⊙휴머노이드 로봇(Humanoid Robot)

⊙휴머노이드 로봇(Humanoid Robot)

 

휴머노이드 로봇은 사람처럼 보이도록 설계된 로봇입니다. 관절의 위치와 움직임이 사람의 운동 신경을 모방해서 만들어졌습니다. 이 점은 휴머노이드 로봇이 두 다리로 직립 보행한다는 점에서도 확인할 수 있습니다. 휴머노이드 로봇의 가장 중요한 연구개발 주제는 인공 지능(AI)입니다.

 

◌인공 지능(AI)

공상과학 소설에서처럼, 휴머노이드 로봇의 개발은 사람과 같은 모습의 AI로 나아가는 토대로 여겨지고 있습니다. AI는 프로그래밍으로 할 수 있는 것이 아니고, 학습 과정으로 구성된다는 아이디어에 기반합니다.  따라서 로봇은 사회 생활에 적극적으로 참여해야만 인공 지능을 개발할 수 있습니다. 하지만 로봇이 의사소통 등 사회 생활에 적극적으로 참여할 수 있으려면 로봇의 모양, 움직임, 센서가 동등한 인격으로 인지되고 받아들여질 수 있어야만 가능합니다.

 

◌다방면의 도우미 역할을 하는 휴머노이드 로봇

다리가 아닌 롤러로 움직이고 작은 크기에 고운 목소리와 반짝이는 둥근 눈을 가진 로봇 Josie Pepper는 독일 뮌헨 공항에서 승객들을 돕고 있습니다. 뮌헨 공항은 루프트한자와 협력해서 공항 최초로 휴머노이드 로봇을 현장에서 시범 사용하고 있습니다. Josie는 비행기 이착륙이나 수속에 필요한 정보들을 제공하며 출발 게이트나 가까운 레스토랑으로 가는 길을 알려줍니다. 프랑스 회사인 Soft-Bank Robotics에서 개발한 이 로봇은 WiFi 를 통해 인터넷에 연결되므로 클라우드에 접속해서 대화를 처리하고 분석할 수 있으며 공항 데이터와 연결할 수 있습니다. 이런 방식으로 Josie는 모든 대화를 분석하고 각각의 질문에 대답합니다.

 

◌인간과 기계의 상호작용

프로그래밍 지식이 없는 사람도 자연스러운 방식으로 로봇과 대화하고 명령을 내리고 정보를 제공할 수 있게 되었습니다. 사람과 기계 간에 음성, 동작, 얼굴 표정 등을 통한 상호작용이 갈수록 더 중요해지고 있습니다.

 

◌음성 인식

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.

 

◌동작 인식

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.

 

◌얼굴 표정 분석

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.

 

◌인공 감정

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.

 

◌인공 인격

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.

 

◌인공 사회 지능

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.

 

◌안전과 보안

우리 생활 곳곳에서 로봇이 갈수록 더 인기를 끌고 있으며 많이 사용되고 있습니다. 사람과 기계 사이의 상호작용은 사람과 데이터의 안전 및 보안 관련하여 기회와 과제를 제공합니다. 작업장에서 산업용 로봇이나 협동 로봇을 사용할 때 안전 요구 사항은 특히 중요합니다.

 

◌사람 보호

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.

 

◌데이터 보호

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.