그간 제조현장에서 사용된 산업용 로봇은 대량생산에 적합한 로봇으로, 효율성 증대에 기여해 왔다. 이들은 주로 펜스 안에서 단순 반복적인 작업들만 했다. 최근에는 여기서 더 나아가 안전성과 사용성이 강화된 차세대 로봇이 주목받고 있다.

박찬훈 한국기계연구원 로봇메카트로닉스연구실장은 ‘인간 친화형 산업용 로봇’을 개발했다. 이들은 인간과 한 공간에서 같이 일하고, 인간이 사용하는 도구들도 대부분 사용할 수 있다. 노동집약적인 전자제품 생산라인, IT제품 생산라인 등 산업현장에 투입될 것으로 기대된다.

박 실장은 지난 10월 29일 진행된 전화 인터뷰에서 “인간 친화형 산업용 로봇은 생산량의 변동 폭이 커서 완전 자동화가 어려운 사업장의 대안이 될 수 있다”며 “인간의 동료, 동반자로서 팀워크를 발휘할 수 있는 로봇 구현을 목표로 한다”고 말했다.

산업용 로봇의 특징은 무엇인가요?

“전통적인 산업용 로봇은 대량생산을 목표로 하는 사업장에서 쓰입니다. 몸집이 육중하고 빨리 움직이기 때문에 펜스를 치고 안전을 확보한 다음에만 사용할 수 있습니다. 주로 A에 있는 것을 B로 옮기는 단순 반복적인 작업만 합니다.”

협동로봇의 특징은요?

“펜스를 치지 않아도 될 만큼 안전하게 만들어진 로봇으로, 하는 일은 기존 산업용 로봇과 같습니다.”

그러면 개발하신 인간 친화형 산업용 로봇은 무엇인가요?

“인간 친화형 산업용 로봇은 통상적으로 쓰이는 산업용 로봇, 협동로봇보다 안전성과 사용성이 강화된 형태의 차세대 로봇이라고 보시면 됩니다. 이 로봇은 로봇 전용 생산라인을 만들지 않고, 인간작업자가 일하는 작업장에 투입돼 인간작업자와 공동의 작업공간에서 공존하며 협력 작업을 수행 하는 것을 목표로 합니다. 따라서 노동집약적인 전자제품 생산라인, IT제품 생산라인, 자동차 의장 공정라인, 소품종 변량생산 사업장 등에 투입될 수 있을 것으로 기대합니다. 이러한 생산라인은 주로 조립공정과 같이 작업의 난이도가 매우 높아서 현재의 로봇으로는 자동화가 거의 불가능 합니다. 이에 따라 안전 기술과 함께 고난도 작업이 가능한 작업성을 갖춘 로봇기술이 필요합니다.

기존 로봇의 한계점은 무엇이었나요?

“협동로봇 혹은 인간 친화형 산업용 로봇이 활용되기 전에는 전통적인 산업용 로봇이 대량생산을 목표로 하는 사업장에서 주로 사용됐습니다. 전통적인 산업용 로봇은 크고 힘이 세고 빠르다는 특징이 있습니다. 현재도 대량생산 사업장에는 이러한 로봇들이 사용되고 있습니다. 그러나 최근 들어 로봇 보급률이 급격히 높아지면서 대량생산이 아닌 사업장들, 즉 생산모델이 수시로 변경되고 생산량 변동이 심해서 로봇에 의한 자동화보다 노동력에 의존했던 사업장들도 자동화에 동참하게 됐습니다. 다만 이러한 사업장은 변동성이 워낙 크기 때문에 완전 자동화를 이루는 것은 거의 불가능합니다. 따라서 인간작업자와 로봇작업자가 효율적으로 배치돼 상호 보완적인 역할을 수행하는 것이 중요한데(이를 인간-로봇 팀이라 부르기도 합니다), 전통 제조로봇은 불가능합니다. 일단 안전 측면에서 펜스 없이 설치되는 게 불가능하고, 둘째는 사용편의성이 매우 취약해서 생산 환경의 변화에 맞춰 로봇을 셋업 하는 게 어렵기 때문입니다. 기능 측면에서도 새롭게 요구되는 조립공정에 적용하기에는 한계가 있었습니다.”

인간 친화형 산업용 로봇을 활용하면 어떤 기대효과가 있나요?

