지난 몇 년간 제조업과 보건의료 에서부터 자율주행자동차와 무인 항공기에 이르기까지 로봇기술은 비약적 성장을 거듭해 왔다. 이뿐만 아니라 통신시스템, 디스플레이 및 영상시스템에서도 놀라운 성과를 이룩했다. 이러한 변화양상을 소개하기 위해 미국 내 150여명의 로봇 과학자들이 참여해 ‘로봇공학 로드맵 2016’을 기획했다. 이에 본지에서는 최신 기술동향이 소개된 로봇공학 로드맵 2016을 살펴본다.
Contents
Ⅰ. 서론
Ⅱ. 주요 로봇연구 분야별 분석
1. 제조/유통
2. 차세대 가정용로봇/전문서비스로봇
3. 보건의료 재활 및 복지
4. 국방/재난안전
5. 우주
Ⅲ. 결론
Ⅱ. 주요 로봇연구 분야별 분석
3. 보건의료 재활 및 복지
1) 보건의료 재활 및 복지의 미래
보건의료 재활 및 복지 로봇은 건강관리서비스 접근성 향상 및 보건의료 분야의 인력난 해소에 중요한 역할을 할 수 있다. 전 세계 인구 중 20% 이상이 각종 운동기능, 인지기능 또는 감각기능 장애를 앓고 있으며, 인구노령화 또한 급격히 진행되고 있어 의료로봇의 중요성은 점차 증대되고 있다.
이러한 시장 상황 속에서 로봇기술은 다양한 보건의료 분야의 시장 판도를 뒤바꿀 가능성을 내포하고 있다. 이는 환자의 예후향상에 도움이 되며, 생애전반에 걸쳐 의료비 지출을 줄여주고 보다 건강하고 독립적인 삶을 영위할 수 있도록 도움을 줄 것 이다.
2) 보건의료 재활 및 복지의 핵심역량 개발계획
-노인 및 재가복지 로봇
사회·인지 기능을 지원할 수 있는 로봇은 치료, 건강관리 및 웰니스(Wellness) 등의 다양한 분야에서 활용되기 시작했다. 현재 개발된 로봇은 실험실 환경 또는 시뮬레이션 설정 속에서 일부 고난이도 임무를 수행하고 있다. 이러한 사회적 보조 로봇(SAR)은 사용자가 건강한 생활습관을 유지하고 치료프로그램을 이행할 수 있도록 하며, 사용하기 간편한 인터페이스를 지원한다.
SAR은 말, 행동 그리고 눈짓 등 광범위한 커뮤니케이션 신호를 인식하고 효과적이고 능숙한 사회적 관계에 필요한 적절한 행동반응을 보일 수 있을 것이다. 또한 매우 정교한 대화기능을 탑재해 언어 및 비언어적 커뮤니케이션뿐만 아니라, 인간의 일상생활 속 대화에서 발생하는 불완전한 문장을 이해할 수 있게 될 것으로 예상된다. 이러한 노인 및 재가복지 로봇의 로드맵은 다음과 같다.
·5년 : 로봇이 친밀도, 몸짓, 표현 및 기타 비언어적 신호 및 간단한 대화내용은 물론 지시사항 및 그에 따른 피드백까지 포함해 사회적으로 통용되는 규범을 준수하면서 자율적으로 1회성 또는 단기적인 상호작용을 유지.
·10년 : 로봇이 광범위한 영역, 제어된 환경 속에서 장기, 반복적인 상호작용을 유지. 또한 제한된 영역에서 언어, 몸짓 및 눈짓과 같은 행동을 포함해 자유로운 대화를 이용해 인간 및 로봇이 주도하는 서비스를 제공. 로봇은 구체적이고 정확하게 지정된 영역에 한해, 사전에 명령 받은 의료적 개입 및 치료를 수행.
·15년 : 로봇이 광범위한 영역에서 몇 주 또는 몇 개월에 걸친 자율적 상호작용을 유지하며, 복잡하고 혼재된 상호작용을 할 수 있고 다양한 사회적 상황에 걸쳐 일반화된 형태의 행동방식을 자유롭게 구현 가능. 로봇은 분위기 환기, 상호작용 수준을 낮추거나 높이기, 예상하지 못한 돌발 상황에 대처하는 등 시간흐름에 따라 사용자에 맞게 자신의 행동방식을 조정하고 사용자의 필요와 로봇의 역할에 맞게 상호작용 형태를 변경.
