국가 지능로봇공학 육성 기본계획 수립방안 연구 ( A S tu dy for developing N ation al In itiative for Intelligen t R obot T echn olog y ) 연 구 기 관 한국과학기술기획평가원 과 학 기 술 부
제 출 문 과학기술부 장관 귀하 본 보고서를 국가 지능로봇공학 기본계획 수립방안연구 과제의 연구보고서 로 제출합니다. 2001. 12. 주 관연구기관명 : 한국과학기술기획평가원 주관연구책임자 : 임 용 택 연 구 원 : 김 현 철 안 성 봉 구 본 철 하 지 형 정 재 룡
요 약 문 Ⅰ. 제목 국가 지능로봇공학육성 기본계획 수립방안 기획연구 Ⅱ. 기간 및 예산 기 간: 2001. 7. 30 ~ 2001. 12. 31 사업비: 48,000 천원 Ⅲ. 연구개발의 목적 및 필요성 1. 목 적 지능로봇기술 (Robot Technology, RT)는 정보, 반도체, 인공지능, 뇌 공학, 생체공학, 신소재, MEMS 등 첨단기술과 기계, 전 자 등 전 통 기술이 융합된 차세대 신기술로서, IT, NT, BT, ST, ET, C T 분야와 결합시켜 새로운 국 가 주 력 산업을 창출하기 위한 국가적 전략 수립 마 련. 2. 필요성 지능 로봇은 기계, 전자, 정보, 생물, 의공학 등 다양한 기술분야의 융합과 결합으로 탄생할 21세기를 대표하는 첨단시스템이자 미래산업임. 미국의 세계미래학회 (World Future Society: WFS) 산하의 George Washington University Forecast는 21세기 첫 10년간 인류의 생활을 획기적으로 변화시 킬 10대 기술 가운데 하나로 지능로봇 (smart robot)을 선정함. 2020년경 지능 로봇 자체 시장은 자동차산업 규모보다 클 것으로 예상 (일, 도쿄대). 이에 선행하여 다양한 서비스 로봇이 향후 조기 (2005~'08년 경) - v -
에 시 장을 형성하기 시작할 것으로 전망되고 있으며, 일본의 Honda사는 향 후 자동차산업은 Low-tech. 산업으로 전락할 것으로 보고 최첨단의 하이테 크가 될 로봇분야 선행 연구 주도. 자동화 분야, 기계 전자 분야 등에 미치는 경제적 파급효과 막대, 부품소 재산업 육성, 에너지 절약형 경제구조, 중소기업 활성화 등에 적극 기여, 기 반기술 확보와 적극적인 기업화로 부품업체의 체계적 육성과 기술자 립형 산업구조 구축 가능. 지능 로봇은 원천기술 확보를 통한 목표지향적 연구개발로 세 계적 경 쟁 력 을 확보할 수 있는 분야로 지금까지의 기술적 성과 (전자, 반도체, 정보 등) 을 토대로 연계 추진이 가능하고 우리 전략산업 의 기술 수준 을 한 단 계 끌 어올릴 수 있는 핵심고리. 또한 노령화, 장애인, 노동문제 완화 등 각종 사회문제 해결 및 삶의 질 향 상, 국가안보, 우주, 농업생산성 등 국가전략의 핵심적 역할을 수행하므로 국가적 차원의 지원이 매우 중요하다고 판단됨. Ⅳ. 연구개발의 내용 향 후 지능로봇기술 발전 기본계획을 국가사업으로 지원하고 자 국내외 관련 지능로봇의 기술동향, 세계 시장현황을 분석하였고, 경쟁력 강화를 위한 핵 심기술분야의 투자효율을 극대화하기 위해 선택과 집중에 의해 분야를 도 출하였으며, 첨단 요소기술의 발전을 견인하면서 타 분야로의 기술확산을 통해 기계, 전자, 정보, 생체공학, 뇌과학, 컴퓨터공학 등 연관 산업의 국제 경쟁력 강화에 기반을 마련하기 위한 국가전략을 수립하고자 함. - 지능로봇관련 산학연 전문가 집단을 상향식으로 확보하여 크게 전문분야별 응용 실용화와 원천기술분야로 구성 - 분과별 기획참여자 모두가 기획의 목적, 범위, 내용 및 방법 등 기획방침 에 대하여 정확히 인지하고 체계적으로 작업을 추진 - 기본계획의 구성(안)을 미리 구상한 후 몇 개의 작 업 부문으 로 구분 하여 작 업반 구성 추진 - 정확한 정책 판단이 가능하도록 국 내외 관련정책 및 기술개발 현 황 등 은 최근의 동향자료를 수집, 활용 - 선택과 집중의 원칙을 적용하여 우리에게 역량과 기반이 있고 성장잠재력 이 큰 강점분야를 국가적 시각에서 도출 - vi -