“인간 친화형 산업용 로봇은 인간과 작업공간을 공유하면서 안전하게 함께 일할 수 있는 로봇입니다. 복잡하고 판단이 필요한 작업은 인간이 수행하고, 단순하고 반복적이며 위험하고 힘든 작업은 로봇이 수행하면서 인간과 로봇이 공동으로 작업하게 됩니다. 따라서 일손 부족을 겪는 분야에서 대안이 될 수 있으며 향후 고령화시대, 노동력 부족시대에는 사용이 필수가 될 수도 있습니다. 궁극적으로는 인간이 하던 노동은 로봇이 완전히 대체해 나갈 것으로 생각됩니다.”

‘인간로봇 공존 생산 환경을 위한 인간 친화형 산업용 로봇’ 기술이란 무엇인가요?

“좁은 의미로는 인간과 로봇이 같은 작업 공간에서 공동으로 작업 혹은 생산을 하기 위해 필요한 로봇기술·감각기술·안전기술·사용편의기술을 의미합니다. 좀 더 넓은 의미로는 로봇이 조립작업과 같이 난이도가 높은 작업을 수행할 수 있도록 하기 위한 양팔형 로봇기술, 다양한 작업을 수행할 수 있고 더 나아가 특수한 공구만 사용할 수 있는 게 아니라 인간들이 일상생활에서 사용하는 대부분의 도구를 모두 사용할 수 있도록 하는 그리퍼기술·핸드기술 등을 포함합니다.”

중점적으로 연구하신 것은 무엇인가요?

“인간친화형 협동로봇을 구현하는데 필요한 핵심기술 개발에 전력을 다하고 있습니다. 인간친화형 협동로봇을 구현하기 위해서는 기존과는 다른, 진보된 종류의 로봇 기술이 필요합니다. 먼저 인간작업자와 작업공간을 공유하기에 안전한 협동로봇 기술, 인간과 같은 감각이 전신에 구현돼 사용성과 편의성이 더욱 향상된 로봇감각 기술, 조립작업과 같은 고난도 작업을 자동화 할 수 있는 조립용 그리퍼와 조립로봇 기술, 하나의 로봇으로 일상생활에서 만나는 대부분의 물체를 핸들링 할 수 있도록 해주는 만능 그리퍼 기술, 인간의 손으로 할 수 있는 다양한 작업을 모사하기 위한 로봇핸드 기술 등을 연구했습니다. 이러한 기술들은 각각 하나의 로봇에 적용돼 한 가지 종류의 로봇으로 구체화할 수도 있지만 다수의 기술이 결합돼 또 다른 종류의 로봇이 구현될 수도 있습니다. 미래에는 이들 모든 기술들이 통합돼 인간친화형 산업용 로봇이 구현될 것입니다.”

로봇이 인간의 일자리를 위협한다고 우려하는 시각도 있습니다.

“조금만 생각해 보면 로봇이 인간의 일자리를 뺏는 현상이 아니라는 걸 알 수 있습니다. 자동차를 수작업으로 만들던 시대와 로봇이 만드는 시대를 비교해 본다면, 자동화로 인해 자동차 산업이 커지면서 오히려 자동차 관련 일자리는 훨씬 크게 늘었다는 것을 알 수 있습니다. 유사한 예로, 공작기계가 수치공작기계로 바뀌면서 단기적으로는 기능공의 일자리가 줄어들 것으로 생각될 수 있으나 장기적으로는 공작기계시장이 커지면서 수치공작기계 프로그램이 가능한 고급 공작기계 운전인력이 더 많이 필요하게 됐습니다. 결국 자동화는 산업의 규모를 키우고 기술의 혁신을 가져오기 때문에 보다 창의적인 일자리의 개수를 증가시키게 됩니다. 협동로봇, 인간친화형 산업로봇 기술은 노동력 부족 시대에 해법을 제시하고, 로봇에 의한 자동화 산업의 성장을 유발해 결과적으로 더욱 창의적 요소가 강조되는 새로운 일자리를 창출하게 될 것이라고 봅니다.”

인간과 로봇의 공존에 대해 어떻게 생각하시나요?

“인간과 로봇의 공존은 선택이 아니라 필연이라고 생각합니다. 과거에는 생산현장에서만 로봇이 사용됐으나 이제는 식당에서의 서빙과 요리, 가정에서의 가사, 학교에서의 로봇교사, 공공장소에서의 경비 등 많은 분야에서 로봇의 활용이 확대되고 있습니다. 인간과 로봇이 공존하는 사회는 먼 미래가 아니며 조만간 현실로 다가올 것입니다.”

