로봇기술 매거진 월간 로봇뉴스 - 로봇기술

서비스 로봇 비전/센서의 중요성

비전과 센서,서비스로봇에 감각을 부여하다

로봇시장에서 서비스 로봇이 급격한 성장을 보이고 있는 가운데, 인간을 위한, 인간의 요구를 거의 완벽하게 받아들일 수 있는 서비스 로봇에 대한 기대가 높아지고 있다. 이를 위해 로봇은 점점 업그레이드되고 좀 더 지능적인 로봇으로 탄생하게 되는데 그 배경에는 비전과 센서 기술이 있다. 본 내용에서는 서비스 로봇에서 비전과 센서 기술이 얼마나 중요하고, 현재 어느 정도까지 발전돼 왔으며, 앞으로 이러한 기술들을 어떻게 발전시켜야 하는지 살펴보고자 한다.

요즘 좀 잘 나가는 서비스 로봇
최근 서비스 로봇 시장이 활기를 띄고 있다. 일상생활에 가깝고 인간과의 교감이 큰 로봇에 관심이 고조되고 있는 것이다.
지식경제부는 한국로봇산업협회를 수행기관으로 올해 7월에 ‘`10년도 로봇산업 실태조사’를 발표했다. 결과는 `09년 국내 로봇기업들의 총 생산액이 1조 202억원(`09년 12월 31일 기준)으로 `08년 8,268억원에 비해 23.4%가 증가했다. 그중 서비스 로봇이 전년대비 55.6%가 증가한 751억원으로 나타나, 로봇산업에서 서비스 로봇이 급격한 성장을 보이고 있음을 알 수 있다.

전문서비스 로봇에서는 경계감시용 로봇 등을 중심으로 전년대비 23.3% 증가한 150억원이, 개인서비스 로봇에서는 청소용, 교육용 로봇 등을 중심으로 전년대비 66.5% 증가한 601억원을 생산했다. 더욱이 올해는 청소로봇(국내에서는 로봇청소기와 청소로봇, 둘 다 사용하고 있는데 본문에서는 청소로봇으로 통일) 판매의 증가와 경계감시용 로봇의 해외 수출 등 최근 로봇산업 동향으로 미루어 보아 앞으로 서비스 로봇 생산규모가 2,000억원을 돌파할 것으로 예상한다. 
이처럼 서비스 로봇의 강세가 두드러지는 가운데, 좀 더 인간을 위한, 인간의 요구를 거의 완벽하게 받아들일 수 있는 서비스 로봇의 기대가 높아지고 있다.

서비스 로봇에서 비전과 센서, 그렇게 중요해?
산업용 로봇은 주로 주위 환경이 바뀌지 않는 고정된 위치에서 정해진 순서대로 반복 작업을 하며, 신속하고 정확한 동작으로 생산성과 품질 향상을 위해 사용된다. 반면 서비스 로봇은 다양한 환경에서 여러 가지 업무를 수행하는 것이 중요하기 때문에 주변 환경을 인식하고 자율적으로 판단할 수 있는 능력이 필수적이다.
따라서 서비스 로봇에서 가장 기본이 되는 동작은 로봇 자신의 위치인식과 대상물이나 주위 환경의 정보를 파악하는 일이다. 이를 위해 인간이 주위의 많은 정보를 시각으로 얻고 있는 것처럼 로봇도 비전이나 센서를 이용해 정보를 인식하는 경우가 많다. 예를 들어 이동하는 로봇은 위치인식센서나 비전 기술을 통해 자기 위치를 추정하고, 장애물을 회피하는 것도 초음파센서 등을 이용해 충돌을 미리 막는다.
이처럼 서비스 로봇에서 이런 정보인식이 없다면 로봇은 그냥 우리가 시키는 일만 반복하는 기계에 지나지 않게 된다.

서비스 로봇, 비전과 센서 통해 점점 업그레이드된다
최근, 청소로봇에 부착된 카메라를 통해 집안을 실시간 영상으로 살펴보며 청소도 하고, 집도 지키는 청소로봇이 출시됐다. 보안기술이 융합된 신개념의 영상보안 청소로봇은 소비자들에게 편리한 생활을 넘어 이제 안전한 삶까지 보장받을 수 있게 됐다. 이처럼 비전과 센서를 통해 점점 업그레이드되는 서비스 로봇의 몇몇 사례들을 모아봤다.

視覺 청소로봇, 이젠 보인다 보여!
청소로봇이 처음 나왔을 때만해도 단지 스스로 청소하는 로봇이라는 점 외엔 다른 요소가 많이 부족했다. 한 로봇 전문가에 따르면 1세대 청소로봇이 단순하게 랜덤 방식으로 청소를 했다면 2세대는 예약기능이 추가가 됐고, 3세대에서는 청소로봇에 카메라가 달리는 등 지능적인 로봇으로 진화됐다는 것. 여기서 주목할 점은 청소로봇의 진화 과정에 비전 시스템과 센서 기능이 한 몫을 했다는 것이다. 

