앞으로 해저 우주 원자로 등 극한지역에서 활약할 로봇군단.6발로 걷는 로봇이 있는가 하면 2발로 뛰는 로봇도 있다.
1970년부터 산업용 로봇이 본격적으로 전세계 공장에서 사용되기 시작하면서 로봇에 대한 관심과 그 응용범위는 날로 증가·확대돼 가고 있다. 이제 로봇은 제1세대를 사실상 마감해가고 있다. 다시 말해 단순반복 중심의 수동조작형 로봇, 곧 플레이 백(play back)로봇 차원을 탈피한 것이다. 대신 센서와 마이크로프로세서 등을 갖춘 제2세대 로봇이 등장했다. 이 로봇은 초보적인 지식기능은 물론이고 감각기능까지 있다. 또 주어진 환경 내에서 동적인 제어를 할 수도 있다. 이런 로봇을 혼히 적응형(adaptive)로봇이라고 한다.
아마도 로봇의 발전은 정보화 시대에 들어가면 더욱 심화될 전망이다. 이제는 저장된 지식을 가지고 일반적인 3차원의 입체환경까지를 인식, 주어진 일을 자율적으로 수행하고 동적인 힘의 제어까지도 가능한 지능형(intelligent) 로봇, 곧 제 3세대 로봇이 연구·개발되고 있다. 이들은 머지 않아 우리 주변에서 여러 형태로 친밀하게 다가올 것이다
전문가시스템의 도움으로
이러한 제3세대 지능로봇은 감각 기억 사고기능을 갖추고 주어진 작업을 홀로 수행할 수 있어야 한다. 따라서 단순작업을 하는 산업용 로봇과는 차원이 다르다. 적어도 손 다리 센서 계산처리부 만큼은. 특히 손과 다리의 제어를 완벽하게 해낼 수 있어야 하고 시각센서와 촉각센서 그리고 인공지능용 소프트웨어를 구비해야 한다.
지능로봇이 갖춰야 할 가장 중요한 기능은 인공지능(AI)기법을 이용, 외부환경을 인식해 가면서 주어진 작업을 자율적으로 수행하는, 이른바 지적 기능이다. 간략히 말해 지적 기능은 다른 기능에서 보내온 정보와 그 내부에 갖고 있는 지식을 토대로 상황을 판단, 원하는 행동을 스스로 산출하는 기능이다.
이 기능을 원활히 수행하기 위해서는 인공지능 분야의 하나인 전문가시스템(expert system)의 지원을 받아야 한다. 이 전문가시스템을 통해 외부환경에 대한 이해를 하고 동시에 로봇이 가는 길, 즉 경로를 선정하게 되는 것이다.
머리가 좋은 지능로봇은 의사를 직접 결정하지기도 한다. 더욱 지적 수준이 높아지면 현재 행해지는 작업과 환경을 적절히 수정해 가면서 고도의 계획을 세우는 자율성까지도 갖게 된다.
이와 같은 일련의 지적 기능을 발휘하기 위해서는 주위 환경을(각종 센서를 통해) 종합적으로 이해할 수 있어야 하며, 환경이나 작업내용에 관한 각종지식을 재빨리 습득할 수 있어야 한다. 뿐만 아니라 인간과 기계와의 접목(man-machine interface)도 잘 이루어져야 하는데, 이를 성취하려면 자연언어의 처리까지도 가능한 로봇언어가 개발돼야 한다.
특수한 목적을 수행하기 위한 첨단 지능로봇의 연구와 개발은 80년대에 들어오면서 세계 곳곳에서 본격적으로 시작되었다. 여기서는 현재 진행중에 있는 여러 종류의 특수첨단 로봇을 소개한다.
■전자 오르간 로봇
이 로봇은 와세다대학의 가토교수가 1983년에 1호기를 처음 완성했다. 그후 85년에 있었던 일본 츠쿠바 세계박람회에서 크게 주목받았다. 로봇 앞에 놓인 악보를 카메라로 읽어서 이를 해석·처리하고, 그 결과에 따라 7개의 자유도(관절)를 가진 팔이 건반의 위치로 이동하게 된다. 말하자면 14개의 자유도를 가진 양손이 정밀하게 건반을 누르는 것이다. 이 로봇은 다리로 페달을 밝고 섬세하게 손가락을 움직여 거의 완전하게 음악을 연주한다. 이때 악보는 실시간 컴퓨터비전(real time computer vision)처리로 해석한다. 그러나 피아노 연주와 같이 고도의 기술을 요하는 연주는 아직 해내지 못한다.
