[한국강사신문 이용호 칼럼니스트] 어릴 적 우리에게 로봇에 대한 꿈을 심어 주었던 로봇태권브이나 마징가Z가 인공지능 AI가 보편화된 현재는 제작이 가능하지 않을까? 나도 모르는 사이에 이러한 로봇이 이미 비밀리에 만들어져 어딘가에 숨겨져 있지는 않을까? 비록 그들처럼 거대한 로봇은 아니더라도 내 아바타가 되어줄 인간과 가장 유사한 휴머노이드 로봇의 제작이 이제는 가능하지 않을까? 이번 칼럼은 이런 궁금증에서 출발해 현재의 휴머노이드 로봇 발전현황과 함께 관련된 최신 기술들을 살펴보고자 한다.

이해를 돕기 위해 인공지능형 휴머노이드 로봇이 무엇인지 먼저 알아보자. 휴머노이드 로봇은 인간형 로봇으로 불린다. 특히 얼굴, 눈, 입과 함께 머리, 몸통, 두 팔, 두 다리 등 인간의 신체적 특성을 닮았을 뿐만 아니라 사용자의 입력에 따라 인간 및 다른 로봇과 의사소통하고 정보를 해석하며 특정 작업을 수행할 수 있는 능력을 가진 전문 서비스 로봇이라 할 수 있다. 이 로봇들은 주변 환경에 적응하고 목표를 지속할 수 있게 완전 자율화를 목표로 한다.

지금까지 선보인 휴머노이드 로봇의 특징들을 살펴보면 자가 유지보수, 자율 학습, 인간 및 환경과의 안전한 상호 작용을 포함한다. 이 로봇들은 사람이 할 수 있는 일 뿐만 아니라 사람이 할 수 없는 일도 실수 없이 할 수 있다. 인공지능(AI) 알고리즘을 적용한 휴머노이드 로봇은 의료 보조자, 지루하게 동작해야하는 훈련 보조기구, 다양한 신체 자세를 필요로 하는 어려운 작업 기능 등과 같은 헬스케어 산업계에 널리 적용될 수 있다. 게다가 휴머노이드 로봇들은 인터넷 데이터베이스에서 정보를 찾음으로써 스스로 교육 할 수 있는 능력을 가지고 있다. 이 로봇들은 항공우주산업과 방산업계에서도 침입자 자동감지 시 실시간 경보 전송을 하면서 재난 대응 지원에 사용되기도 한다.

이들은 초고속 컴퓨팅 처리속도를 사용해 작업자의 움직임을 예측하고 정확하게 반응할 뿐만 아니라 작업자에게 위험할 수 있는 작업을 수행해 이들의 안전을 최대한 보장한다. 휴머노이드 로봇의 유형에 따라 대체로 이족보행로봇과 바퀴 로봇 두 가지가 시장 경쟁력이 있는 것으로 평가받고 있다.

2021년에 테슬라의 일론 머스크는 사람처럼 생긴 휴머노이드 로봇을 선보이며 1년 안에 출시하겠다고 약속했다. 많은 사람들이 그 타당성을 의심했지만, 2022년 머스크는 일반 성인에게도 조금 무거운 9kg의 짐을 쉽게 들어 올리는 프로토타입 로봇 ‘옵티머스'를 공개했다. 비록 그가 장담했던 것과 같은 멋진 수준은 아니었지만 보급형 휴머노이드 로봇의 가능성을 보여주는 자리였다. 그리고 이에 조금 앞서 샤오미는 다양한 인간의 얼굴 표정을 인식할 수 있는 로봇 ‘사이버 원(Cyber ​​One)’을 선보였는데, 이 로봇은 3D 환경을 이해하고 개인, 제스처, 표정을 식별하는 능력을 가졌다. 이를 차별화하는 것은 고급 AI 기반 의미 인식 엔진이다. 또한 85가지의 서로 다른 환경에서의 소리를 식별하고 45가지의 인간 감정 상태를 분류할 수 있는 음성 감정 감지 시스템을 보유하고 있어 많은 사람들의 관심을 불러 일으켰다.

이전과 달리 많은 사람들이 이제는 휴머노이드 로봇이 만화나 영화가 아닌 현실에서 만나는 세상이 되었다는 것을 잘 알고 있다. 이러한 로봇들은 신속하게 진화하여 우리 일상생활 속으로 점점 스며들고 있다. 이를 좀더 이해하기 위해 대표적인 휴머노이드 로봇들의 발전과정에 대해서도 살펴보자.

