서비스 로봇
로봇은 제게도 많은 의미가 있는 녀석입니다. 대학교에 입학할 즈음 제 인생의 목표는 로봇 사업을 하는 것이었어요. 대학교 4학년 때 로봇 동아리를 만들고 로봇 축구 대회도 나가고, 대학원에서는 최초로 인터넷 기반 퍼스널 로봇 개념을 만들고 연구개발 프로젝트를 진행했지요. 그런데 대학원을 졸업할 즈음에 로봇 사업을 하려고 보니 로봇 시장이 전혀 열릴 기미가 보이질 않았어요. 그래서 미루기로 했습니다. 그때가 2003년이니 벌써 20년 가까이 지났네요. 아마도 그때 로봇 사업을 시작했다면 지금쯤 몇 번은 말아먹었을 거예요. 그러면 언제쯤이면 각 가정에 로봇이 생기고 우리 주변에서 서비스 로봇을 쉽게 접하게 될까요? 한 번 차근차근 짚어볼게요.(참고로, 산업용 로봇은 이미 '스마트 공장' 기술 소개 시에 다루었다고 보고 여기서는 거의 언급하지 않을 예정이에요.)
로봇의 유래
로봇이라는 단어는 1921년 체코의 극작가인 차페크가 쓴 '로섬의 유니버설 로봇(Rossum's Universal Robots)' 희곡에서 처음으로 사용되었다고 합니다. 체코어로 '일, 노동'의 뜻인 'robota' 단어에서 유래되었다고 해요. 희곡에서 로봇은 사람이 하는 정신적, 육체적 노동을 모두 할 수 있으나, 인간의 영혼과 정서는 갖지 못하는 인공 생명체로 묘사되었지요. 하지만, 차페크의 희곡을 시작으로 로봇은 줄곧 인간의 적으로만 묘사가 되었다고 합니다. 이는 최근 인공지능이 미래에 인간을 해칠 것이라는 우려와도 같은 맥락인 것 같아요. 아마도 사람들은 잘 모르는 미지의 개념에 대해서는 본능적으로 두려움을 느끼나 봅니다.
로봇이 인간의 적이라는 통념을 깨고자 러시아 출신의 SF 소설가인 아이작 아시모프는 '로봇의 3원칙(Three laws of Robotics)'을 만들고, 이를 바탕으로 관련 소설을 쓰기 시작했어요. 이때가 1940년대입니다.
[로봇의 3원칙]
제1원칙: 로봇은 인간을 해쳐서는 안되며, 행동하지 않아 인간에게 해가 되도록 해서는 안된다.
제2원칙: 제1원칙에 위배되지 않는 한, 로봇은 인간의 명령에 복종해야 한다.
제3원칙: 제1원칙, 제2원칙에 위배되지 않는 한, 로봇은 자신을 보호해야 한다.
이후 로봇을 주제로 한 소설이나 만화영화 등이 많이 등장하였지요. 저도 어렸을 적에 즐겨보던 '아톰', '로보트 태권 V', '마징가 Z' 등이 생각납니다. 저에게 로봇이란 어렸을 때 보던 만화영화에서 지구를 지켜주는 멋진 친구로 각인되어 있답니다. 아마도 이와 같은 창작물들이 사람들에게 로봇은 적이 아니라는 것을 인식시켜 준 것 같아요.
