[논문]휴머노이드 로봇의 현황과 발전 발향

오준호

문제 정의

휴머노이드 로봇은 당대 로봇 관련 모든 기술의 집합체일 뿐 아니라 기술력의 상징이다. 또한 많은 사람의 마음속에 자리 잡고 있는 환상 속의 안드로이드(Android; 인조인간)나 사이보오그(Cyborg; 인공장기와 생체가 결합된 인간)를 연상하게 하는 대중적 관심을 자아내게 한다.

가설 설정

1. 인간 운동의 구동 원인 근육은 힘 원(force source)이고 휴머노이드의 구동 원인 전기모터/감속기는 속도 원(velocity source)이다. 따라서 각 조인트에는 force/torque 센서에의 한 feedback이 필수이다.
2. 휴머노이드 로봇를 인간과 똑같은 무 게 분포를 갖도록 만들기가 힘들다. 이는 인간의 걸음과 겉보기가 유사한 자연스러운 걸음새를 구현하는 데 어려움을 준다.

제안 방법

대표적인 사례가 일본 AIST 주도의 HRP(Humanoid robot project)'”이다. 이 연구는 2002년 말까지 5년간 지속되었으며 결과물로서 HRP-2를 내놓았다. 당초 생활환경에서의 실용화와 양산을 통한 상업화를 목표로 하였으나 그에 이르지는 못한 것으로 판단된다.

성능/효과

3. 우리는 아직 인간의 몸속에서 수십 개 의 근육이 어떤 인과관계를 가지고 동시에 협동하며 움직이는지 정확히 이 해를 못하고 있다. 따라서 아무리 정확히 인간의 운동을 외부에서 관측하여 이를 로봇에 적용한다 하여도 2족 보행을 성공시킬 수 없다.
4. 인간은 시각, 관성, 각 조인트 및 근육에서의 힘 등 여러 종류의 센서 시스템 을 가지고 있다. 또한 피부에서는 압력, 통증 등 다양한 정보를 제공하고 있다.

후속연구

0 센서 및 액츄에이터 : MEMS 기술이나 NT 기술을 원용한 소형, 저가의 센서가 많이 출현함에 따라 이를 응용한 센서 시스템 이 도입될 것이다. 또한 haptic 기술을 기초로 한 인간-로봇 인터페이스 기술에 대한 연구가 활발할 것으로 기대된다.
o 자율보행 및 자세 안정화 : 현재는 단 순동보행에에 머물러 있으나 최소 에너지/최대 안정성에 근거한 더욱 다양한 걸음새가 구현될 것이며 이에 대한 연구는 앞으로도 지속적으로 계속될 것이다. 또한 외부 충격 및 비 평탄 지형에 대하여도 안정성을 유지 할 수 있는 기법에 대한 연구도 앞으로 이루어져야 할 분야이다.
현재로는 단지 일본의 Asimo만이 이 분야에서 큰 성공을 거두고 있다. 그러나 우리나라에서도 곧 이와 겨룰 휴머노이드가 등장하여 선진국과 기술 우위 경쟁을 벌이며 국제적이며 대중적인 인기와 관심을 이끌 것으로 기대해 본다.
전술한 바와 같이 휴머노이드는 로봇기술 이 집약된 상징성을 갖고 있는 기술 복합체이다. 따라서 선진국을 중심으로 기술적 우위를 점하고 이를 과시하는 수단으로 향후 활발한 연구가 수행되리라 본다. 그러나 현재까지 개발된 휴머노이드 로봇들은 주로 2족 보행 기능의 개발에 주력하고 있었으나 이조차 실용화 수준에 크게 미치지 못하고 있으며 비전, 인공지능 등 인식기능은 매우 초보적인 단계로 이미 각 분야에서 개발된 수준의 것을 단순히 적용한 것에 불과하다.
또한 부여된 기능은 단순히 미리 계획된 (pre-programmed) 작업을 재현(play back)하는 수준에 머물러 있어 실용화에는 아직 크게 미치는 못하는 수준이다. 따라서 앞으로 휴머노이드 로봇이 실용화 수준에 이르기 위하여 앞으로 다음의 분야에 관한 연구가 매우 활발할 것이다.
0 센서 및 액츄에이터 : MEMS 기술이나 NT 기술을 원용한 소형, 저가의 센서가 많이 출현함에 따라 이를 응용한 센서 시스템 이 도입될 것이다. 또한 haptic 기술을 기초로 한 인간-로봇 인터페이스 기술에 대한 연구가 활발할 것으로 기대된다. 전동 모터 /감속기는 이미 더욱 소형화, 경량화 추세이므로 앞으로도 계속 사용될 것이다.
o 자율보행 및 자세 안정화 : 현재는 단 순동보행에에 머물러 있으나 최소 에너지/최대 안정성에 근거한 더욱 다양한 걸음새가 구현될 것이며 이에 대한 연구는 앞으로도 지속적으로 계속될 것이다. 또한 외부 충격 및 비 평탄 지형에 대하여도 안정성을 유지 할 수 있는 기법에 대한 연구도 앞으로 이루어져야 할 분야이다. 넘어졌을 경우에 대비한 피해 최소화 기술 및 자세복원기술에 관한 연구 역시 해결해야 할 미래의 연구 분야이다.
0 Platform 및 시스템기술 : 인간 크기와 무게라는 물리적 제한 속에 50여 개의 구동기, 감속기, 센서, 컴퓨터, 네트워크, 전원 등을 효율적으로 포함시키며 software/ hardware를 통합하는 시스템 기술의 확보가 무엇보다도 중요하다. 앞으로는 네트 워크 기술의 발달에 따라 비전, 인식, 지능 등 많은 연산과 메모리를 요구하는 영역은 외부의 지원을 받아 해결하는 추세로 나아갈 것이다. 또한 초다축 여유 자유도 시스템을 효율적으로 동시 제어하기 전 위한 툴의 개발도 중요한 연구 분야라 하겠다.
o 상업성 및 실용성 : 1회 충전으로 최소 5시간 이상 연속 구동이 가능한 기술이 확보 되어야 한다. 이를 위하여는 더욱 효율적인 2차전지 시스템개발, 고효율 구동기의 개발 등이 선행되어야 하겠으나, 보다 효과적인 해결책은 수소연료전지가 될 것으로 판단된다. 실용성을 위하여는 자체 중량 이외에 30kg 이상을 다룰 수 있는 부하능 력이 요구된다.
또한 haptic 기술을 기초로 한 인간-로봇 인터페이스 기술에 대한 연구가 활발할 것으로 기대된다. 전동 모터 /감속기는 이미 더욱 소형화, 경량화 추세이므로 앞으로도 계속 사용될 것이다. 반면 인공 근육 등 신개념 액츄에이터에 대하여는 지속적인 연구는 있겠으나 당분간 실용화되기 어려울 것이다.

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