아바타 로봇 손끝엔 특별한 것이 있다

생산기술硏, 가상현실 원격 제어 로봇 공개… “로봇손+VR 기술 접목”

눈 앞엔 잘 익은 키위와 사과, 감이 각각 한 알씩 놓여있었다. 손에 쥐고 있는 컨트롤러의 스위치를 누르자 ‘징~’ 하는 기계음과 함께 로봇 팔이 사과를 향해 뻗어나가는 것이 두 눈에 들어왔다. 마치 내 손으로 과일을 잡기 위해 팔을 뻗고 있는 착각이 들 정도였다. 로봇 팔을 원격으로 조종해 일을 할 수 있는 세상은 이미 코앞에 와 있었다.

16일 오전 일산 킨텍스에서 열린 ‘과학기술대전’ 현장. 한국생산기술연구원(생기원) 부스에선 ‘원격이동형작업로봇’을 시연 중이였다. 연구진의 허락을 얻어 가상현실(VR) 장비를 머리에 착용하고, 옆에 놓아둔 의자에 앉아 로봇 팔을 직접 조종했다. 세 종류의 과일을 하나씩 집어 옆에 놓아둔 바구니에 모두 옮겨 담는 데 걸린 시간은 1분 남짓. 생전 처음 해 보는 일이지만 어렵지 않게 해 낼 수 있었다. 로봇에 장치된 카메라로 촬영된 입체영상을 바라보며 마치 내 손처럼 다룰 수 있기 때문이다. 옆에서 지켜보던 박재한 생기원 AI·로봇부문 수석연구원은 “바퀴형 로봇에 고성능 로봇 손과 카메라를 달아 먼 곳에서도 손쉽게 작업 할 수 있게 만든 것”이라며 “위험지역 작업, 방역 등 다양한 작업에 적용할 수 있을 것”이라고 설명했다.

생기원은 이 ‘아바타 형’ 로봇의 제어 기술을 3년 전부터 개발해왔다. 본래 바닷속에서 움직이는 해양 작업 로봇 ‘MR-2’의 팔을 제어하기 위해 개발했던 기술로, 바닷속에서 일하는 로봇의 손을 두 눈으로 보면서 조종할 수 있도록 만든 기술을 실내 작업용으로 다시금 개발한 것이다. 원격이동형작업로봇과 MR-2의 개발 사례를 소개하는 건 본지가 처음이다.

MR2 로봇팔 기술은 생기원의 기본사업비를 3년간 총 30억 원 투입해 △해양로봇센터 △AI로봇연구부문 △스마트생산시스템연구부문 3개 부서가 공동으로 개발했다. 박재한 수석연구원은 “과거 해양 로봇 팔 조종은 장기간의 훈련을 거쳐 겨우 조종할 수 있었는데 이 기술을 도입하고 누구나 하루 사이에 해양 작업이 가능해졌다”고 했다. 이어 그는 “기술을 이미 완성한 상태라 손과 입체카메라를 설치하면 짧은 기간 안에 다양한 형태의 로봇에 원격제어기능을 추가할 수 있다”고 설명했다.

◇로봇 실용화, 머리보다 ‘손’에 달렸다

생기원 원격이동형작업로봇은 두 가지 발명의 합작이다. 첫째는 입체카메라와 VR기기를 이용한 원격 로봇 제어기술, 둘째는 로봇의 손 기능이다. 미래 로봇사회의 실용화에서 로봇의 손 기능이 얼마나 중요한지를 단 적으로 보여준다. 많은 로봇공학자들이 로봇과 인간이 함께 살아가기 위해 앞으로 해결해야 할 숙제가 ‘완벽한 손 기능을 개발하는 것’이라고 이야기할 정도다.

생기원의 원격이동형작업로봇에 붙어 있는 손은, 손가락을 이용해 물건을 사람처럼 다룰 수 있는 ‘덱스트러스(손재주)’ 방식의 로봇손이다. 이 방식의 로봇손은 필요에 따라 3~5개의 손가락이 달려 있으며, 손가락마다 4개 정도의 관절이 달려 있으니 적어도 12~20개 정도의 관절이 필요해 개발하기가 대단히 까다롭다. 로봇 손만 전문으로 만드는 연구자들도 있을 정도다. 독일 등 기계 선진국에서 만든 로봇 손은 대당 가격이 수억 원에 달하는 경우도 있다.

원격이동형작업로봇에도 생기원이 직접 개발한, 덱스트러스 방식의 로봇손 ‘KITEC HAND’가 적용됐다. 국내에서 덱스트러스 방식의 로봇손을 개발한 것은 생기원이 처음이다. 이 로봇손은 손끝의 힘을 정밀하게 조종할 수 있어 과일 등 부드러운 물건도 자유자재로 잡을 수 있다. 현재 다양한 로봇 개발과정에 두루 쓰인다.

배지훈 생기원 융합기술연구소 AI·로봇부문장팀이 최근 공개한 ‘AI스마트 그리퍼’도 같은 방식이다. 인공지능을 적용, 두 팔이 자동으로 공장에서 물건을 조립하도록 만들어졌는데, 덱스트러스 방식의 로봇 손이 물체의 홀(구멍) 위치를 파악해 공중에서 정확하게 조립한다. 사람이 눈을 감은 채 손끝 감각만으로 물체를 조립하는 것과 비슷하다. 사람의 손 감각을 어느정도 구현해 낼 수 있어야 가능한 원리다. 배지훈 부문장은 “이번 연구 성과는 AI와 로봇손 기술이 융합된 성과물”이라며 “물류창고, 위험 현장에 투입돼 작업할 수 있도록 후속 응용연구를 진행할 계획”이라고 했다.

반대로 우리가 TV 등에서 흔히 볼 수 있는 인간형 로봇은 손기능이 크게 떨어진다. 일본의 아시모, 한국의 휴보, 미국의 아틀라스 등의 로봇은 대부분 모양에 치중한 ‘안트로포모르픽(의인화)’ 방식의 손을 달고 있다. 손가락을 움직여 보일 수는 있지만 물건을 잡고, 옮기는 기능은 상당히 약하다. 모양만 흉내 낸 ‘가짜 손’이라고 보아도 무방하다.

◇빠른 실용화 과정에선 ‘집게’ 사용하기도

특정 작업에 치중해야 하는 경우는 그리퍼(집게) 방식의 손을 채택하는 경우도 많다. 덱스트러스 방식의 로봇 손에 비해 더 강력한 힘을 발휘한다. 단점은 여러 종류의 일을 하긴 어렵다는 것. 하지만 정해진 공정에서는 최고의 효율을 기대할 수 있다.

그립퍼 방식은 실제로 대단히 쓸모가 있다. 일례로 덱스트러스 방식의 로봇손을 이미 가지고 있는 생기원도 MR2를 만들 때는 수중작업용 그리퍼를 사용했다. 높은 수압을 견디며 물속에서 물건을 확실하게 잡으려면 집게가 더 확실하다고 본 것이다. 사실 덱스트러스 방식의 로봇 손이 완전히 실용화되기엔 시간이 필요하다. 사람의 손은 압력이나 온도, 촉각 등도 느낄 수 있는데, 이런 감각을 구현하기엔 현재의 센서 기술이 턱없이 부족하기 때문이다.

배 부문장은 “일을 한다는 것은 결국 손을 이용해 물건을 이동시키거나 조립하는 것”이라며 “로봇의 원래 목적은 사람 대신 일을 하는 데 있는 만큼, 손 기능의 개발은 로봇 기술의 마지막 관문이 될 것”이라고 말했다.