로보틱스에 관한 모든 것

잔디 깎기, 진공 청소, 창문 닦기 등 일상적인 집안일은 로봇이 대신해서 할 수 있습니다. 사람들은 시간과 일을 크게 줄일 수 있습니다. 독일 연방 정보 기술 협회인 Bitkom의 조사에 따르면, 조사에 참여한 1천명 이상의 응답자들 중에서 42퍼센트가 집에서 로봇을 사용할 의향이 있다고 응답했습니다. 80퍼센트 이상은 진공 청소나 바닥 청소에 도움 받기를 원하고, 41퍼센트는 로봇이 정원 손질을 도와주기를 원한다고 응답했습니다. 그리고 응답자의 15퍼센트는 이미 집에 로봇을 가지고 있다고 대답했습니다.

데이터 보호와 데이터 보안 문제가 고려되어야 하지만, 위에서 언급한 Bitkom 조사에 참여한 응답자의 49퍼센트가 자신의 집 보안을 로봇에게 맡길 의향이 있다고 대답했습니다. 보안 로봇은 식구들이 휴가를 가거나, 출장을 가거나, 회사에 출근하고 있는 동안에 집을 지킵니다. 이러한 로봇은 인터넷 연결을 통해서 앱을 사용해서 제어할 수 있습니다. 만약에 로봇이 이상한 동작을 감지하면 스마트폰으로 경보를 보냅니다. 내장된 카메라로 HD 영상 녹화를 하며 양방향 오디오 인터콤 기능도 있습니다.

한국의 LG전자는 라스베이거스에서 개최된 2018 CES에서 CLOi라고 하는 새로운 로봇 제품 시리즈를 선보였습니다. 이 서빙 로봇은 손님들에게 간식과 음료를 제공합니다. 이 로봇은 공항, 기차역, 호텔 등에서 24시간 내내 사용될 수 있습니다. 로봇이 쟁반에 음식을 준비하여 제공하면 손님들이 집어갈 수 있습니다. 손님에게 서빙을 한 후에는 알아서 서비스 스테이션으로 돌아와서 음식을 보충하고 다시 서빙을 합니다.

농업은 로봇의 활용 잠재력이 큰 또 다른 분야입니다. 현재 로봇팔과 멀티스펙트럼 카메라를 설치한 수확기로 오이 수확 과정을 최적화하는 파일럿 프로젝트가 진행되고 있습니다. 파종 용으로는 태블릿으로 제어되는 소형 파종 로봇이 씨앗을 뿌리고 모든 중요한 정보들을 기록합니다. 드론을 사용해서 작물의 성장과 잡초 성장 상태를 모니터링할 수 있으며, 필요하다면 살포 기능도 가능합니다.

로봇을 사용해서 치료를 도울 수 있는데, 뇌졸중이나 신경계 질병이 발생된 환자들의 재활을 도울 수 있습니다. 신체 장애를 앓는 환자들이 훈련 기계의 도움을 받아서 다시 걷는 법을 배우고 계단을 오릅니다. 로봇 하나가 치료사 두 사람 몫을 할 수 있습니다. 환자들은 재활 훈련을 하면서 직접 피드백을 받습니다. 엑소스켈레톤 같은 웨어러블 로봇은 마비된 환자들이 스스로 걸을 수 있도록 합니다. 환자가 체중을 옮기는 것만으로 로봇이 발걸음을 떼도록 합니다.

로봇은 수술실에서도 사용되고 있습니다. 수술실에서 로봇은 의사를 대신하는 것이 아니라 정밀한 보조자로서 최소침습 수술을 돕습니다. 의사가 직접 수술용 가위나 겸자 같은 수술 기구를 사용하는 것이 아니고, 조이스틱과 풋 페달 등 콘솔을 사용해서 로봇을 제어합니다. 수술용 로봇을 사용하면 수술 시간을 줄일 뿐만 아니라 환자의 조직 손상을 줄일 수 있습니다. 사람의 실수로 인한 위험은 최소화 됩니다.

Sony의 로봇 개 Aibo는 2006년 판매가 중단되었다가 2017년 새로운 버전으로 재 출시된 엔터테인먼트 로봇입니다. Aibo는 2대의 카메라와 마이크로폰으로 자신의 주변을 인식합니다. 이렇게 획득한 데이터는 학습 프로그램에 의해 평가되어, 이 로봇 개가 개성을 개발할 수 있도록 합니다. Aibo와 함께 Roberta 역시 장난감 로봇으로 분류됩니다. 이 로봇은 “프라운호퍼 - 지능적 분석 및 정보 시스템 연구소”가 연구하고 있는 것입니다.  어린이들이 기술을 놀이처럼 접근할 수 있도록 하고 로봇 개발 및 프로그래밍에 대한 관심을 일깨우기 위해서, 이 연구소는 2002년부터 특수 로봇을 사용하고 있습니다.