최초의 인공 생명체
로봇에 대한 상상과는 달리 실제 로봇 기술은 매우 더디게 발전해 왔답니다. 1948년 영국의 그레이 월터 박사가 만든 거북이 로봇이 세계 최초의 인공 생명체 로봇이라고 볼 수 있을 것 같아요. 두 개의 센서와 두 개의 구동부, 그리고 신경을 모사한 제어 회로로 구성되었고, 스스로 주변의 장애물을 감지하여 피할 수 있고 배터리가 다 되면 스스로 충전 스테이션으로 찾아가는 기능까지 구현이 되었습니다. 월터 박사가 취미로 만들었다는데 정말 대단하지 않나요? (유튜브: https://www.youtube.com/watch?v=lLULRlmXkKo)
그레이 월터의 거북이 로봇(Grey Walter's tortoise)모바일 로봇
월터 박사의 연구는 이후에 인공지능 연구에도 영향을 미치게 되었다고 하네요. 1955년에 인공지능 분야가 탄생하게 되었고, 1961년에는 산업용 로봇도 등장하게 됩니다. GM 자동차의 조립 라인에 최초로 적용이 되었다고 합니다. 1969년에는 인공지능으로 움직이는 모바일 로봇 'Shakey'가 개발되었습니다. 이 로봇은 카메라와 광학 거리 센서, 충돌 센서 등을 포함하였지요. 이후 1977년에는 카메라와 16개의 초음파 센서, 레이저 거리 센서 등을 갖는 HILARE 로봇, 그리고 사람 눈과 같은 2개의 카메라를 갖는 Stanford Cart 로봇이 개발되었어요. 1983년에는 상하좌우로 움직일 수 있는 팬/틸트 카메라와 적외선 센서 및 초음파 센서를 장착한 CMU Rover 모바일 로봇이 발표되었지요.
모바일 로봇: Shakey(1969), Stanford Cart(1977), HILARE(1977), CMU Rover(1983)
로봇이 처음 등장한 이후부터 1980년대까지는 가장 기본인 이동성에 대한 연구가 활발했다고 보시면 됩니다. 그래서 바퀴 달린 모바일 로봇에 대한 연구가 많았고, 이동을 하려고 보니 장애물을 피해야 했기 때문에 센서에 대한 연구가 활발했지요. 단순한 스위치에서 적외선 센서, 초음파 센서, 레이저 거리 센서 등을 거쳐 사람의 눈과 흡사한 스테레오 카메라까지 센서가 복잡해지면서 센싱 데이터를 처리하기 위한 인공지능 기술도 함께 활발한 연구가 이루어지게 됩니다.
이런 연구를 쓸데없이 왜 했냐고요? 이런 연구 끝에 2002년에 로봇 청소기 룸바가 등장하였고, Amazon의 물류 창고에서는 3만 대 이상의 키바(Kiva) 로봇이 선반 이동하는 일을 열심히 하고 있지요. 키바 로봇 덕분에 Amazon에 아무리 주문이 많아도 정해진 시간 내에 상품이 집까지 배달되고 있어요.
무인 자동차
모바일 로봇을 몇십 년 연구해서 고작 이 정도 성과냐고요? 그럼 한 가지를 더 소개해 드릴게요. 2004년에 미국의 DARPA(미 국방성 국방 고등 연구 기획청)에서 그랜드 챌린지 대회를 개최하게 됩니다. 미국 모하비 사막에서 240km의 거리를 무인 자동차로 달리는 경주였습니다. 이때 그동안 모바일 로봇을 연구하던 수많은 연구팀들이 참여하게 됩니다. 수십 년간 연구해온 모바일 로봇 기술을 적용할 목표가 생긴 것이지요.
2004년 대회에서는 240km 완주는 커녕 11km 남짓이 가장 멀리 간 거리였어요. 그래서 2005년에 다시 개최를 했지요. 195개 팀이 신청하여 40개 팀이 예선을 통과하였고, 드디어 결선에서는 5개 팀이 212km 거리를 완주하는 데 성공하게 됩니다. 미래의 역사가 바뀌는 순간이었지요. DARPA는 이에 만족하지 않고 2007년에 사막이 아닌 도심에서의 그랜드 챌린지를 개최하게 됩니다. 세계 각국의 연구팀들이 참여하여 최종 결선에는 11개의 팀이 참가하게 됩니다. 도심에서의 89km를 총 6개 팀의 무인 차동차가 완주에 성공하게 됩니다.
DARPA 그랜드 챌린지 무인 자동차 경주 대회(2004, 2005, 2007)
이것이 바로 미래를 바꿀 기술 첫 번째로 소개했던 스마트 카의 무인 자동차를 가능하게 한 사건이었어요. 실제로 구글의 무인 자동차 프로젝트도 DARPA 그랜드 챌린지 2회 대회에서 우승을 했던 교수가 이끌었답니다. 이 정도면 모바일 로봇에 대한 수십 년 간의 연구가 쓸데없지는 않았다고 볼 수 있겠지요?