-외과 및 중재 수술로봇
현재 상용화된 수술로봇은 사람에 의해 직접 조종되거나, 원격으로 조종된다. 로봇수술 집도의는 기존 외과수술과 다르게 환자의 신체 내부에서 자유롭게 손동작을 취할 수 있으며, 집도의의 손동작을 미세한 움직임으로 바꾸어 주고, 말단에 부착된 장비는 직관 조종이 가능하다. 집도의는 절개, 소작 및 봉합 등 기존 수술방식에서 활용하던 모든 동작을 동일한 수준 또는 보다 정밀하게 취할 수 있다. 이러한 외과 및 중재 수술로봇의 로드맵은 다음과 같다.
·5년 : 로봇과 사람 사이에 양방형 정보 및 에너지 교환을 위한 새로운 장비 및 알고리즘과 실시간 센서정보, DB 정보를 통합하는 제어시스템 개발. 집도의가 로봇 장비 및 원거리에 위치한 환자의 세포 조직을 제어하는데 필요한 물리적 피드백 시스템 장착.
·10년 : 직관적이고 가시적인 인간과 로봇간의 상호작용 가능. 단순히 사용자의 명령을 수행하는데 그치지 않고 사용자의 의도를 추정하는 인터페이스 개발.
·15년 : 인간의 동작을 감지하고 그것에 내포된 의도를 추론하며, 주어진 상황을 분석해 적절한 방식으로 인간에게 필요한 도움을 제공하는 알고리즘 개발.
-보건의료 종사자 지원로봇
보건의료종사자는 극도의 스트레스가 혼재된 환경 속에서 근무한다. 이러한 의료진을 인지적으로 보조하기란 결코 쉬운 일이 아니다. 특히 긴급한 상황에서는 더욱 그러하다. 현재 이러한 분야의 연구는 걸음마 단계에 있으며, 아직 파악하지 못한 문제점들이 도사리고 있다. 이러한 보건의료 종사자 지원로봇의 로드맵은 다음과 같다.
·5년 : 로봇이 의료진을 대신해 부가가치를 창출하지 못하는 단순 업무 및 사전에 지정된 업무 수행 또는 격오지 환자, 재가환자 등을 위한 텔레프레전스 로봇 원격진료.
·10년 : 환자이송 및 감염성 질병 등 의료진의 3D 업무지원. 또한 의료인력 신규교육 및 재교육 과정에서 외부자극에 반응하는 스마트 환자로봇 시뮬레이터를 활용.
·15년 : 로봇이 마치 휴대전화처럼 의료서비스와 완전 통합되며, 로봇에 관한 전문지식 없이도 손쉽게 운용가능. 또한 의료진에게 인지적 지원 제공과 임상 진료 현장에서 발생하는 상황에 따라 새로운 패러다임을 학습.
4. 국방/재난안전
1) 국방/재난안전의 미래
미국은 향후 20년에 걸쳐 전통적 개념의 안보위협은 감소하는 반면, 새로운 형태의 지정학적 위협이 발생할 것으로 예상하고 그에 대한 대비책을 마련하고 있다. 국토안보부의 상황도 마찬가지다. 급격한 기후변화는 대규모 자연재해를 촉발했고, 동시에 각종 인재와 테러 공격 등이 증가하면서, 미국인들은 과거 어느 때보다 높은 위험에 노출되어 있다. 이러한 상황에서 로봇과 자동화 시스템은 매력적인 해결방안으로 부상하고 있다.
2) 국방/재난안전의 핵심역량 개발계획
-무인항공기(UAV)
현재 미군은 병력투입을 최소화하기 위해 무인시스템 자원을 최대한 활용하고 있다. 이중 무인항공기는 국방부의 무인시스템 예산에서 가장 큰 부분을 차지하고 있으며, 광범위한 작전수행능력을 자랑한다.