아무리 스마트 스피커의 시대라 하더라도 기계가 언어를 실시간으로 인식하고 해석하는 것은 매우 복잡한 과정입니다. 이것은 주변 음향, 배경 소음, 음량, 사투리, 액센트, 사람마다의 성조 등 다양한 요인들 때문입니다. 현재 기계는 대략 95퍼센트의 정확도로 언어를 인식할 수 있습니다.

사람의 동작을 즉시 정확하게 인식하고 해석하기 위해서는 실시간 3D 데이터 포착이 필요합니다. “프라운호퍼 - 응용 광학 및 정밀 공학 연구소”의 연구원들은 3D 데이터를 신속하게 기록하고 처리하는 시스템을 연구하고 있습니다. 2개의 고속 카메라와 하나의 컬러 카메라가 이미지를 기록하면 전문적인 소프트웨어가 초당 36개의 3D 데이터 기록으로 변환합니다. 또한 과학자들은 시스템 용으로 신경망에 기반한 학습 소프트웨어를 개발하고 있습니다.

두 사람 사이에 대화가 어떻게 진행되고 있는지는 얼굴 표정을 보면 알 수 있습니다. 사람과 로봇 사이의 대화도 이런 식으로 되어야 합니다.  플렉서블 폴리머와 서보 모터 덕분에 Hanson Robotics가 개발한 로봇은 다양한 얼굴 표정을 보여줄 수 있습니다. 목표는 로봇이 사람의 얼굴 표정에 따라서 적절한 상호작용을 할 수 있도록 하는 것입니다. 예를 들어서 사람이 근심스러운 얼굴 표정이면 그 사람으로부터 거리를 두고 떨어져 있고, 뭔가 물어보고 싶어하는 표정이면 정보를 제공해야 합니다.

현재 로봇으로 하여금 사람의 감정을 인식 및 이해하고 그에 맞게 적절히 반응하는 것을 학습시키는 연구 프로젝트들이 진행되고 있습니다. 적절한 표정과 동작을 사용해서 로봇이 인간에 대한 반응으로 감정을 내보일 수 있습니다. 이러한 예로 Emotisk 학습 시스템을 들 수 있습니다. 이것은 베를린의 흄볼트 대학 연구원들이 독일 아헨 대학 병원 및 쾰른 대학 병원과 함께 개발하고 있는 소프트웨어입니다. 이 소프트웨어는 시선이나 얼굴 표정 같은 정보를 분석하고 인간에게 적절한 감정적 피드백을 제공합니다. 이 시스템은 자폐증 환자들이 타인의 감정을 인지하고 말 이외의 신호에 반응하는 것을 도울 수 있도록 설계되었습니다.

휴머노이드 로봇은 시각적인 생김새도 사람과 비슷하고 행동이나 동작하는 것도 사람과 비슷하기 때문에 인격을 부여하기가 쉽습니다. 실제로 로봇이 인격을 흉내 낸다면 사람과 기계의 상호작용에 영향을 미칠 것입니다. 일본 토요하시 공과대학의 연구원들은, 대화하고 있는 사람의 눈동자를 추적하여 그 사람의 주의가 다른 데로 쏠리는 것을 알아차리는 로봇을 개발했습니다. 이러한 상황에서 로봇은 몸을 앞으로 기울이고, 목소리를 높이고, 고개를 끄덕입니다. 사람의 특성을 보임으로써 상대방 사람이 다시 자신에게 주의를 기울이도록 합니다.

스마트 로봇과 소셜 로봇 사이에 선을 긋는 것은 여전히 어렵거나 불가능합니다. Jibo가 그 예일 것입니다. Jibo는 미국 회사가 2017년 말부터 판매하고 있는 최초의 소셜 로봇입니다. 이 회사에 따르면, 키가 약 30센티미터인 이 가정용 로봇은 사람들과 어울리고 사람들과 관계 맺는 것을 좋아한다고 합니다. 이 로봇은 주인이 누구를 특히 좋아하는지 알 수 있으며 주인의 사회 생활에 자연스럽게 섞입니다. 또한 Jibo는 깜찍한 매력이 있고 가벼운 춤과 같은 즉흥적인 동작으로 예상치 못한 즐거움을 줄 수도 있습니다. 적어도 회사가 선전하는 말에 따르면 그렇습니다. 그러나 실제 현장에서 이 소셜 로봇은 다른 스마트 시스템과 크게 다르지 않았습니다. 하지만 가격은 훨씬 더 비쌉니다.

