지능형 로봇(Intelligent service robot)이란?
요즘 뉴스에 자주 언급되는 지능형 로봇(Intelligent service robot)은 시각, 청각, 촉각 등을 대체하는 다양한 감각 센서가 정해진 프로세스를 통해 외부 정보를 받아 주변 상황을 인식하고 적절한 행동을 하는 로봇을 말한다. 다음과 같은 기능을 갖추고 있다.
- 외부 환경을 인식(Perception)
- 스스로 상황을 판단(Cognition)
- 자율적으로 동작(Mobility & Manipulation)
지능형 로봇은 <그림 1>과 같이 지능형 로봇의 분류처럼 제조 및 비제조용으로 나뉘며, 비제조용 로봇은 개인 서비스용, 전문서비스용으로 구분할 수 있다.
제조용 로봇은 산업의 고부가가치화, 생산성 향상, 해외 이전설비의 본국 회귀(Reshoring)에 기여한다.
또한 수작업과 비교하여 정밀도 향상, 표준화된 시스템 구축을 통한 작업시간 단축, 비용 절감을 위해 해외로 생산설비를 이전한 기업의 본국 회귀에 기여하고 있다.
전문서비스용 로봇은 극한 환경에서의 대응력 제고, 군사 대체 및 비용 감소, 원격 수술과 수술정밀도 향상에 기여한다. 또한 화재, 지진 등 자연재해와 원전사고 등 사람이 접근하기 어려운 환경에 대응하여 복구 비용를 줄이고, 지뢰 제거 대체를 통해 인명 피해를 줄이는 데 도움이 된다. 정밀 수술 또는 원격 수술의 경우에도 로봇을 통해 오차를 줄이고 정밀도를 높이고 있다.
개인 서비스용 로봇은 노약자 케어, 교육 영역 등에 활용된다. 가사 업무 시간을 단축하여 삶의 질을 향상 하고, 사람이 수행하던 재활치료를 보조 및 대체하여 인력 부족 문제를 해결하여 재활의 질을 높인다.
유치원과 방과 후 교실 등에서도 로봇을 활용해 학습효과를 높이고 있다.
이러한 지능형 로봇 산업은 하드웨어, 소프트웨어, AI, 네트워크, 콘텐츠 및 서비스 등이 융합된 종합산업이다. 경제적·기술적·사회적으로 파급되는 효과가 매우 크고 IT, BT, NT 등 신기술 분야의 산업화에서 지능형 로봇은 필수적인 생산기술을 제공하며, 다른 산업의 성장동력과 연관성이 매우 높다.
로봇 지능 분야의 국내 기술 트렌드
지능형 로봇의 인지 대상은 단순히 사람의 음성, 영상에서 동작(gesture)를 인식하는 수준에서 대화와 동작의 의도를 파악하고 이를 기반으로 다음 행위를 판단하는 수준으로 발전하였다. 기존 로봇에 대한 지능화 요구와 컴퓨팅 환경의 발전에 힘입어 인식, 조작, 이동 등 인공지능을 활용하는 서비스 로봇의 연구와 개발이 활발하게 진행되고 있다. 지능화된 로봇은 제조 현장의 협동 로봇, 물류 이송을 위한 로봇 에서 소셜커머스 로봇, 가사 도우미 로봇, 노인케어 로봇, 의료와 재활 로봇 등 다양하게 적용되고 있다.
- 한국전자기술연구원(KETI)은 로봇이 해당 물체를 정확히 인지해 낼 뿐만 아니라 유사한 형태의 다른 물체가 섞여 있어도 축적된 학습데이터를 통해 구분할 수 있는 인공지능 기술을 개발
- 한국전자통신연구원(ETRI)은 네트워크·로컬 카메라로 기쁨, 슬픔, 평상, 놀람, 역겨움, 슬픔 등의 감정 87%를 인식하는 기술개발 진행
- KAIST는 음성 감성 기반 감정인식, 감정 생성, 터치 감정의 분류, 감정 어휘 기반 감정인식, 감정 표현을 개발
- 고려대학교는 정상 상황과 폭행, 낙하물 발생, 카메라 임의 조작 및 카메라 가리기 등의 비정상 상황을 판별하는 기술을 개발. 다중 객체 간 다가오고, 그룹이 나뉘고 함께 걷고 무리를 지어 서 있는 것을 인식하는 기술개발
*출처: 유망시장 Issue Report 지능형 로봇, 연구개발특구진흥재단, 2021
근력 감소자용 맞춤형 보행보조 로봇
로봇에 대한 연구개발이 다양하게 진행되고 있는 가운데, 개인 서비스용 로봇의 근력 감소자를 위한 보행 보조 로봇을 소개한다. ‘골밀도 감소’는 많이 언급되고 있으며 골밀도 향상을 위한 음식, 영양제, 운동 등도잘 알려져 있다. 하지만 상대적으로 ‘근감소자’라고 하면 나이가 들면 어쩔 수 없이 나타나는 현상으로 여겨진다. 근력 감소자가 최소한의 운동도 할 수 없는 상태에서 최소한의 움직임만 하고 누워 있는다면 근력의 감소가 심해져 보행 자체가 어려워 삶의 질이 낮아진다.
보행을 보조하는 웨어러블 로봇은 모터와 모터 구동을 위한 동력을 사용하는 동력형 웨어러블 로봇과 동력이 아닌 탄성체를 활용한 무동력형 웨어러블 로봇으로 구분하여 연구개발을 진행함으로써 근력 감소자들의 보행을 보조하여 삶의 질 향상을 돕는다. 근력 감소자용 보행보조 로봇은 개인별 맞춤형이 아니면 불편하다. 근력 감소자의 근력 감소 정도가 달라서 일반화할 수 없어므로 보행의 보조하는 힘의 차이가 분명할 수밖에 없다.