다리로 걷는 로봇
1980년대 중반을 거쳐 1990년대에는 바퀴로 움직이는 모바일 로봇이 아닌 다리로 걷는 로봇에 대한 연구가 활발하게 시작되게 됩니다. 어떻게 보면 우리가 상상했던 로봇은 사람 모양의 로봇이었는데, 기술 개발이 본격화되기 시작한 시점은 많이 늦었다고 볼 수 있지요. 하지만 그동안에는 기술력이 안 되었기 때문에 시도 조차 할 수 없었을 겁니다. 1984년에 MIT에서는 스카이 콩콩 타듯이 외발로 뛰어다니는 로봇이 개발됩니다. 이후에 동물의 다리를 모사한 걷는 로봇들이 하나둘씩 나오기 시작했어요.
MIT Leg Lab의 동물 모사 로봇(1984, 1996)참고로, MIT Leg Lab의 Marc Raibert 교수는 1992년에 보스턴 다이나믹스라는 로봇 회사를 설립하였고, 2013년에 구글 X에서 인수하게 됩니다. 2017년에는 다시 소프트뱅크를 거쳐 2020년 현대자동차가 약 1조원($880M)에 인수를 하게 됩니다.
보스턴 다이나믹스사의 로봇 개 SPOT (이미지 출처: 보스턴 다이나믹스)인간형 로봇
90년대에 들어서면서 인간형 로봇에 대한 연구가 활발해지기 시작하더니, 1996년 혼다에서 남자 체구의 P2 로봇이 발표되면서 세상을 또 한 번 놀라게 합니다. 걸음새나 동작이 사람이 로봇 탈을 쓰고 하는 것처럼 완벽했어요. 97년에는 여자 체구의 P3가 발표되었고, 2005년 아시모 로봇까지 발표되면서 인간형 로봇 기술은 절정에 달하게 됩니다. 2000년부터 소니도 인간형 로봇을 발표하기 시작했고, 우리나라의 KAIST도 2005년에 휴보(Hubo)를 발표하면서 인간형 로봇 기술 개발에 세계적으로 어깨를 나란히 하게 됩니다.
인간형 로봇: 혼다의 P2, P3, 아시모, 소니의 SDR-3X, 큐리오, KAIST의 휴보인간형 로봇을 만들어서 어디에다 써먹냐고요? 사실 아직까지는 무인 자동차와 같은 확실한 활용처는 안 보이는 것 같아요. 기술 수준도 아직은 갈 길이 멀고요. 하지만, DARPA가 그랜드 챌린지를 끝낸 후, 이번에는 인간형 로봇 기술의 돌파구를 만들기 위해서 로봇 챌린지를 개최하였어요. 재난 현장과 같은 극한 환경에서 로봇이 스스로 어려운 임무를 수행하는 대회입니다. 차량 운전하기, 돌 무더기 바닥에서 걸어가기, 입구 막고 있는 잔해 치우기, 문 열고 건물로 들어가기, 사다리 타고 올라가 계단으로 내려오기, 도구를 사용해 벽 부수기, 밸브 잠그기, 소방 호스 연결하고 밸브 열기 등의 미션을 가장 짧은 시간 내에 마치는 로봇이 우승을 하는 대회였지요. 세계에서 인간형 로봇을 연구하는 연구팀들이 모두 모여 2015년에 결선을 치렀고, 우리나라 KAIST의 휴보가 당당히 우승을 하였답니다. 대단하지요?