소형 UAV는 재난 발생 시 실시간 정보수집이 가능하기 때문에 기존 구조 및 구호 임무의 형태를 바꾸어 놓을 수 있다. 소형 UAV 기술은 재난안전 분야에서 상당한 가능성을 가지고 있지만, 이러한 가능성을 실현하려면 두 가지 과제가 해결되어야 한다. 첫째, 기성품 또는 군용장비에 옵션을 장착해 개조하기 보다는 재난안전 활동에 적합한 기술과 설계를 개발해야한다. 둘째, 주정부 및 지방정부가 자유롭게 UAV를 운용할 수 있도록 연방항공규정을 개정해야한다.
-무인지상차량(UGV)
무인지상차량은 기동, 기동기원 및 작전지속 등 다양한 임무를 수행할 수 있다. 기동임무란 UGV가 적진에 접근 후 화기를 이용해 목표물을 파괴하는 것을 말하며, 기동지원임무란 장애물과 각종 위험요소를 극복하면서 이동하는 것이다. 이어 작전지속임무란 장비를 유지하고, 군수 및 의료지원을 제공하는 것을 말한다.
UGV가 빠르게 실전배치 및 확산되면서 다양한 임무수행이 가능해졌지만, 후속지원 및 유지보수 비용 등 다양한 문제점을 낳았다. 국방부와 재난안전 부처는 UGV 운용과정에서 발생할 각종 문제점을 해결하기 위해 지휘통제 인터페이스, 항법 및 매니퓰레이터, 자율성, 신뢰성 내구성 및 생존성 등을 확보해야 할 것이다. 또한 360° 감지기술, 영상·음성 녹화기술, 화생방 탐지 및 제독 기술 등을 향상시켜야 한다.
-무인함정(UMS)
1세대 UMS 성공을 기반으로 육·해·공 자동화 시스템 기술이 발전함에 따라 유인수상함 또는 잠수함에 배속되어 단순 지원임무를 수행하던 UMS는 이제 장기간에 걸친 복잡한 임무수행 능력을 갖게 되었다. 그러나 대형 무인잠수정(UUV)을 실전 배치하려면, 발진에 필요한 선상시설 설치 또는 해안기지 건설에 막대한 예산이 필요하다. 또한 장기간 임무수행에 필요한 기술을 개발해야 한다. 현재 다수의 국책연구소, 항공우주 기업 및 대학이 대형 UUV용 추진기술, 잠항기술, 통신기술, 동력 및 인공지능 기술을 개발하고 있다. 또한 국방부 산하 연구기관들은 무인수상정(USV)의 제대운용 능력 , 국제해사기국 선박출동방지규정에 의거한 항행능력, 심해 잠수함 탐지·추적능력 등을 검증했다. 이러한 연구 성과는 향후 국방 및 재난안전 기술발전에 기여할 수 있을 것이다.
5. 우주
1) 우주산업의 미래
인류는 호기심을 바탕으로 수세기에 걸쳐 끊임없이 미지의 세계를 탐험해 왔다. 역사적으로 탐험활동은 비단 신세계 발견에 그치지 않고 국부, 천연자원, 지식 그리고 권력의 원천이 되어 왔다.
우리가 알고 있는 태양계에 관한 지식의 대부분은 로봇탐사선, 궤도위성, 착륙선, 로버가 전해 준 것이다. 로봇 탐사선은 인간을 대신해 어둡고 깊은 우주를 여행하면서 미지의 세계를 관찰하고 데이터를 수집한다.
로봇과 자율시스템 기술은 이미 NASA의 모든 임무에서 광범위하게 활용되고 있다. 국제우주정거장(ISS)에 체류하는 우주인과 지상관제센터는 이미 로봇을 활용해 각종 선내임무와 선외임무를 수행하고 있다. 이러한 인간과 로봇의 공동 탐사는 향후, 우주임무에서 더욱 확대될 전망이다.