또한 오른손잡이와 왼손잡이가 있듯이, 오른발잡이와 왼발잡이가 있다. 불편함 없이 보행하던 시절에 사용 하는 근육과 근육량에도 개인별 차이가 있기 마련이다. 근 감소 정도에 따라 이를 보상하고 보행하기 위해 골반을 좌우로 움직이는 정도에도 차이가 발생한다. 이를 무시한 보행보조 로봇을 착용하면 불편함을 느끼게 되고 불편함이 커지면 아무리 좋은 도구도 결국에는 사용하지 않게 된다.
1. 소프트웨어적 맞춤
얼굴의 좌측 또는 우측의 절반을 반전 모습이 원래 얼굴과 달라 재미있게 또 다른 내 얼굴을 만들어 봤던 기억이 있다. 앞서 말한바와 같이 오른손잡이와 왼손잡이가 있듯이 오른발잡이나 왼발잡이도 있다. 그들은 자주 사용하는 근육과 근육량이 달라 평소 걷을 때도 좌우 근전도가 다르며 이에 적응하여 보행한다.
많은 사람이 좌우 다리의 길이가 다르다. 그중에서 그 차이가 커서 보행에 어려움을 겪어 교정치료를 받거나 신발 굽의 높이를 다르게 하는 사람도 적지 않다. 차이가 작은 사람들은 보행 과정에서 좌우 양발 근육을 다르게 사용한다.
근전도 센서를 부착한 상태에서 경사진 곳을 다양한 속도로 걷는다는 가정하에 계단, 오른손이나 왼손에 부가 하중을 주고 테스트한다. 이때 나타나는 신호를 분석하여 보행보조 웨어러블에 변수로 적용해 불편 함을 줄이고 부드럽게 걸을 수 있는 개인별 맞춤형 제어프로그램이 필요하다.
2. 하드웨어적 맞춤
일반적으로 일상에서 사람들이 기구부를 조절하는 방식에는 높낮이 조절은 등산 스틱, 탁자나 선반의 높이 조절 방식, 팔뚝이나 손목 등의 굵기가 달라 팔꿈치나 손목을 감싸고 보호하기 위해 탄성밴드로 제작하여 팔꿈치를 감싸서 고정하거나 팔꿈치를 감싸고 밸크로(Velcro, 찍찍이)로 마무리하는 스트랩(strap) 방식을 적용하고 있다. 하지만 사람마다 다르다는 점을 고려하여 개인별 차이를 대·중·소로 구분한다.
대부분 웨어러블 로봇은 하드웨어적으로 부품 간 간격을 기구적으로 길이 조절(Length adjustment)하는 방식을 적용하고 있으나, 다리테크놀로지에서는 3D 프린팅 기술을 적용하여 개인별 신체적 차이를 정확 하게 인지하고 보행에 적합하도록 최적의 개인별 맞춤형 웨어러블을 제작하고 있다.
3. 안전을 위한 안정성 인증
개인 서비스용 보행보조 로봇은 보행이라는 움직임을 보조하는 데다 사람이 직접 착용하는 것이기 때문에 안전성 인증이 필요하다. 국제표준 ‘ISO 13482(Robots and robotic devices – Safety requirements for personal care robots)’는 기술위원회 TC299(로보틱스)가 관리하고 있다. 이동형 도우미 로봇 (mobile servant robot), 신체 보조 로봇(physical assistant robot), 탑승용 로봇(person carrier robot) 등 세 가지 개인용 서비스 로봇에 대한 안전성을 확보하기 위해 2014년 국제표준화기구(ISO, International Organization for Standardization)에서 제정했다.
※ 기술위원회 TC299(로보틱스): 장난감과 군용 애플리케이션을 제외한 로봇 공학 분야의 표준화를 담당하는 기술 위원회로 스웨덴이 사무국이며, 로봇에 관련된 표준 26개를 제정, 12개를 개발하고 있으며 우리나라를 포함한 참여회원 (Participating members)으로 28개국, 옵서버 회원(Observing members)으로 13개국이 참여하고 있다.
국내에서는 한국로봇산업진흥원이 ISO 13482 인증을 진행하고 있으며, ISO 13482 인증을 위해 내부적으로 ISO 12100 위험성 평가와 ISO 13849-1의 내용을 포함하고 있다. 인증을 위한 기본 서류는 다음과 같다.
- 적합성인증 신청서
- 사업자등록증 사본
- 제품설명서 및 위험성 평가 보고서
- 제품/부품 단위 기술문서
- 기타 제품 관련 서류
ISO 13482 인증을 받은 삼성의 보행보조 로봇인 ‘GEMS’는 사용자 필요에 따라 고관절, 무릎, 발목 등에 착용해 보행에 관여하는 주요 근육의 부하를 덜어준다. 고관절에 착용하는 신체 보조 로봇으로, 걸을 때 24% 정도의 힘을 보조해 보행 속도를 14% 높여주는 것으로 나타났다.
맞춤형 보행보조 로봇의 미래
보행보조 웨어러블 로봇이 근력 감소자의 보행을 보조하여 삶의 질을 향상한다는 것에 대해서는 의심의 여지가 없을 것이다. 또한 장시간 침상에 누워있던 환자가 보행을 위해 재활하는 과정에 재활 리소스가 될 수 있으며, 재활은 개인의 건강은 물론 나아가 사회의 복지에 기여할 것이다. 더 발전하여 우주 정거장에 장기간 머물던 우주인이 지구로 복귀할 때 들것에 실려 나오는 것이 아니라 보행보조 웨어러블을 장착하고 우주선에서 당당하게 걸어 나오는 모습을 상상해 본다.