산업 현장에 로봇을 사용할 때, 작업장 안전 조치들로 사람을 보호해야 합니다. 이러한 조치들에는 사람과 기계 사이의 적정 안전 거리, 안전 차단벽, 광전자식 차단벽, 스캐너를 사용한 모니터링 등이 포함됩니다. 또한 물체나 사람과의 충돌을 감지하고 적절히 대응하는 기능과 로봇의 비상 스위치도 안전 조치에 포함됩니다. 특히 코봇의 경우에는 이런 조치들이 꼭 필요합니다.

새로운 산업용 로봇들은 다른 안전 조치를 사용합니다. 예를 들어서 사람이 수 미터 떨어져 있으면 로봇은 정상적으로 작동합니다. 그러다 이 사람이 점점 가까이 다가와서 일정한 한계 이내에 도달하면 로봇이 속도를 줄입니다. 그러다가 사람이 아주 가까워져서 1미터 간격이 되면 로봇은 동작을 멈춥니다.

이를 위해서 최신 시스템에는 ToF(time-of-flight) 기술이 사용됩니다. 이 기술은 3D 카메라 시스템을 사용해서 빛의 비행 시간으로 거리를 측정합니다. 변조 광원을 사용해서 주변으로 빛을 방출합니다. 그리고 카메라가 각 픽셀에 대해서 이 빛이 물체에 도달했다가 반사되어서 되돌아온 시간을 측정합니다. 이것을 사용해서 각각의 픽셀로 해당 물체까지의 거리를 계산할 수 있습니다. 이 용도로 레이더 센서도 사용되고 있습니다. 이 경우에는 무선 주파수 대역의 전자기파를 사용해서 움직임을 감지할 수 있습니다. 또한 다수의 기술을 중복적으로 결합하면 사람을 위한 안전성을 높일 수 있습니다.

갈수록 더 많은 복잡한 시스템들을 연결하고 서로 통신할 수 있게 함에 따라서, 시스템들을 데이터 도용과 무단조작으로부터 보호하는 것이 중요하게 되었습니다. 구성 파일을 조작하거나(동작 구역이나 장소 데이터 변경) 코드를 조작(시퀀스 프로그래밍 변경)하는 것뿐만 아니고, 경고 기능을 꺼버리는 것과 같이 로봇 피드백을 조작하는 것 또한 심각한 위협이 될 수 있습니다. 이러한 공격으로 인해서 결함 제품을 생산하거나, 로봇이 손상되거나, 심각한 경우에는 사람을 다치게 할 수도 있습니다. 데이터, 인터페이스, 통신 채널의 보안을 위해서 갈수록 더 많은 회사들이 외부 소프트웨어 솔루션을 선택하고 있습니다. 이러한 솔루션을 사용함으로써 구성 파일을 암호화하고 안전한 SE(Secure Element)에 저장함으로써 무단조작으로부터 보호할 수 있습니다. 또한 인증 기능을 사용해서 중앙 프로세싱 유닛으로 허가되지 않은 접근을 막을 수 있습니다. 코드 조작을 막기 위해서는 해쉬 프로세스와 코드 검증을 통해서 전송된 명령이 정식인지를 확인할 수 있습니다.

이미 BC 1세기에 오늘날 우리가 알고 있는 로봇 또는 로보틱스의 선조라고 할 수 있는 발명, 기계, 연구들이 있었습니다. 알렉산드리아의 헤론(Heron)이 바로 그런 사람인데, 그리스의 수학자이자 기술자였습니다. 그는 미캐니쿠스(Mechanicus)라고 하는 별명으로도 불렸습니다. “Automata”(기계에 관한 책)라고 하는 책에서 그는 다양한 “로봇”에 대해서 언급하고 있습니다. 그 중 어떤 것은 자동으로 신전 문을 열거나 음악을 연주하는 것이었습니다. 아마도 고대 최초의 스마트 홈이라고 할 수 있을 것입니다.  미캐니쿠스는 석궁과 같은 모양의 무기 설계도 외에도, “aeolipile”(아이올로스의 구)로도 잘 알려져 있습니다. 이것은 “영웅의 엔진”이라는 뜻입니다. 이것은 최초의 열 엔진으로 증기 엔진의 시초라고 할 수 있습니다. 로봇 공학의 시조인 그는 100가지의 이상의 로봇과 기계를 설계했습니다.

