로봇공학과 로봇: 정의, 종류, 활용 분야
로봇공학은 과학과 기술이 결합되어 로봇이라고 불리는 기계를 만들어내는 분야입니다. 로봇은 인간의 행동을 대신하거나 재현합니다. 대중문화에서는 늘 R2-D2, 옵티머스 프라임, 월-E 같은 로봇이 인기를 끌었습니다. 이들의 콘셉트는 보통 비현실적으로 보이지만, 실제로는 우리가 상상하는 것보다 훨씬 앞서 있을 수 있습니다. 새로운 지능적, 기계적 능력 덕분에 인류가 언젠가 자신만의 R2-D2를 만들 수도 있습니다.
로봇이란 무엇인가?
로봇은 로봇공학 분야의 결과물로, 사람을 돕고 인간의 행동을 모방할 수 있는 프로그래밍 가능한 기계입니다.
처음에는 로봇이 단조로운 작업(예를 들어 컨베이어에서 자동차를 조립하는 일)을 수행하도록 만들어졌지만, 그 이후로 활용 범위는 넓어졌습니다.
이제 로봇은 화재 진압, 집 청소, 복잡한 상황에서의 구조 지원 같은 일도 수행할 수 있습니다. 각 로봇은 자율성 수준이 다릅니다. 사람이 직접 조종하는 봇(완전히 통제된 작업을 수행)부터 외부 영향 없이 작업을 수행하는 완전 자율 기계까지 다양합니다.
기술이 발전하면서 로봇공학으로 간주되는 영역도 커지고 있습니다. 2005년에는 전체 로봇의 90%가 자동차를 조립했습니다. 이런 로봇은 주로 자동차 부품을 용접하거나 나사로 조이는 기계식 팔로 구성되어 있었습니다.
오늘날 로봇공학의 정의는 확장되어, 지구 환경을 탐사하는 봇, 법 집행 기관을 돕는 봇, 그리고 보건의료의 모든 영역에서 쓰이는 봇의 설계, 제작, 활용까지 포함합니다.
로봇 세계가 넓어졌음에도 로봇에게는 변하지 않는 특징이 남아 있습니다:
- 모든 로봇은 어떤 형태의 기계 구조로 이루어져 있습니다. 바로 이 기계적 측면 덕분에 로봇은 설계된 환경에서 과제를 수행할 수 있습니다. 예를 들어 Mars 2020 Rover의 바퀴는 티타늄 튜브로 만들어져 «붉은 행성»의 혹독한 조건에서도 안정적으로 버틸 수 있습니다.
- 로봇에는 기계 장치를 제어하고 작동시키는 전기 부품이 필요합니다. 대부분의 기계는 전류로 구동됩니다.
- 로봇에는 일정 수준의 컴퓨터 프로그래밍이 포함되어 있습니다. 무엇을 해야 하는지 알려주는 코드가 없다면 봇은 단순한 기계 장치에 불과할 것입니다. 프로그램 덕분에 로봇은 언제, 어떻게 과제를 수행할지 알 수 있습니다.
인공지능과 소프트웨어는 계속 발전하고 있습니다. 이 분야의 성과 덕분에 로봇은 앞으로 더 똑똑해지고 에너지 효율도 높아질 것입니다. 또한 스마트 공장의 중심에 남아 더 복잡한 과제를 해결하고 글로벌 공급망의 안전을 지키는 데 도움을 줄 것입니다. 로봇공학 산업은 아직 젊지만, 공상과학이 꿈꾸기만 했던 거대한 성공을 이미 약속하고 있습니다.
로봇의 종류
기계식 로봇은 그들이 만들어진 과제를 효율적으로 수행하기 위해 다양한 형태와 크기를 갖고 있습니다. 전반적으로 모든 로봇은 구조, 기능, 자율성 수준에서 차이가 있습니다. 길이 0,2mm인 RoboBee부터 길이 200m의 로봇 선박 Vindskip까지 다양합니다. 이들은 인간의 능력으로는 할 수 없는 과제를 위해 만들어집니다. 로봇은 다섯 가지 종류가 있습니다:
- 사전 프로그래밍된 로봇. 통제된 환경에서 작동하며 단순하고 반복적인 과제를 수행합니다. 예를 들어 자동차 조립 컨베이어의 기계 팔은 문을 용접하고, 엔진에 특정 부품을 끼우는 등 하나의 기능만 수행합니다. 이런 로봇의 목표는 사람보다 더 빠르고 효율적으로 기능을 수행하는 것입니다.