■6발 보행 로봇
일반적으로 보행로봇은 발이 다섯 이상이 되어야 안정하게 이동해 갈 수 있다. 그래서 6발 로봇에 관한 연구는 세계적으로 많이 수행되고 있다. 94쪽(왼쪽) 사진은 고르지 못한 지면 위도 걸을 수 있게 만든, 오하이오 주립대의 맥기(McGhee)교수가 개발한 ASV라는 로봇이다. 이 로봇의 길이는 5.2m, 무게는 2.5t. 앞쪽에 사람이 탈수도 있고 초당 2.25m의 속도로 걸어가게 돼 있다.
이로봇이 센서를 통해 받아들인 주위환경에 대한 정보가 컴퓨터에서 해석돼 모니터에 표시된다. 앞쪽에는 3축의 힘을 감지하고 이를 조정할 수 있는 조작용 조이스틱(joystick)이 부착돼 있다.
한편 하나의 구동원으로 6발 이동이 가능한 로봇이 최근 일본의 한 기술연구소에서 만들어졌다. 이 로봇은 자기 무게의 4배까지도 탑재할 수 있다. 또 일본 도호쿠대학과 혼다사에서 공동개발한 게(crab)로봇도 유명하다.
■극한 작업용 로봇
원자로 내부와 같이 인간이 작업할 수 없는, 혹은 작업하기 힘든 곳에는 '로봇특공대'를 파견해야 한다. 이를 위해 여러 가지 극한작업용 로봇들이 현재 광범위하게 연구개발되고 있다.
독일에서 개발된 한 로봇(아래 왼쪽 사진)이 이러한 일을 한다. 윗 부분에 부착된 카메라를 통해 로봇과 떨어진 곳에서 인간이 현장을 볼 수 있게 설계돼 있다. 또 2개의 조이스틱과 여러 제어기를 활용, 원하는 작업을 로봇에 명령할 수도 있다. 캐터필러 구조로 된 바퀴는 복잡한 표면도 쉽게 이동시켜 준다. 약간 캐터필러의 구조를 바꿔 줌으로써 좁고 경사진 곳에서도 간단히 차체를 이동시켜 주는 것이다.
■목공 로봇
일본 통산성 산하 전자기술총합연구소에서 만든 이 로봇은 2개의 팔이 서로 충돌을 일으키지 않고 협력해 공동작업을 수행한다. 실제로 이 로봇은 여러 가지 목공작업을 훌륭히 해낸다. 두대 이상의 로봇이 상호연관관계를 갖고 일을 수행해 나간다는 것은 그리 수월치 않다. 한대 단독의 작업과는 전혀 다른 차원의 문제점을 극복해야 하는 것이다. 근래에는 로봇 여러 대를 컴퓨터 네트워킹시켜서 서로 정보를 주고 받으며 공동작업을 하게 하는 연구가 활발히 진행되고 있다.
■2발 보행 로봇
2발 로봇은 4발 이상의 로봇과는 차원이 다르다. 로봇이 두 발로 걸으려면 무게중심을 잃지 않는 것이 가장 중요하다. 현재 이를 해결하기 위한 노력이 세계 여러 곳에서 진행되고 있는데 일본이 선두주자다.
옆 사진은 일본 와세다대학에서 만든 WL-12 로봇이다. 이 로봇의 한 발은 로봇이 앞으로 나갈 때 좌우의 무게중심을 잃지 않도록 하는데만 사용된다.
이 로봇과는 다른 방법으로 균형을 유지하는 로봇도 있다. 역시 와세다대학의 WL-10이다. WL-10은 추를 사용하지 않고 다리이동시 직접 무게중심을 잡으면서 이동한다. WL-12에 카메라를 부착, 주위환경을 인식하며 이동할 수 있는 WL-12RII-V는 전방에 있는 장해물을 피해갈 수 있는 능력을 가지고 있다.