1495년에는 다방면의 천재이자 대학자였던 레오나르도 다빈치가 최초로 사람과 비슷한 기계를 설계했습니다. 그가 설계한 “기계 기사(Mechanical Knight)”는 서고 앉을 수 있었습니다. 뿐만 아니고 투구의 얼굴 덮개를 들어올리고 팔을 활발히 흔들 수도 있었습니다. 이러한 움직임은 도르래와 케이블로 이루어진 복잡한 시스템을 사용해서 구현되었습니다. 다빈치가 이 로봇을 실제로 제작했는지 아니면 단지 설계만 했는지는 역사적으로 확인되지 않습니다. 어쨌든 계획대로 제작된 이 로봇 기사는 잘 작동했습니다.

로봇이라는 용어가 영어에 처음 등장한 것은 1920년대 체코 작가인 카렐 차페크의 R.U.R.이라고 하는 공상과학 연극에서 였습니다. 이 연극은 1921년 1월 25일에 초연 되었습니다. 국제적으로 성공을 거둔 이 연극에서 스스로 생각하는 기계는 인간의 모습을 하고 있습니다. 이 기계들이 의식을 갖게 되자 노예의 처지에서 반란을 일으킵니다. 이 때문에 인류는 종말을 맞습니다. 그 시대에 이미 “터미네이터”가 연극으로 공연되었던 것입니다.

Elektro는 1939년 뉴욕 세계 박람회에서 첫 선을 보였습니다. 키가 2미터가 넘고 무게가 120킬로그램에 육박하는 이 휴머노이드 로봇은 축음기를 사용해서 약 700개의 단어를 말할 수 있었습니다. 또한 이 기계 인간은 팔과 다리를 움직일 수 있을 뿐만 아니라, 각기 다른 색상의 빛을 구분하고 시가를 피울 줄 알았습니다. 그리고 이듬해 박람회에서는 로봇 개인 Sparko와 함께 모습을 나타냈습니다.

George Devol은 1961년에 산업용 로봇에 대한 최초의 특허를 받았습니다. 같은 해에 General Motors의 조립 라인에 Unimate가 도입되었습니다. 이것은 컴퓨터 같은 상자에 또 다른 상자와 팔을 연결한 것으로 이루어졌습니다. 이 로봇은 조립 라인에서 무거운 주물 부품을 들어올려서 자동차 본체에 용접하는 일을 했습니다. 당시에 이 공정은 사람 작업자들에게 건강상으로 매우 위험한 일이었습니다. 화학 물질에 인한 위험성 외에도, 작업자들의 팔이 절단되는 사고가 발생했습니다. 독일에서는 1970년대에 산업용 로봇의 시대가 시작되었습니다.

2017년 11월에 뮌헨 소재의 스타트업 회사인 Franka Emika는 비싸지 않고, 유연하고, 직관적으로 작동하는 로봇을 개발한 공로를 인정 받아 독일 대통령으로부터 2017년 독일 미래상을 수상했습니다. 이 경량 로봇은 산업용 애플리케이션과 의료 분야에 사용될 수 있습니다. 이 로봇은 관절 부위에 토크 센서를 설치하여 사람이 만지는 것에 반응합니다. 이 로봇은 가격대가 시장 평균보다 훨씬 낮아 중소기업에서도 매력적으로 느낄 만큼 합리적인 가격대로, 매우 효율적인 최신식 로봇입니다.

오늘날 많은 최신 로봇은 전기 모터를 사용합니다. 휴머노이드 로봇과 소형 로봇들은 주로 DC 모터로 구동되고, 대부분의 산업용 로봇과 CNC 기계는 3위상 모터로 작동됩니다.  로봇이 팔을 회전하는 것과 같은 동일한 동작을 반복하는 자동화 시스템에는 이러한 모터가 선호됩니다.

로봇에 사용되는 첨단 유압식 구동은 인공 근육처럼 동작합니다. 2014년부터 일본의 개발자들은 고무 호스, 장력을 견딜 수 있는 섬유, 보호대로 이루어진 인공 근육을 연구하고 있습니다. 이 시스템은 사람의 근육을 모방한 것으로서, 압축 공기를 사용하는 것이 아니고 유압식으로 움직입니다. 이러한 유압식 근육의 장점은, 더 효율적이며 섬세한 움직임을 할 수 있다는 것입니다. 또 이 시스템은 전기 모터보다 튼튼합니다. 유압식 구동 시스템을 사용한 로봇은 재난 현장의 악조건을 견딜 수 있습니다.