- 휴머노이드 로봇. 인간의 행동을 재현하고/또는 모방합니다. 이런 로봇은 보통 인간과 비슷한 행동(달리기, 점프, 물건 옮기기)을 합니다. 때로는 사람 같은 얼굴을 갖기도 합니다. 인간형 로봇의 가장 대표적인 예는 Hanson Robotics의 Sophia와 Boston Dynamics의 Atlas입니다.
- 자율 로봇. 사람 운영자와 독립적으로 작동하며, 보통 사람의 감독이 필요 없는 열린 환경에서 과제를 수행하도록 설계됩니다. 이 독특한 기계들은 센서로 주변 세계를 인식하고, 의사결정 구조를 통해 다음 최적의 행동을 선택합니다. 예를 들어 Roomba 진공청소기는 센서를 이용해 집 안을 자유롭게 돌아다닙니다.
- 원격 조종 로봇. 무선 네트워크를 통해 사람이 멀리서 제어할 수 있는 반자율 봇입니다. 보통 극한의 지리적 또는 기상 조건에서 작동합니다. 예를 들어 사람이 조종하는 잠수함은 기름 유출 사고 때 해저 송유관의 누출을 막는 데 사용됩니다.
- 보조 로봇. 인간의 현재 능력을 향상시키거나 잃어버린 능력을 대신합니다. 이 분야는 빠르게 발전하고 있으며, 미래의 로봇은 인간의 정의 자체를 바꿔 더 빠르고 강하게 만들 수도 있습니다. 이런 현대적 장치의 예로는 로봇 팔다리 보철이나 무거운 물체를 들어 올릴 때 쓰이는 외골격이 있습니다.
로봇의 활용
로봇은 매우 다양한 방식으로 쓰일 수 있어 미래를 위한 이상적인 기술입니다. 가까운 미래에 병원, 호텔, 심지어 도로에서도 로봇을 보게 될 것입니다.
로봇공학의 활용 분야:
- 산불 진화 지원;
- 생산 현장에서 사람과 함께 일하기;
- 노인을 위한 동반자 로봇;
- 외과의사 보조;
- 음식 및 소포 배달;
- 자율 가정용 로봇;
- 창고에서 물건을 찾고 옮기는 조수;
- 자연재해 이후의 수색 구조 작업용 로봇;
- 전투 지역의 지뢰 탐지기.
제조
제조업은 로봇을 가장 오래되고 가장 잘 알려진 방식으로 사용해 왔습니다. 이런 로봇과 코봇(사람과 함께 일하는 봇)은 자동차와 산업 장비를 효율적으로 테스트하고 조립하는 데 일합니다. 현재 300만 대 이상의 산업용 로봇이 사용되고 있습니다.
물류
대부분의 소매 기업과 물류 회사에게 운반, 처리, 품질 관리를 맡는 로봇은 필수적인 존재가 되고 있습니다. 물류 회사는 창고에서뿐 아니라 도로 위에서도 이들을 사용해 시간을 최대한 효율적으로 활용하고 상품을 배송합니다.
지금 이 글을 읽고 있는 순간에도 로봇은 선반에서 상품을 꺼내고, 창고 안에서 옮기고, 포장하고 있습니다. 앞으로는 사람들이 자율적으로 소포를 문 앞까지 배달하는 물류 봇과 마주칠 수도 있습니다.
가정
이런 로봇은 더 이상 공상과학이 아닙니다. 우리 집 곳곳에서 볼 수 있으며, 집안일을 돕고, 일정을 알려주고, 심지어 아이들과 놀아주기도 합니다. 이들은 자동 잔디 깎기부터 수영장 청소까지 모든 일을 할 수 있을 만큼 발전했습니다.
여행
자율주행차는 더 이상 작가의 상상 속 산물이 아닙니다. 말 그대로 세상을 장악하고 있습니다. Tesla, Ford, Waymo, Volkswagen, BMW는 사람들이 편안히 쉬면서 이동을 즐길 수 있도록 노력하고 있습니다.
보건의료
이 분야에서도 로봇은 큰 성과를 거두었습니다. 이 기계식 조력자들은 외과 수술부터 물리치료까지 보건의료의 거의 모든 영역에서 사용되고 있습니다. 예를 들어 Toyota의 의료 로봇은 사람들이 다시 걸을 수 있도록 돕고, TUG 로봇은 약품부터 깨끗한 침구까지 병원에서 꼭 필요한 물품을 배달합니다.
코로나19 팬데믹에 대응하기 위해 제약사들은 로봇을 활용해 코로나 검사용 면봉을 밀봉하고 호흡기 마스크를 생산했습니다.