■정밀 손 로봇
정밀한 손 로봇(Utah/MIT Dextrous Hand)은 미국 유타대학의 엔지니어링설계센터(Center for Engineering Design)와 MIT 공과대학의 인공지능연구소(Artificial Intelligence Laboratory)가 공동으로 개발해 내었다. 이 로봇의 손가락에는 촉각센서가 있어 인간의 손과 유사한 감각을 지닌다. 따라서 보통의 로봇 손이 하기 힘든 섬세한 힘의 제어가 가능하다. 예를 들면 사람과 악수를 하거나 달걀을 잡는 능력을 갖는다.
기존의 로봇은 장애물과 충돌시 로봇과 장해물 중 적어도 하나가 파손되었다. 그러나 힘을 제어할 수 있는 로봇인 경우에는 이런 문제점을 해결할 수 있기 때문에 실생활에의 이용이 더욱 용이해진다.
■해저탐사 로봇
해저탐사용 로봇도 일종의 극한작업용 로봇이다. 인간이 직접 작업을 하기 힘든 심해에서는 앞으로 이런 로봇이 크게 활약할 것이다. 침몰했던 타이타닉호를 찾아내었던 로봇은 이러한 요구를 충족시켜 준 대표적인 예다. 앞으로 인간의 관심이 바다로 향할 것이라는 점을 고려해 볼 때 이런 종류의 로봇이 매우 다양하게 사용될 것이라는 추측은 쉽게 할 수 있다.
대표적인 해저탐사 로봇인 MURS-100은 지상에서 원격조정하게 돼 있다. 로봇에 정착돼 있는 카메라를 통해 지상의 사람이 바다속을 들여다 보면서 각종 작업을 할 수 있게 된 것이다.
■벽면이동 로봇
고층빌딩 원양어선 원자로 내의 청소작업 또는 칠작업 등에 활용하기 위해 개발한 로봇이 있다. 벽면이동로봇이다. 이 로봇은 4개의 흡판을 각각 2조씩 가지고 있다. 이 흑판으로 벽면을 교대로 흡착하면서 상하(1분에 0.5m) 좌우(1분에 0.25m)로 움직이는 것이다.
최근에는 흡입 및 이동용 모터를 탑재한 로봇도 선보이고 있다. 이 로봇은 원격제어가 가능하다. 또 흡판 대신 수레바퀴나 자석물질을 구조하기 위한 벽면이동로봇도 개발중이다.
■자동 봉제 로봇
봉제작업과 같은 단순 반복작업을 인간이 한다는 것은 인간만이 가지는 특성을 살리지 못하는 일이다. 설사 일을 한다 하더라도 일하는데 흥미를 느끼지 못하기 때문에 지루함을 느끼게 되고 결과적으로 작업능률의 저하를 가져오게 된다. 이처럼 단순노동이 많이 필요한 작업에는 로봇을 사용함이 바람직할 것이다.
그래서 82년부터 일본의 기계기술연구소와 여러 방직회사들은 자동봉제로봇을 공동개발하기 시작했다. 그 결과 85년에 기초연구용 자동봉제로봇이 탄생했다. 이 로봇은 끝에 붙어 있는 작은 제봉기기로 3차원적인 일감을 바느질할수 있도록 고안돼 있다. 7개의 관절에는 정밀작업을 위해 모두 고성능 모터를 달았으며 0.5mm 이내의 정밀도를 갖게 했다. 또 1초당 1m 이상 움직일 수 있다. 최근에는 칼라부분이나 어깨와 팔의 접합부분등을 꿰맬 수 있는 천장고정식 대형봉제로봇도 개발됐다. 이 로봇의 7개의 관절은 컴퓨터 통신망에 의해 유기적으로 연결돼 있다.
■우주개발용 로봇
우주에서는 로봇 팔이 현재 맹활약 중이다. 아래 사진은 STS-7(7번째 우주왕복비행)의 원격 매니퓰레이터 시스템인 RMS다. 이 로봇 팔의 사용으로 인공위성의 회수나 수리 또는 지상에서 우주로의 운반이 용이해지게 되었다.
이 팔은 캐나다에서 제작되었기 때문에 '캐나다 암'(arm)이라고 불린다. 원래 '캐나다 암'은 실험장치와 화물을 우주공간으로 이동시키거나 우주에 있는 인공위성을 우주왕복선 안으로 옮길 목적으로 고안되었다. 현재 이 팔은 고도 4백km 부근에 만들어질 우주정거장계획에 이용될 예정이다.