이전에도 꽤 많은 로봇들이 공개 되었지만, 2000년에 일본 혼다가 개발한 휴머노이드 로봇 아시모를 처음 선보였을 때 대중들의 폭발적인 관심을 끌었다. 키는 130cm이고 무게는 54kg이었다. 인간의 움직임을 모방하도록 설계된 아시모는 걷고, 달리고, 춤추고, 계단을 오를 수 있었다. 음성, 얼굴, 몸짓을 인식하고 사람들과 상호 작용할 수 있다. 로봇의 주요 활용 목적은 집이나 사무실과 같은 환경을 지원하는 것이었다.

2013년에는 이전과 현저히 차별화된 기능으로 등장한 보스턴 다이내믹스의 '애틀러스(Atlas)'가 출현했다는 점이 괄목할만하다. 이 로봇은 현재도 가장 진보된 두 발로 걷는 인간형 로봇 중 하나이다. 애틀러스는 다양한 지형에서 균형을 잡고 걷거나 달릴 수 있으며 물체를 들거나 회피하는 능력도 갖추고 있다. 이 로봇은 주로 탐색, 탐사 및 구조 임무에 사용되도록 설계되었다. 이 회사는 애틀러스를 지속적으로 업그레이드하여 더 많은 기능과 능력을 추가하고 있다. 최근에 이 로봇은 자유롭게 뒤집을 수 있으며, 뛰어넘거나 돌을 피해갈 수 있는 능력도 보여주었다. 또한 물체를 잡고 들어 올리는 것을 포함한 다양한 조작 작업을 수행할 수 있다. 애틀러스는 다양한 센서에 의해 주변 환경을 신속하게 인식하고 어려운 장애물을 피하며 목표로 이동할 수 있다. 이 센서와 알고리즘 덕분에 애틀러스는 높은 수준의 자율성을 보여준다. 2021년 현대자동차가 이 회사를 인수하면서 국내에서 큰 뉴스가 되었다.

2016년에 공개된 소피아라는 인공 지능 휴머노이드 로봇도 대중의 큰 관심을 받았다. Hanson Robotics라는 홍콩의 회사가 개발하였다. 소피아는 인간과의 대화를 통해 학습하며, 다양한 표정과 몸짓을 통해 감정을 표현할 수 있다. 또한, 이 로봇은 인간처럼 눈동자 움직임, 눈썹 움직임, 입 모양 변경 등 60가지 이상의 다양한 움직임을 구현할 수 있다. 2017년에는 사우디아라비아에서 시민권을 받아 눈길을 끌었다. 소피아는 기술, 의료, 교육 등 다양한 분야에서 의미 있는 활용 가능성을 보이며 세계적인 관심을 받고 있다.

2019년에는 에이다(Ai-Da)라는 인간형 로봇 예술가가 나왔다. 이 로봇은 인간 예술가처럼 그림을 그릴 수 있으며, 자신만의 스타일로 작품을 창작한다. 인공 지능을 활용하여 시각적인 자료를 분석하고, 그 결과를 바탕으로 스케치와 그림을 그린다. 에이다는 또한 시와 소설을 작성하는 능력도 가지고 있다. 이 로봇은 예술의 경계를 무너뜨리는 동시에, 기술이 인간의 창조력 영역까지 확장될 수 있음을 보여주는 사례로 평가받고 있다.

2021년에는 Engineered Arts라는 영국 회사에서 공개한 아메카(Ameca)가 이슈가 되었다. 아메카는 혁신적인 기술을 사용하여 인간의 표정과 움직임을 놀랍게도 자연스럽게 재현한다. 이 로봇의 얼굴은 실리콘 스킨으로 제작되었으며, 40개 이상의 움직이는 부품을 포함하고 있어 다양한 표정을 만들어낼 수 있다. 아메카는 카메라, 마이크, 다양한 센서를 통해 환경을 인식하며, 이를 통해 사람들과 상호작용한다. 또한 인공 지능을 활용하여 대화를 나누고 사람들의 반응과 감정을 해석할 수 있다.

끝으로 우리나라의 대표적인 휴머노이드 로봇 휴보(Hubo)에 대해서도 알아보자. 휴보는 KAIST에서 개발된 인간형 로봇이다. 2004년에 처음 공개되었으며, 다양한 버전으로 업그레이드되고 있다. 휴보의 첫 모델은 약 120cm의 키에 55kg의 무게가 나갔다. 그 뒤에 나온 모델들도 인간과 친해지기 쉽게 120~150cm의 키를 유지해오고 있다. 걷기, 계단 오르기, 문 열기, 악수하기, 밸브 잠그기, 장애물 피하기, 운전하기 등의 동작이 뛰어나다. 특히 재난 구조 임무나 다양한 연구 목적으로 활용되며, 2015년 DARPA가 주최한 세계재난로봇대회(DRC)에서 뛰어난 성능으로 우승하여 우리나라의 로봇 실력을 전 세계에 과시하는 계기가 되었다.