2) 우주의 핵심역량 개발계획
-무중력, 극미중력 및 환원중력
소행성 또는 혜성과 같이 중력이 매우 약한 곳에서 인간이 보행할 수 있는 기술은 아직 개발되지 않았다. 따라서 국제우주정거장(ISS)과 같이 무중력 상태의 복잡한 우주구조물에서 작업을 하려면 반드시 로봇이 필요하다. 무중력, 극미중력 또는 환원중력과 같이 극한 환경에서 임무를 수행하려면 이러한 환경에 적합한 로봇을 개발하거나, 우주인의 이동능력을 보조해 주는 시스템을 개발해야 한다. 또한 인식기술과 제어기술 수준을 대폭 향상시켜야만 열악한 지형을 탐사할 수 있을 것이다. 특히 로봇이 주변에 산재한 장애물, 위험요소 및 제약요소를 감지하고 평가할 수 있도록 센서기술 개발에 역점을 두어야 한다.
-소행성 탐사
우주공간에서 물체를 붙잡으려면 양방향 6축 매니퓰레이터 또는 도킹 메커니즘이 필요하다. 또한 탐사로봇이 소행성을 붙잡고 표면에 안착하려면 전혀 새로운 수준의 기술이 필요하다. 우주를 떠도는 인공물에 접근하는 기술은 이미 개발되어 있지만, 이것을 소행성에 적용할 수 없는 실정이다. 인공물은 엔진 소리와 같은 고유 주파수가 있지만, 소행성은 그렇지 않기 때문이다. 또한 흔들리는 물체를 붙잡는 기술도 아직 개발되지 않았다.
-텔레프레전스
텔레프레전스(Tele-presene)란 인간이 로봇과 물리적으로 같은 공간에 있는 것 같은 느낌을 받도록 만드는 기술이다. 텔레프레전스를 구현하려면 시각, 청각, 촉각, 후각을 완벽하게 지원하는 시스템이 필요하다. 향후 연구개발이 필요한 분야는 다음과 같다. 로봇이 감지한 압력을 인간의 손가락에 그대로 전달해 줄 수 있는 촉각 시스템, 현장감을 알려주는 시각 시스템, 보행 또는 작업 중 또는 다른 텔레프레전스 시스템을 동시에 사용하고 있는 경우에도 사용 가능한 시스템 등의 연구개발이 필요하다.
-랑데부
랑데부(Rendezvous)란 우주선이 착륙 또는 도킹하지 않은 상태에서 또 다른 우주선 주변을 나란히 비행하는 것이다. 두 우주선의 상대속도가 0에 도달한 상태에서 점차 가까워지는 비행 상태를 의미한다. 한편 도킹은 두 우주선이 전기·유압식 커플링을 이용해 결합하는 것을 뜻한다. 이 과정에서 가장 어려운 부분은 광원이 수시로 변하는 상황에서 랑데부와 도킹을 해야 한다는 것이다. 또한 우주선 사이에 거리가 불안정한 상태에서도 도킹을 해야만 한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 많은 연구개발이 필요한 상황이다.
Ⅲ. 결론
본 로봇공학 로드맵은 본질적으로 기술문서에 해당한다. 또한 로봇공학 로드맵은 국회를 대상으로 최신 로봇기술동향을 소개함으로써 로봇기술 발전에 필요한 예산을 확보를 목적으로 작성되었다. 로봇관련 연구개발 활동은 현행 법률·정책, 윤리, 경제 및 사회적 여건을 고려해 추진되고 있다. 본 로드맵은 로봇이 미국사회에 미칠 영향에 관한 논의를 촉진하고 확장하기 위해 몇가지 제언을 덧붙인다.
·정부의 전문성 강화 : 로봇혁신을 촉진하고 로봇이 가져다주는 사회적 편익을 극대화하는 동시에 각종 부작용을 최소화하려면, 각급 정부기관은 지속적으로 전문인력을 확충해야한다.
·정부 및 대학의 학제간 연구지원 : 로봇은 다양한 연구분야가 망라되어 있기 때문에 특정 분야의 연구결과가 연구개발 전 분야에 파급된다. 따라서 정부와 대학은 학제간 연구 지원및 학제간 장벽제거에 적극적으로 나서야 한다.
·연구장벽 해소 : 각 분야 연구개발진이 현행 법률과 원칙에 따라 로봇의 신회성 및 안전성을 검증할 수 있도록 뒷받침 되어야 한다.
한국로봇산업진흥원 www.kiria.org