DARPA 로봇 챌린지 2015에서 KAIST 휴보 우승2016년에 공개된 보스턴 다이나믹스사의 아틀라스(Atlas) 로봇을 보면 이제 휴머노이드 로봇의 물리적인 기술은 거의 완성이 되었다는 생각이 듭니다. (유튜브 링크: https://www.youtube.com/watch?v=LikxFZZO2sk&list=PLlL_rsmcRMZcvyx1DeQbk3vUoa8LleoqA&index=3)
보스턴 다이나믹스사의 아틀라스(Atlas) (이미지 출처: 보스턴 다이나믹스)로봇 개념의 등장 이후 로봇 연구의 역사가 오래되었지만 아직도 로봇은 갈 길이 멀어 보입니다. 그런 이유가 대부분의 요소 기술들이 이미 새로운 이름으로 분리되어 독립해 나갔기 때문이에요. 데이터 처리 및 알고리즘은 인공지능으로 분리가 되었고, 모바일 로봇은 무인 자동차로 분리가 되었지요. 정해진 일을 하는 로봇은 산업용 로봇을 거쳐 요즘은 스마트 공장으로 흡수가 되고 있어요. 날 수 있는 로봇은 드론으로 분리되었고, 인간형 로봇은 재난 구조장치로 출가할지도 모르겠어요. 요소 기술이 익어갈 무렵이면 바로 그에 맞는 응용 분야를 찾아 떠나가는 형국이에요. 어떻게 보면 로봇 연구 분야는 기술 전반에 걸쳐 매우 큰 기여를 하고 있다고 볼 수 있을 것 같아요. 자, 그럼 로봇에서 아직까지 출가하지 않고 남아있는지 분야를 한 번 살펴볼게요.
소셜 로봇
90년대 말에 MIT에서 키즈멧이라는 최초의 소셜 로봇을 발표합니다. 로봇이 사람과 서로 대화로 의사소통을 할 수 있고, 자신의 감정을 얼굴 표정으로 표현할 수 있는 로봇이었어요. 이전에는 로봇을 프로그램된 일만 하는 기계로 여겼지만, 소셜 로봇은 로봇을 인격화 하면서 사람 같은 존재로 여기기 시작한 거죠. 키즈멧은 행복함, 차분함, 흥미로움, 슬픔, 화남, 놀람, 역겨움 등 일곱 가지의 감정을 표현할 수 있어요.
키즈멧의 일곱 가지 감정 표현
아마도 키즈멧이 처음 발표되었을 때에는 많은 사람들이 "왜?"라는 질문을 많이 했을 것 같아요. 왜 쓸데없이 로봇에게 감정을 부여하냐는 거죠. 이제는 이유를 설명하지 않아도 많은 분들이 필요하다고 생각을 하실 것 같아요. 수많은 이유가 있겠지만, 여기서는 주요한 몇 가지만 이야기해보도록 할게요.
앞으로 시간이 갈수록 우리 주변에는 로봇이 점점 늘어나게 될 것이라는 것은 쉽게 예측이 가능합니다. 직장에서나 집에서나 또는 공공장소에서도 로봇은 많아질 거예요. 즉, 일을 할 때에도 로봇과 협업을 해야 하고, 집에서도 로봇과 함께 지내야 합니다. 공공장소에서도 로봇의 도움을 받아야 해요. 그렇다면 로봇과 의사소통을 해야 하는데, 우리가 로봇 언어(프로그램)를 새로 배워야 한다면 당장 공존하기가 어렵겠지요. 가장 쉬운 방법은 로봇도 우리와 같은 방식으로 의사소통할 수 있다면 가장 쉽고 자연스럽겠지요. 로봇을 우리의 문화 안으로 끌고 들어오려고 하다 보니 인격화도 하고 우리의 의사소통 방식을 로봇에게도 요구하게 되는 거지요.
소셜 로봇에 대한 연구 중에서 초기에 가장 활발하게 이루어진 연구는 사람이 로봇에게 새로운 지식이나 협업 업무를 위한 사회적 지능을 어떻게 가르칠 것인가 였어요. 가장 좋은 방법은 사람에게 가르치듯이 똑같은 방식으로 가르치는 거였지요. 이것이 가능하다는 것을 MIT의 리오(Leonardo) 로봇이 보여줬어요.