사람이 완벽하게 제어합니다. 사람이 직접 터치를 하거나, 원격 제어를 하거나, 사전에 프로그래밍된 알고리즘을 통해서 로봇을 제어합니다.

사람이 기본 위치와 동작 시퀀스를 지정합니다. 그러면 로봇이 지정된 범위 내에서 모터를 최적으로 작동하는 방법을 결정합니다.

이 타입의 시스템은 사람이 대략적인 임무를 지정합니다. 그러면 로봇이 임무를 수행하기 위한 최적의 위치 및 동작 시퀀스를 자율적으로 결정합니다.

로봇이 자율적으로 작업을 인지하고 스스로 알아서 수행합니다.

가장 널리 사용되는 그리퍼 타입으로서, 특히 산업용 로봇에 많이 사용됩니다. 대개 공기압 또는 유압식 구동 시스템을 사용합니다. 소형 그리퍼를 사용하는 소형 로봇은 공기압 구동을 사용해서 합리적인 가격대로 정밀한 움직임을 할 수 있습니다. 유압식 구동 시스템은 무거운 하중을 옮겨야 할 때 사용됩니다.

마그네틱 그리퍼는 영구 자석 그리퍼와 전자기 그리퍼로 구분됩니다. 좀더 간단한 영구 자석 그리퍼는 영구 자석에 의해서 쥐는 힘이 주어집니다. 쥔 물체를 놓는 것은 영구 자석 그리퍼 안에 설치된 피스톤을 사용해서 이루어집니다. 전자기 그리퍼는 직류를 인가하여 필요한 자기장을 제공합니다. 전기 에너지를 켜고 끄는 것으로 물체를 들어올리기도 하고 내려놓기도 합니다.

접착식 그리퍼를 사용해서는 캔이나 박스 같은 작은 물체를 들어올립니다. 접착력은 서로 다른 또는 동일한 물질로 이루어진 두 표면 사이에 분자력으로 인한 끌어당기는 힘입니다. 이러한 물질은 고체이거나 액체 상태일 수 있습니다. 로봇 그리퍼가 액체의 점착력이나 특수한 접착제을 사용해서 물건을 옮깁니다.

진공 그리퍼는 무거운 하중을 들어올릴 수 있습니다. 주변 공기의 여분의 압력을 사용해서 물체를 그리퍼 흡착판에 압착 시킵니다. 원자재나 자동차 창문 같은 무거운 물체를 흡착판에 진공 상태로 고정시킬 수 있습니다. 이러한 물체는 표면이 매끄러워야만 흡착판에 흡착시킬 수 있습니다.

휴머노이드 손은 기존 그리퍼들과 비교해서 훨씬 더 섬세한 동작을 할 수 있습니다. 상파울루 대학에서 연구하고 있는 Kanguera 프로젝트가 한 예입니다. 이 로봇 손은 형태와 크기가 사람 손과 비슷합니다. 케이블과 트랜스포머를 통해서 신호를 전송하며, 이전의 로봇 손보다 훨씬 더 정밀한 동작을 할 수 있습니다.

힘/토크 센서는 가장 많이 사용되는 센서 유형입니다. 그리퍼에 사용되어 힘과 토크 둘 다 측정할 수 있습니다. 스트레인 게이지 스트립은 마이크로미터까지 변형량을 측정합니다. 이러한 변형량을 캘리브레이션 행렬을 사용해서 3가지 힘 및 토크 성분으로 환산합니다. 힘/토크 센서는 디지털 신호 프로세서를 포함하여 센서 데이터를 포착 및 필터링하고 측정된 데이터를 계산하고 이것을 통신 인터페이스를 통해서 전송합니다.

인덕티브 센서는 근접 센서라고도 합니다. 직접 접촉하지 않고서도 자신의 범위 안에 들어오는 금속성 물체를 인식합니다. 그러므로 예를 들어서 움직이는 기계 장치의 최종 위치를 마찰 없이 측정하기에 적합합니다. 이 센서 표면에서 발진하는 전자기장을 방출합니다. 그러면 측정 범위 안에 금속성 물체가 있으면 이 발진기로부터 소량의 에너지를 흡수할 것입니다. 이 에너지 전달이 어떤 임계값에 도달하면 대상 물체를 인식하게 되고 센서 출력이 상태를 변경합니다.