휴머노이드 로봇의 성능을 높이기 위해서는 다양한 기술들이 필요하다. 예를 들어, 자연 언어 생성, 음성 인식, 가상 에이전트, 머신 러닝 플랫폼, AI 최적화 하드웨어, 의사 결정 관리, 딥 학습 플랫폼, 생체 인식 등의 기술들이 있다. 이러한 기술들은 로봇이 인간과 유사한 방식으로 의사소통하고, 학습하며, 의사 결정을 내리는 데 필수적이다. 이번에는 다양한 휴머노이드 로봇에 적용할 수 있는 최신 기술들에 대해서도 하나씩 살펴보자.

맨 처음, 머리 부분에 적용할 기술인데 최신 카메라와 센서 기술을 사용하여 로봇이 주변 환경을 인식하도록 할 수 있다. 이와 관련된 최신 기술을 예로 들면, Intel의 RealSense 3D 카메라는 깊이 인식 기능을 갖추고 있어 객체 간의 거리를 정확히 측정할 수 있다.

두 번째 머리 부분에 적용할 기술로는 음성 인식 기술이 있다. Google의 BERT나 OpenAI의 GPT-4와 같은 NLP 모델을 사용하여 사람의 목소리를 인식하고 가장 잘 이해할 수 있을 것으로 판단된다.

세 번째, 몸통(Torso)부분에 탑재될 중앙 처리 장치 (CPU) 및 그래픽 처리 장치 (GPU) 부분의 최신 기술로는 NVIDIA의 Jetson AGX Xavier가 있다. 이와 같은 고성능 컴퓨팅 모듈은 실시간 데이터 처리와 딥러닝 태스크에 가장 적합하다.

네 번째, 배터리도 보통 몸통 부분에 들어가야 할 부품인데, 최신의 배터리 기술 중 하나인 전고체 배터리를 여기에 적용할 수 있을 것이다. 전고체 배터리는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 ‘전해질’을 기존 가연성의 액체에서 고체로 대체한 전지를 말한다. 이러한 전고체 배터리는 작은 크기 안에 더 많은 에너지를 저장할 수 있어 잠재적으로 전기차의 1회 충전 주행 거리 확대에도 기여할 수 있으며 휴머노이드 로봇에 적합하다. 전고체 배터리는 전하의 이동 속도를 높여 충전 시간을 단축할 수도 있다. 또한 기존 배터리에서는 전해질에 가연성 용매가 일부 사용되기 때문에 전고체 배터리가 화재 위험을 낮춰 안전성을 높인다고 주장한다. 밧데리 분야의 선두주자인 우리나라의 LG, 삼성, SK, 포스코 등 4개 회사들이 리튬 이온 배터리의 차세대 제품으로 방향을 잡고 성능 개선에 역량을 모으고 있다

다섯 번째, 팔과 손 부분에서는 모터와 액추에이터가 주요 부품인데 Maxon과 같은 회사의 브러시리스 DC 모터는 정밀한 움직임과 고성능 기술을 제공할 것이라 생각된다. 그리고 보스턴 다이내믹스의 애틀러스에 적용된 ‘Spot’라는 액추에이터가 가장 발달된 제품이라 할 수 있다. 한편 ‘로보티즈’라는 국내회사에 만든 ‘다이나믹셀‘이라는 액추에이터도 세계적으로 인정 받는 제품이다.

여섯 번째, 촉각 센서 기술에 있어서는 피부에 내장된 택타일 센서를 사용하여 객체를 잡거나 만질 때의 압력을 감지할 수 있다. 택타일 센서는 사람의 피부에 붙일 수 있는 패치형 센서 기술로, 작은 스티커 형태의 패치형 센서는 호흡, 맥박 등 생체신호뿐 아니라 땀 성분 분석, 움직임 감지, 무선통신 기능까지 갖추고 있다.

일곱 번째, 다리와 발에 해당하는 이동 메커니즘 부분인데 보스턴 다이내믹스의 애틀러스와 같은 로봇은 다양한 지형에서의 균형 유지와 빠른 움직임을 위한 복잡한 관절 구조를 갖고 있어 이 부분에서는 독보적인 기술이라 할 수 있다.