MIT의 소셜 로봇 리오(Leonardo)리오 로봇의 사회적 지능에 대한 예시를 간단히 설명해 볼게요. 빨간 앨모 인형을 보여주면서 "이건 앨모야"라고 설명을 해줍니다. 그러면 그때부터는 리오도 앨모를 구분할 수 있는 능력이 생깁니다. 새로운 것이어서 흥미로워합니다. 자기도 만져보고 싶어 합니다. 이번에는 파란색 쿠키 몬스터 인형을 보여주며 "이건 쿠키몬스터야. 그런데 얘는 아주 나쁜 애야. 네 쿠키를 다 훔쳐갈 거야."라고 설명해 줍니다. 그러면 리오도 쿠키 몬스터를 인지할 수 있게 되고, 가까이 보여주면 무섭다고 피하게 됩니다. 이제 소셜 로봇이 무엇인지 조금 이해가 되시지요? (유튜브: https://www.youtube.com/watch?v=ilmDN2e_Flc)
이미 소셜 로봇 개념이 적용된 공장 자동화 로봇 백스터도 판매가 되고 있습니다. 로봇 프로그램 코딩이 필요 없이 신입사원에게 일을 가르쳐 주듯이 쉽게 학습을 시키고 바로 실전에 투입할 수 있습니다.
공장 자동화 업무용 소셜 로봇 백스터반려 로봇으로서의 소셜 로봇
반려 동물과 같이 사람이 정서적으로 의지하고자 가까이 두고 함께 생활하는 반려 로봇을 생각할 수 있을 거예요. 반려 로봇이 가능하다는 것은 이미 소니의 아이보로 증명이 되었어요. 특히 일본에서는 외로운 노년층에게 많은 인기를 얻었답니다. 옷도 입혀주고, 산책도 함께 가고, 함께 사진도 찍고, 여행도 가고, 함께 시간을 보내는 사람들이 많이 생겼어요. 1999년부터 2006년까지 15만 대의 아이보가 팔렸다고 하네요. 소니가 아이보 수리 센터를 닫으면서 2015년 아이보의 공동 장례식을 치르는 동영상도 있더라고요.
또한 더 나아가 심리 치료를 목적으로 하는 소셜 로봇도 연구가 되고 있어요. 저도 참여했던 MIT의 곰인형 로봇 허거블(Huggable) 프로젝트도 이 범주에 속한답니다.
일본의 예를 본다면, 초고령화 사회로 접어들게 될수록 정서적으로 의지할 존재에 대한 요구가 크게 증가한다고 보면 될 것 같아요. 우리나라도 아주 빠른 속도로 초고령화 사회로 진입하고 있으니, 반려 로봇을 포함하는 소셜 로봇의 수요는 앞으로 크게 증가하게 되지 않을까 하는 생각이 드네요.
소셜 로봇들을 몇 가지 더 소개해 볼 게요. 저는 개인적으로 MIT Media Lab에서 개발한 지보(Jibo)가 참 마음 에듭니다. 우리의 일상에 개입하지 않으면서도 필요할 때에는 귀엽게 도와주는 존재인 것 같아요. 사진도 찍어주고, 검색도 해주고, 요리도 도와주고, 이메일도 확인해주고, 스케줄 관리도 해주고요. 일본의 로비(Robi)도 너무 귀엽습니다. 기본적인 대화도 가능하고 춤도 추고 TV 리모컨 제어도 해줍니다. 운전 시 컵 홀더에 앉히면 말 벗하기에 딱 좋지요. 우주 비행사의 말 벗도 해드렸나 봅니다. 프랑스에서 개발한 나오(Nao)도 갖고 싶은 소셜 로봇이지요. 사람을 알아보고 대화도 나누고 음악도 들려주고 춤도 추지요. 사람과 함께 종이와 펜으로 직접 틱택토 게임도 할 수 있어요. 하지만 안타깝게도 이제까지 출시되었던 소셜 로봇들은 모두 시장성을 확보하는데에는 실패했답니다. 아직까지는 소셜 로봇이 가격 대비 사람들이 꼭 필요로하는 니즈를 충족시켜주지는 못했나 봅니다. 최근에 킥스타터에서 새로운 유형의 애완 로봇인 모플린(Moflin)이 소개되었습니다. 기존의 소셜 로봇은 기능성이 강조되었다면, 모플린은 특별한 기능 없이 기존의 애완 동물을 대체할 수 있는 감성적인 접근을 하고 있는 것이 특징입니다. 유전자 알고리즘(Genetic Algorithm)을 이용하여 사용자와의 인터랙션을 통해 유니크한 성격을 갖도록 성장해나가는 애완 로봇입니다. 한마디로 인공 애완 동물인 셈인데, 이와같은 시도는 시장에서 살아남을 수 있을지 지켜볼 필요가 있겠습니다.