커패시티브 센서는 서로 분리된 2개의 금속 부분으로 이루어지며 금속 및 비금속 물질 둘 다 인식할 수 있습니다. 측정은 전기적 커패시터의 용량 변화를 통해서 비접촉으로 이루어집니다. 커패시터의 용량은 전극의 거리에 따라서 변화하므로, 측정 가능한 이 변수를 사용해서 거리를 측정합니다.  예를 들어서 커패시티브 센서를 사용해서 로봇의 특정 반경 이내에 사람이 있는지 인식할 수 있습니다.

자기 센서를 사용해서 비접촉으로 정확한 위치 검출을 할 수 있으며, 스테인리스 스틸, 플라스틱, 목재 같은 물질을 통해서도 마그넷을 감지할 수 있습니다. 이 센서는 GMR(거대 자기 저항) 현상을 활용한 것입니다. 이 현상은 교류 자기장과 불과 수 나노미터 두께의 비자성 박막 층으로 이루어진 구조에서 발생됩니다. 이 현상 때문에 이러한 구조의 전기 저항은 자성층의 자화 방향에 따라서 달라집니다. 반대 방향으로의 자화가 같은 방향일 때보다 훨씬 높습니다.

촉각 센서는 물체의 기계적 접촉을 감지하고 그에 따라서 신호를 생성하고 전송합니다. 예를 들어서 그리퍼는 촉각 센서의 도움으로 물체의 형태와 위치를 판단할 수 있습니다. 아직은 센서가 사람의 감각을 따라올 만큼은 되지 못하지만, 혁신적인 촉각 센서는 사람 손가락의 기계적 특성과 촉각 수용체를 모방할 수 있습니다. 그럼으로써 로봇이 물체의 특성에 따라서 자율적으로 쥐는 힘을 조절할 수 있는데, 이는 인간과 기계의 상호작용을 위한 중요한 특징입니다.

로보틱스에서는 광학 또는 시각 센서를 사용해서 이미지 정보를 획득하고 분석하고, 그에 따라서 동작이나 반응을 할 수 있습니다. 예를 들어서 하나 이상의 카메라(2D 또는 3D)나 스캐너를 사용해서 데이터를 기록합니다. 광학 센서는 로봇의 주변 탐색과 내비게이션 관련해서 중요한 역할을 합니다.

가장 일반적인 방법은 4개의 바퀴로 이동하는 것입니다. 그러나 1개 혹은 2개의 바퀴를 사용하여 로봇의 이동성을 높이고 부품을 줄일 수도 있습니다. 전지형(all-terrain) 로봇은 6개 혹은 그 이상의 바퀴를 사용합니다.

축산업에서 사용되는 사료 급식 로봇이 이러한 유형의 예입니다. 사료 컨테이너, 혼합 장치, 계량 장치를 레일에 매달고 수평으로 이동합니다. 전원은 배터리, 길게 뻗은 케이블, 또는 공급 레일을 통해서 공급됩니다. 로봇 제어는 컨테이너에 설치된 프로세스 컴퓨터에 의해서 이루어집니다. 정해진 저장소나 혼합 컨테이너에 가서 사료를 보충합니다.

두 다리로 직립 보행을 하는 로봇은 개발자들에게 여전히 어려운 과제입니다. 특히 안정성 관련해서 그렇습니다. 이에 대한 해결책으로 Honda는 ZMP(Zero Moment Point) 알고리즘을 개발했습니다. ASIMO 로봇이 이 알고리즘을 사용해서 두 다리로 이동합니다. 하지만 이 로봇은 평평한 표면에서만 잘 이동합니다. 이 로봇은 거친 지형에서 움직이기에는 적합하지 않습니다. 이보다 좀더 진화된 기법은 동적 보정 알고리즘을 사용하는 것입니다. 이 기술은 ZMP보다 좀더 견고합니다. 로봇의 움직임을 지속적으로 모니터링하고 발을 놓는 것을 안정적으로 할 수 있기 때문입니다. 이 기술을 사용하는 로봇은 점프도 할 수 있습니다. 또 다른 방법은 수동 역학을 사용하는 것입니다. 이 방법은 팔을 흔들 때의 힘을 사용해서 효율을 높일 수 있습니다. 이 기술을 사용한 로봇은 언덕을 올라갈 수 있으며 ZMP 기술을 사용한 로봇보다 10배 더 효율적으로 이동할 수 있다고 합니다. 현재로서 이동이나 균형과 관련해서 가장 인상적인 사례는 Boston Dynamics일 것입니다. 최신 버전의 워킹 로봇 Atlas는 놀라운 점프와 뒤로 공중 돌기를 할 수 있습니다.