여덟 번째는 접지 감지부분에 적용될 6축 힘/모멘트 센서이다. 로봇의 발에 설치되어 3개 방향의 힘(Fx, Fy, Fz)과 3개 방향의 모멘트(Mx, My, Mz)를 측정하는 센서이다. 이 센서는 인간형 로봇이 불규칙한 지면을 안전하게 이동할 수 있도록 설계되었다. 그리고 이 센서는 로봇의 무게를 지탱할 수 있는 큰 강성과 로봇의 움직임을 방해하지 않는 작은 크기를 가져야 한다.

아홉 번째는 로봇 운영체제 (ROS,Robot Operating System)이다. 로봇 응용 프로그램을 개발할 때 필요한 하드웨어 추상화, 하위 디바이스 제어, 일반적으로 사용되는 기능의 구현, 프로세스간의 메시지 패싱, 패키지 관리, 개발환경에 필요한 라이브러리와 다양한 개발 및 디버깅 도구를 제공한다. ROS는 로봇 응용 프로그램 개발을 위한 운영체제와 같은 로봇 플랫폼이다.

마지막으로 텐서플로(TensorFlow)와 파이토치(PyTorch) 같은 머신러닝 프레임워크도 매우 중요하다. 텐서플로와 파이토치는 현재 머신러닝 프레임워크의 점유율을 양분하고 있는 두 가지 프레임워크이다. 텐서플로는 구글이 개발한 오픈소스 소프트웨어 라이브러리로, 머신러닝과 딥러닝을 쉽게 사용할 수 있도록 다양한 기능을 제공한다. 파이토치는 페이스북에서 개발한 오픈소스 머신러닝 라이브러리로, 딥러닝, 자연어 처리 및 컴퓨터 비전 등의 연구 분야에서 널리 사용된다. 이 두 프레임워크 모두 각각의 장단점이 있으며, 사용자의 필요에 따라 선택할 수 있다. 예를 들어, 파이토치는 코드가 상대적으로 간결하여 복잡한 모델을 구현하는 연구자들에게 인기가 있고 텐서플로는 세분화되고 복잡한 코드로 인해 기업에서 세세하게 구현해야하는 경우에 좋아할 만한 프레임워크이다.

최신의 인공지능 기술과 제조 기술을 활용하여 최고의 성능을 가진 휴머노이드 로봇을 제작하는 것은 매우 흥미로운 주제이다. 현재, 휴머노이드 로봇은 부분적이나마 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 그 성능은 지속적으로 발전하고 있습니다. 샤오미와 테슬라가 내놓은 사이버 원과 옵티머스 같은 보급형 휴머노이드 로봇은 아직 갈 길이 멀지만, 인간의 형상을 닮은 2족 보행 로봇으로, 로봇 전문 업체나 연구소가 아닌 세계적 규모의 비 전문 로봇 업체에서 나왔다는게 주목할 만한 사항이다.

가까운 미래에 휴머노이드 로봇은 우리의 일상생활에서 더욱 활용될 것이며, 고급 AI로 인해 계속 학습하고 세련된 방식으로 자동 결정을 내릴 수 있게 될 것이다. 더 나아가, 인간의 감정을 인식하고 반응하며, 경제와 노동 시장에 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다. 하지만 로봇의 광범위한 도입에는 윤리적, 안전상의 문제 또한 필수적으로 고려할 필요가 있다.

이용호 칼럼니스트는 스마트 공장에서 주로 사용되는 ‘머신비전’ 전문회사인 ‘호연지재’를 경영하고 있으면서 다양한 분야에 관심이 많아 메타버스와 유튜브 인플루언서로 활동하고 있다. 특히 ‘머신비전’에서 인공지능 딥러닝에 의한 영상처리기술을 자주 적용하다보니 AI 분야에 대해서도 해박한 지식을 가지고 있다. 또한 SKT 메타버스 플랫폼인 이프랜드(ifland)에서 매주 월요일 오후 9시에 정기적으로 ‘힐링토크쇼 호몽캠프’를 진행하고 있으며 77회 이상 진행된 토크쇼에는 작가, 강사, 가수, 연주가, 아티스트, 사업가 등 여러 분야의 전문가들이 초대되었다.

주요 강의 분야는 “챗gpt 시대 생활 속의 인공지능 발견하기”, “시니어와 MZ세대 간의 원활한 커뮤니케이션”, “시니어 세대 인플루언서 활동으로 인생 이모작”, “워라밸 시대 워크닉으로 행복한 인생 만들기” 등이 있으며, 저서로는 『나는 시니어 인플루언서다』가 있다.