최근에는 하드웨어가 아닌 소프트웨어 형태로의 소셜 로봇도 눈에 띄게 증가하고 있어요. 하드웨어 형태의 소셜 로봇보다는 사람들이 인격화에 익숙해지는데 시간이 더 걸리겠지만, 궁극적으로는 소프트웨어 형태의 소셜 로봇도 동일한 효과를 보일 것으로 생각이 됩니다.
요즘 기술이 발전하고 가상공간이 활성화되면서 아이러니하게도 사람들은 더욱 외로움을 크게 느끼는 것 같아요. 이제 인공지능 기술이 더욱 발전할수록 소셜 로봇의 사회적 지능 수준도 크게 높아질 거예요. 인공지능으로 소셜 로봇이 더욱 스마트해진다면 정말 반려 로봇으로 한 마리 키울 만하지 않을까요?
서비스 로봇
최근 코로나 팬데믹으로 인해 배달 서비스가 폭발적으로 증가했고, 마침 로봇 분야에서도 준비하고 있던 배달 서비스 로봇이 큰 관심을 받고 있습니다. 바뀌 달린 이동 로봇에 GPS를 달아 원하는 목적지까지 이동하도록 하고, 실외 뿐만 아니라 실내에서도 정확한 위치 파악이 가능한 실내 위치추정(indoor localization) 기술을 적용하고, 도시 3D맵 기반 디지털 트윈과 연동하는 기술 개발 등이 활발하게 진행되고 있습니다.
배달 로봇은 주로 대학교 캠퍼스와 같이 테스트하기 좋은 장소를 중심으로 상용화 시범 서비스가 시작되고 있고, 점차 서비스 영역을 확대해가고 있습니다. 미국의 스타쉽(Starship) 로봇은 2021년 1월에 누적 1백만회 이상의 배달을 성공적으로 완료했다고 합니다. 키위봇(Kiwibot)도 10만회 이상 배달을 완료했다고 하네요. 아마존도 스카우트(Scout)라는 로봇으로 배달 서비스를 시작하였고, FedEx도 록소(Roxo) 로봇으로 배달 서비스를 시작하였습니다. 우리나라에서도 배달의 민족을 운영하는 우아한형제들이 배달로봇 딜리드라이브(Dilly Drive)로 시범 서비스를 시작하였고, LG전자 뿐만 아니라 로봇 벤처 기업인 로보티즈도 배달 로봇 시범 서비스를 시작하였습니다.
배달 로봇 뿐만 아니라 서빙 로봇도 빠르게 증가하는 추세입니다. 경험해본 분들도 많으시겠지만, 이미 국내에도 많은 서빙 로봇들이 현장에서 야무진 서비스를 수행하고 있지요. 또한 가정용 서비스 로봇에 대한 연구 개발도 재점화되는 분위기입니다.
코로나로 인해 사람간 대면을 꺼리는 문화가 형성되면서 어쩌면 배달 서비스 로봇이나 서빙 로봇 등의 서비스 로봇 상용화가 생각보다 아주 빠르게 성공할지도 모르겠습니다.
과거의 로봇은 (산업용 로봇을 제외하고는) 대부분 기능 구현과 기술 수준 달성을 목표로 개발이 되었다면, 최근의 서비스 로봇은 사람들이 원하는 서비스를 편리하게 제공하는 것을 목표로 개발이 되고 있습니다. 즉, 연구를 위한 연구가 아닌 사람을 위한 연구가 본격적으로 시작된 것이죠. 이제서야 드디어 로봇 분야도 사람들이 필요로하는 영역이 제대로 펼쳐지기 시작하나 봅니다. 앞으로 서비스 로봇이 로봇 분야를 먹여살리게 될 것 같습니다.
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(참고로, 본 글은 제가 이전에 작성했던 '미래를 바꿀 요즘 뜨는 기술(4)'의 '소셜 로봇' 내용을 업데이트한 글입니다.)
※ 더 자세한 내용은 2023년 출간된 <세상을 바꿀 미래기술 12가지> 책에서 참고하실 수 있습니다.