플라잉 로봇이라고 하면 드론이 가장 먼저 떠오릅니다. 오늘날 드론은 민간용이나 군용으로 큰 인기를 끌고 있습니다. 하지만 또 다른 흥미로운 연구들이 진행되고 있습니다. EU의 프로젝트인 ARCAS(Aerial Robotics Cooperative Assembly System)에서, 독일 항공우주센터의 연구원들은 자율 헬리콥터에 로봇 그리퍼 팔을 장착했습니다. 이 로봇을 사용해서 파이프라인을 검사하고 수리할 수 있습니다. 또 다른 가능한 활용 분야는 위성, 산업용 플랜트, 또는 다른 행성의 구조물을 유지 보수하는 것입니다. 2013년에 하버드 대학의 연구원들은 로봇 벌을 개발했습니다. 이 로봇 벌들은 날수 있고 물속으로 다이빙할 수 있습니다. 언젠가는 이 작은 로봇들이 멸종 위기를 맞고 있는 벌들을 대신해서 꽃가루를 수분하는 날이 올지도 모릅니다.

이동 로봇은 내비게이션 하드웨어와 소프트웨어를 탑재하여 주변을 인지하고, 최적의 경로로 이동하고, 사람이나 이동 물체 같은 동적 변화에 대처합니다. 대부분의 경우에 GPS 내비게이션 장치, 레이더 센서, 라이다 기술과 카메라까지 결합하여, 로봇은 주변 환경을 탐색하고 안전하게 이동할 수 있습니다.

의자도 없고, 테이블도 없고, 카운터조차 없습니다. 2018년 샌프란시스코에서 문을 연 Cafe X는 전적으로 효율과 빠른 서비스를 위해 설계되었습니다. 두 대의 커피 머신과 로봇 팔이 미래의 커피를 제공합니다. 손님들은 터치 스크린으로 뜨거운 음료와 여타의 것들을 선택하고, 휴대전화 번호를 입력하고, 신용카드로 결제합니다. 그러면 약 30초 후에 스마트폰으로 코드가 전송됩니다. 커피 받는 곳으로 가서 이 코드를 입력하면 커피가 나옵니다. 이 모든 과정에 1분이 채 걸리지 않습니다. 이 카페는 로봇을 감시하고 원두나 우유 등을 보충할 한 명의 직원만 있으면 됩니다.

Zume Pizza 는 샌프란시스코 베이 지역에 자리잡고 있습니다. 이 업체는 “도우봇(Doughbot)”이라고 하는 것을 사용합니다. 도우봇은 사람보다 5배나 빠르게 피자 도우를 만들 수 있습니다. 그리고 딱 알맞은 양의 소스를 뿌리고, 소스를 얇게 펴바르고, 오븐에서 피자를 꺼냅니다. 매일 아침 그날 필요한 피자의 개수와 종류를 계산합니다. 모든 주문은 스마트폰이나 회사 웹사이트를 통해서 이루어 집니다. 회사는 매장이 없으며 모든 피자는 배달됩니다.

간호사나 간병인이 환자를 일으키거나 옮길 때 육체적으로 힘이 많이 들기 때문에 이 점이 건강상의 문제가 되고 있습니다. “프라운호퍼 - 제조 공학 및 자동화 연구소”가 진행하고 있는 Elevon 프로젝트는 의료 분야 종사자들의 문제를 완화하기 위한 것입니다. Elevon은 반자율 리프터로서, 환자를 들어올리고 옮길 수 있습니다. 이 다기능 환자 리프터는 움직이지 못하는 환자를 위해 설계되었으며, 환자를 정해진 위치로 자율적으로 이송할 수 있습니다. Elevon은 다양한 상황에서 이송을 할 수 있으며 환자들이 누워있거나 앉아있는 채로 이송할 수 있습니다. 직원들은 전자식으로 리프터를 요청할 수 있으며, 시간을 절약하고 불필요한 육체 노동을 줄일 수 있습니다.

유인 비행 용으로 승인을 받은 세계 최초의 멀티콥터는 독일에서 개발되었습니다. Volocopter 2X라고 하는 이 수직 이착륙 항공기는 18개의 로터를 사용하고, 완벽한 자율 비행을 할 수 있으며, 두 사람이 탑승할 수 있습니다. 또 탑승객들이 조이스틱을 사용해서 멀티콥터를 조정할 수도 있습니다. 이 멀티콥터는 날으는 택시로 사용되거나 박람회장 셔틀로 사용될 수도 있습니다. 자체 허브를 사용하는 Volocopter는 전기 모터로 구동되며, 공항이나 산업 단지 등 주요 거점과 시내 중심가를 연결할 수 있습니다.