2009년 하반기에 삼성전자와 LG전자 둘 다 카메라가 달린 청소로봇을 출시했다. 삼성전자의 ‘탱고’는 업계 최초로 비전시스템을 상용화한 제품으로, 사람이 직접 눈으로 보는 것처럼 청소로봇에 장착된 카메라가 집안 내부의 영상을 초당 30회 간격으로 촬영해 스스로 청소영역을 인지한다. 또한 13개의 센서들은 청소 기능을 더욱 극대화시킨다고 전한다.

이어 LG전자는 카메라 2개를 장착, 천장과 벽면 등을 촬영하는 상부 카메라와 바닥을 촬영하는 하부 카메라를 탑재한 ‘로보킹 듀얼아이’를 출시했다. 이는 집안 공간을 정밀한 지도로 분석한 뒤, 최적의 청소 경로를 구성하고, 하부 카메라가 있어 어두운 곳에서도 주행 성능을 유지할 수 있도록 했다.
대기업에 이어 중소기업에서도 청소로봇에 카메라를 부착한 제품을 선보였는데, 그 기업이 바로 유진로봇이다. 유진로봇의 ‘아이클레보 스마트’는 비전을 이용한 셀프맵핑(Self-mapping) 시스템이 있어 자기 위치를 정확하게 인식해 청소할 경로를 계산하여 청소한 공간과 청소하지 않은 공간을 구분하면서 청소를 한다.
청소로봇의 인기가 올라감에 따라 출시되는 제품도 많아지고, 거기에 똑똑한 기능으로 소비자들의 편리함이 배가 되고 있다.

聽覺 청각시스템, 사람과 능동적으로 교감할 수 있어
한국과학기술연구원(KIST) 인지로봇센터 최종석 박사팀은 주변에서 나는 소리를 분석, 자신의 대화 상대를 찾아내고 그 위치를 파악해 눈(카메라)으로 계속 추적할 수 있는 ‘지능로봇을 위한 능동청각시스템’을 개발했다.
이 시스템은 주변의 소리를 분석해 음성의 방향을 찾아내는 음성방향 인식 모듈과 음성의 방향으로 카메라를 움직이는 모터 구동모듈, 카메라에 들어온 영상을 분석해 대화 상대를 찾는 카메라 영상분석 부분 등으로 구성돼 있다.
이런 청각시스템은 사람과 능동적으로 교감할 수 있는 로봇 개발에 꼭 필요할 뿐 아니라 지능형 웹캠이나 보안시스템, 능동형 완구 등을 개발하는 데에도 활용이 가능할 것으로 기대된다.

嗅覺 간병로봇, 절대 후각으로 내 몸을 지켜다오
지난 8월에 사람 몸에서 나는 냄새를 판독해 건강 상태를 알려주는 ‘냄새 반응 로봇’이 일본에서 개발됐다.
NHK에 따르면 도쿄대 부속 생산기술연구소에서 인간과 동물의 경우 체내 특정 세포가 미세한 분량의 냄새 물질과 만나면 미약한 전기신호를 내보낸다는 것에 착안해 이 세포를 추출했고, 로봇의 센서에 삽입하는 데 성공했다. 실제 연구팀은 이 센서를 장착한 로봇 주변에 수컷 나방이 암컷을 유혹할 때 뿜는 페로몬 물질을 뿌리자 고개를 좌우로 흔들며 반응했다고 밝혔다. 이 로봇은 고령의 노인이나 환자들 몸에서 나는 특유의 냄새를 감지해 현재 건강 상태를 알려주고, 신선식품의 선도를 파악해주는 등 다양한 용도로 쓰일 전망이다. 또한 연구팀은 향후 냄새의 강도에 따라 로봇이 반응하는 단계를 세분화하는 작업에 착수할 것으로 전해졌다.

觸覺 아기로봇, 촉각 반응에 다들 신기
일본 과학 기술 진흥 기구의 지원을 받아 도쿄 대학교 구니요시 야스오 교수 등 과학자들이 소리와 촉각 자극에 반응을 보이면서 고개를 돌리고 눈을 껌뻑거리는 아기로봇, 노비를 제작했다. 이 아기로봇의 키는 약 71cm이고 무게는 8kg이다. 노비는 접촉을 느끼는 센서가 몸 전체에 600개가량 심어져 있으며 피부는 부드러운 우레탄 인조 피부이고 실제 아기와 비슷하게 움직이는 관절도 갖고 있다.

味覺 소믈리에 로봇, 와인 감별 능력까지…
일본에서 내장센서를 통해 와인을 감별해내는 로봇이 2008년도 기네스북에 등록되어 있다. NEC시스템테크놀로지와 미에대학 연구팀이 공동 개발한 소믈리에 로봇은 내장된 센서를 통해 와인 이름과 원료로 쓰인 포도품종을 감별해낸다.
미에대학 연구팀의 하시모토 교수는 “적외선 파장을 이용하면 음식의 성분을 판별할 수 있다”며 “성분 대부분이 물과 알코올인 와인의 경우, 판별이 어렵지만 다양한 파장을 이용해 성분을 감별하는 적외선 센서를 개발해 로봇에 탑재했다”고 밝혔다.