현재 기술 개발 단계는 어디쯤 인가요?

“인간작업자와 작업공간을 공유하기 위한 안전한 협동로봇 기술은 충분히 활용될 수 있는 수준입니다. 단순히 작업자와 로봇이 부딪히는 걸 감지해 충격을 최소화하는 게 아니라 인간과 같은 감각이 전신에 구현돼 작업자가 다가오는 걸 감지해 대응함으로써 안전성을 크게 높이고, 이를 로봇에 부착하는 커버 형태로 개발했습니다. 이러한 감각이 구현된 로봇 커버는 형태만 달리하면 거의 모든 로봇에 적용될 수 있습니다.

조립공정은 로봇에 의한 자동화율이 제로에 가깝습니다. 조립공정 자동화의 기술적 난이도가 매우 높기도 하고, 조립공정 자동화 수요가 증가하고 있는데도 불구하고 시장의 규모가 제한적이기 때문입니다. 현재의 로봇시스템은 대부분 한두 가지 작업에 적용이 가능합니다. 가령 바리스타 역할로 개발된 로봇은 커피를 내리는 작업만 가능하고 접시를 서빙 할 목적으로 개발한 로봇은 해당 작업만 가능합니다.

가장 큰 이유는 로봇의 손에 해당하는 그리퍼가 인간의 손처럼 다양한 물품을 핸들링하지 못하고 설계할 때 목표로 한 대상체만 핸들링 할 수 있기 때문입니다. 이러한 이유로 일상생활에서 쓰이는 다양한 도구를 다룰 수 없어 로봇의 활용을 제한하고 있습니다. 이에 하나의 그리퍼로 일상에서 쓰이는 다양한 물체를 핸들링 할 수 있도록 해주는 만능 그리퍼 기술을 개발했습니다. 삼계탕을 할 수 있는 로봇이 칵테일도 만들 수 있고, 커피도 만들 수 있는 수준까지 도달했습니다.”

기술 완성도를 높이기 위해 보완돼야 할 부분은 없나요?

“현재의 협동로봇은 사람과 함께 하는 작업의 안전성에 초점이 맞춰 개발됐습니다. 생산성과 안전성은 배치되는 측면이 있어 전반적으로 협동로봇의 생산성이 상대적으로 낮습니다. 미래에는 협업안전을 강화하면서도 생산성을 유지할 수 있는 기술이 필요합니다. 빠르게 움직이면서도 안전하고, 큰 힘을 내면서도 안전한 협동로봇을 만들고 싶은데 이를 위해서는 지능기술과 감각기술이 중요합니다. 사람은 힘이 센 운동선수라 하더라도 다른 사람에게 위험하지 않은데, 이는 인간의 지능과 피부감각 때문입니다.

근원적으로 안전한 로봇을 설계하기 위해서는 로봇 설계기술과 센서 기술, 높은 생산성을 달성하기 위한 그리퍼 기술 등의 개발이 필요합니다. 또 로봇이 안전하게 개발돼도 위험한 툴을 장착한 상태에서는 위험한 상황이 발생할 수 있습니다. 위험한 툴을 장착한 상태에서도 안전한 협동로봇 기술이 추가적으로 연구돼야 합니다.

인간 친화형 산업용 로봇은 개발 난이도가 너무나 높기 때문에 아직 갈 길이 멉니다. 인간과 동반자로서 함께할 수 있는 로봇 구현을 목표로 하는 기술인만큼 높은 수준이 요구될 것 입니다. 현재 1차적인 기능 구현은 어느 정도 달성했다고 보고 앞으로 내구성을 강화할 수 있도록 보완할 계획입니다.”

미래 100대 기술로서 앞으로 어떻게 발전할 가능성이 있다고 보십니까?

“로봇에 탑재될 지능과 관련한 기술은 빠르게 발전할 것입니다. 다만 하드웨어 분야의 기술 발전은 생각보다 더디기 때문에 로봇의 높은 지능을 그대로 물리세계에서 구현할 수 있는 하드웨어 기술의 발전이 바로 속도를 맞추기는 어려울 것 같습니다. 사람과 닮은 외형이나 움직임을 보여주는 로봇의 등장은 시간이 더 걸릴 것입니다. 인간 친화형 로봇 기술은 딥러닝에 기반 한 지능기술과 접목돼 진정한 의미의 인간 로봇 공존 기술로 발전할 것이라고 생각합니다.”