물류 서비스 회사 Hermes는 독일 도시들에서 Starship 로봇을 사용한 물품 배달을 시험하고 있습니다. 이 회사는 2018년에 5~10개 도시에서 물류 로봇을 사용할 계획입니다. Starship은 에스토니아와 영국 런던에 근거지를 두고 있는 선구자적인 스타트업 회사가 개발하였습니다. 이 로봇은 Hermes 지점에서 4킬로미터 반경 이내의 고객들에게 물품을 배달합니다. 이 로봇은 위성 항법으로 제어됩니다. 일단 이 시스템이 거리 지도를 학습한 다음에는 완전히 자율적으로 이동할 수 있습니다.

메르세데스의 퓨처 버스는 2016년 네덜란드 암스테르담에서 첫 선을 보였습니다. 시험 모드로 이 버스는 스키폴 공항에서 할렘시까지 20킬로미터 구간을 아무 문제 없이 운행했습니다. 이 버스는 BRT(Bus Rapid Transit)라고 하는 별도의 버스 차선으로 자율적으로 운행하며(초기에는 모니터링을 위해서 운전자 동석) 장애물을 감지하면 자동으로 제동합니다. 이 시스템은 교통 신호등과 통신을 하고 정확하게 버스 정류장에 맞춰서 정차합니다. 이 버스들은 서로 날씨, 탑승 승객 수, 도로 조건 등의 정보를 공유할 수 있습니다. 퓨처 버스는 2020년부터 양산에 들어갈 예정입니다.

2017년 1월 네덜란드에 소재한 Robot Security Systems는 SAM3 보안 로봇을 출시했습니다. 이 로봇은 빌딩 보안 용으로 설계되었습니다. 사람과 물건이 이동하는 것을 감지하고, 장애물을 피하고, 엘리베이터와 문도 작동할 줄 압니다. 어떤 사람이 정해진 시간 내에 ID 리더를 통해 신원이 확인되지 않거나 이 로봇을 방해하려고 하면 SAM이 경보를 발생시킵니다. 자신이 순찰하도록 프로그램된 구역을 스캔하고 화재나 시스템 결함을 감지할 수 있습니다. 또한 열 영상 카메라를 갖추고 있고 4대의 카메라를 사용해서 360도 뷰를 제공할 수 있습니다. 이 로봇의 최대 속도는 시속 10킬로미터입니다.

2017년에 덴마크 회사인 Nilfisk는 자율적으로 바닥 물청소를 하는 스크러버 진공 청소기를 출시했습니다. Advance Liberty A 50이라고 하는 이 바닥 청소 로봇은 센서, 카메라, 소프트웨어를 내장하고 있어 한 번만 수동으로 운행하면 실내를 기록할 수 있습니다. 이 로봇은 테니스 공만큼 작은 장애물까지 인식하고 알아서 피할 수 있습니다. 수퍼마켓 같은 곳에서 영업 시간 중에도 사용될 수 있습니다.

제조 업체 Asus에 따르면, 가정용 로봇 Zenbo는 집안에서 도우미, 엔터테이너, 친구의 역할을 한다고 합니다. Zenbo를 스마트 홈 시스템으로 통합하면 Zenbo가 초인종을 누르는 사람을 확인할 수 있습니다. 현관의 카메라 영상이 로봇으로 전송되면 집주인이 리모컨으로 문을 열 수 있습니다. 응급 호출 기능은 노인 가정에서 유용합니다. 누군가 바닥으로 쓰러지는 것을 감지하면 다른 식구들에게 통보합니다. 또한 Zenbo는 약 먹을 시간이나 병원 예약 시간을 사람들에게 알려줄 수도 있습니다.

미국 아리조나 주립대학의 연구원들은 스스로 인체 내부의 종양을 찾아내고 이 부위로 혈류를 차단할 수 있는 나노로봇을 개발했습니다.  생쥐에게 한 실험에서 이 기술을 사용해서 종양 부위와 전이 부위를 성공적으로 없앨 수 있었습니다. 나노봇이 혈류를 타고 가다가 종양 부위로 연결된 혈관을 만나면 이곳으로의 혈류를 막습니다. 그러면 암세포는 수축하고 죽게 됩니다. 연구원들에 따르면, 이 나노봇은 아주 부지런해서 인체로 주입 후 몇 시간 내에 암 세포를 공격한다고 합니다. 현재까지 보고된 부작용은 없습니다.