국산화되고 있는 비전/센서, 해외수출도 노린다
한국산업기술평가원의 이준석 연구원은 “2020년경에는 국내 로봇산업의 시장규모가 100조원에 이를 것으로 추정되기 때문에 관련 센서 시장도 이에 상응하는 규모가 커질 것으로 예측된다”며, “전 세계 센서 시장에서 국내 센서 시장이 차지하는 비율은 1.5%수준이며, 매년 신장하고 있지만 전반적으로 선진국 수준에 도달하기 위해서는 다소 시간이 요구된다”고 밝히고 있다.

미국과 일본 등 주요 선진국은 서비스 로봇의 핵심기술 개발, 즉 비전을 포함한 요소기술 등을 고루 발전시켜 왔다. 현재 우리나라는 비전과 센서를 외국에서 많이 수입하고 있는 실정이고, 이런 핵심부품의 기술개발이 뒤떨어져 있는 것은 사실이다. 핵심부품의 수입 의존도가 높으면 생산 단가를 낮추는 데 한계가 있고, 그만큼 가격적인 면에서도 경쟁력이 떨어질 수 있다. 하지만 예전에 비하면 비전과 센서 기술 몇몇이 국산화가 된 것이 있고, 역으로 해외에 수출하는 경우도 생기고 있다. 그 몇몇 기업 중에 센서기술의 국내 경쟁력을 자랑하는 하기소닉은 위치인식센서와 초음파센서 등으로 국내는 물론 해외까지 제품에 대한 기술력을 인정받고 있다. 캐나다의 닥터로봇(Dr Robot)사 및 대만의 MSI(Micro Star International)사의 경우 하기소닉의 위치인식솔루션을 적용한 서비스로봇을 출시했다.

또한 일본의 도시바(TOSHIBA)도 주방도우미로봇 프로토타입에 하기소닉의 위치인식센서를 장착하여 시범을 보이고 있다. 프랑스의 Wany사, 인도의 Hi-Tech Robotic Systemz사 외, 많은 서비스 로봇 제작사 유럽의 산학연 콘소시엄이 다양한 용도의 서비스 로봇 신제품 개발에 하기소닉의 제품을 적용 중에 있다고 전한다.

비전/센서 통해 경쟁력 갖는 서비스 로봇
우리나라의 국내 기업들이 예전에 비해 위치인식센서나 초음파센서 등의 요소기술들을 개발하기 위해 많이 노력하고 있다. 그리고 로봇학계에서도 비전과 센서에 대한 연구가 진행 중이다. 한국과학기술원(KAIST) 로보틱스 및 컴퓨터 비전연구실 팀은 카메라-레이저 센서 융합 기술과 여러 장의 영상으로부터 3차원 정보를 추정하는 알고리즘, 전방향 카메라 시스템 등에 대한 기술을 축적하고 있다. 또한 지능형 로봇 비전과 시스템 통합분야의 감시시스템, SLAM(로봇의 위치인식 및 자율 주행관련 알고리즘)과 VISTRO(통합서비스 로봇시스템) 등에 대한 연구가 진행 중이다.

또한 휴대폰 부품업체인 미성포리테크는 한국표준과학연구원 박연규 박사팀과 2013년까지 접촉물체의 역감, 질감, 온감 등을 감지할 수 있는 통합 촉각 센싱기술 개발에 착수할 방침이라고 밝혔다. 기업 관계자는 “세계적으로 지능형 로봇에 대한 원천기술 확보 경쟁이 치열한 상황”이라며 “오감 기술 중 촉각 기술은 향후 애완용 로봇, 실버 로봇뿐만 아니라 국방, 탐사 등 극한 로봇에도 필수적인 주변 환경 감지시스템으로 자리 잡게 될 것”이라고 밝혔다.
현재 국내에서 서비스 로봇에 대한 비전과 센서 기술의 연구를 위해 노력하고 있는 한편, 청소로봇과 같이 비전/센서 등을 이용해서 지능적인 청소로봇을 탄생시킨 것처럼 경쟁력을 더 높일 수 있는 제품을 개발하는 등 전체적인 시장을 보는 것도 어떻게 보면 하나의 경쟁력이 될 수도 있다고 말한다. 비전이나 센서의 종류가 많지만 이미 다른 나라에서 개발된 것도 많고, 지금은 국내의 수요가 적어 개발이 어려운 것들도 있기 때문에 지금 우리나라가 한 단계 더 경쟁력을 가질 수 있는, 서비스 로봇에 비전과 센서를 이용해 어떤 가치를 부여할 수 있는 제품들을 개발해야 한다고 보는 또 다른 시각이 존재하는 것이다.