형데이터가 전체 데이터의 90%를 차지한다고 알려져있지만 최근의 딥러닝과 같은 새로운 기계학습기법의 등장으로 기존 기술의 한계를 극복할 수 있게 되었습니다. 또한 IoT와 통신기술 등의 발전으로 양질의 데이터가 대량으로 수집되고, 그로부터 제대로 된 해결책들을 얻을 수 있게 된 것이죠. 

이러한 기술적 발달에 힘입어 로봇이 환경과 사물, 상황을 비교적 신뢰성있게 정확히 인식하게 되었고 변화하는 실제 세계에서 강인하게 동작하게 되었습니다. 대표적인 예가 자율주행자동차로서 기술적으로는 대부분의 도로에서 주행이 가능한 수준에 이르렀으며 가까운 미래에 상용화가 이루어질 것으로 예측됩니다. 

이번 편에서는 IT기술 발달과 그에 따른 지능형 로봇의 발전 모습에 대해서 살펴보았는데요. 다음 편에서는 지능형 로봇의 세계 기술 동향과 개발 현황에 대해서 알아보겠습니다. 

● IoT 시대의 지능형로봇 (2편) : http://blog.lgcns.com/849

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저자소개 

정우진 (Chung, Woojin)

서울대학교 기계설계학과에서 학사를 마쳤으며, 일본 도쿄대 기계정보공학과 대학원에서 석사 및 박사학위를 취득하였습니다. 한국과학기술연구원(KIST) 선임연구원을 거쳐 현재 고려대학교 기계공학부 교수로 재직 중입니다. IEEE Transactions on robotics 부편집인, 산업통상자원부지정 로봇자율주행전문인력양성센터 사업단장, 한국로봇학회 및 제어로봇시스템학회의 이사 등을 역임하였습니다. 주요 연구 관심분야는 이동로봇의 자율주행제어, 자율주행자동차의 위치추정, 경로생성 및 운동제어 등이 있습니다.