- 주요정책과 기술개발동향에 대하여 국민 및 각계의 광범위한 의견수렴을 위해 공청회 개최 - 관련 전문가 및 참여자들의 의견수렴을 위하여 홈페이지 ( h t t p : / / k i s t e p. h i h o m e. c o m ) 을 2001년 8월 부터 운영함 Ⅴ. 연구결 과 본 기획연구에서는 이를 위하여 중점 과제별 추진체계와 더불어 핵심분야별 지능로봇기술에 대해 다음과 같이 도출하였음. 생 산 지원 지능로봇기술 - 전통 제조업 경쟁력 강화에 필요한 로봇 및 생산 자동화 장비에 관련된 기 술개발 - 정밀 제조공정의 자동화에 필요한 로봇기술의 지능화 에 관련 된 기술개발 - 차세대 신산업의 생산을 지원하는 로봇 및 자동화 설비에 관련된 기술개발 인 간 지원 지능로봇기술 - 인간의 의료, 복지, 서비스, 오락, 교육 등을 지원하는 IT와 결합된 지능 로봇 기술의 개발 - 의료복지용 (수술, 간호, 재활) 지능로봇기술과 생 활 지원 (인텔리전트 홈, 빌딩 스페이스, 오락 및 교육, 지능차량) 지능로봇기술 개발 국가 전략적 특수 지능로봇기술 - 국방, 우주, 원자력, 농업 등에 국가 전략적으로 필요한 로봇기술의 개발 - 전략적 특수 지능로봇 (국방, 우주, 원자력, 재해대응, 해양 지능로봇)과 산 업용 특수 지능로봇 (농업용, 건설용, 조선용 지능로봇) 기술 개발 지능로봇 공통핵심기술 - 다양한 응용을 위한 지능로봇의 구현에 공통 으 로 요구되 는 핵 심 기술을 개 발하여, 응용 및 실용화를 촉진 - 지능기술: 시각, 청각, 인지(학습) 및 적응행동 기술 - 기구 제어 기술: 로봇팔 손, 로봇다리 제어, 실시간 S/W 지능로봇 요소부품기술 - 지능로봇의 구현에 요구되는 요소부품 기술을 개발하여 응 용 및 실용화를 - vii -
촉진 - 구동기: 고출력밀도 전동기, 초소형 전동기, 초정밀 전동기 등 - 센서: 영상센서시스템, 음향센서시스템, 촉각, 후각, 속도/가속도, 위치센서 등 - 기타부품: 개방형 제어기, 감속기, 베어링, Cable 등 지능로봇 기반기술 - 지능로봇의 구현에 필요하나, 다른 분야에 더 큰 수요를 가지고 있어 타 분야에서 연구가 진행되고 있으므로 본 지능로봇기술 발전 추진에서는 포 함 하지 않는 기반기술 - 통신 및 네트워킹, 미세가공 (MEMS), 에너지 (전지), 컴퓨터 그래픽스, 콘텐 츠, 생체계측 Ⅵ. 연구결 과의 기대 효 과 및 활 용 방안 2010년 현 반도체 규모의 지능로봇 신시장을 선점함으로써 차세대 국가주력 산업화 기대. NT, BT, IT 등 신기술 중심 신산업 형성에 있어 시스템 및 생산기술을 제 공하여 성공을 촉진. 인 공지능, M EM S, 센 서, 신소재, 나노기술, 정보기술, 감성공학 등 첨 단 기술 의 촉진과 기계, 전기, 전자, 제어, 시스템 등 전통기술의 새 방향을 제공. 우리나라가 직면하고 있는 다양한 사회적 문제 (저 출산사회 노령화 사회 에서의 노동력, 노인 장애인 복지 등)의 해결 기대. 관련 연구원, 교수, 학생 및 기술개발 의욕을 고취시킬 수 있고, 향후 개발 된 기술을 산업전반에 파급시킬 수 있는 기틀을 마련할 수 있음. - viii -
SU M M ARY Ⅰ. Title A Study for Developing National Initiative for Intelligent Robot Technology Ⅱ. Period and B udget Period: 2001. 7. 30 ~ 2001. 12.31 Budget: 48,000,000 Ⅲ. Objective and Neces s ity of the Study 1. Objectives Intelligent Robot Technology (RT) emerges as a new fus ion technology for next generation to connect conventional technology with advanced technologies such as information, semi-conductor, artificial intelligence, brain s cience, bio-engineering, new materials and micro-electro-mechanical system technology. The aim of the study is to establis h national strategy for creating new technology initiative as a result of com bining RT w ith inform ation technology (IT), nano- technology (NT), bio-technology (B T), s pace technology (ST), environm ent technology (E T) and culture technology (C T). 2. Neces s ities - Intelligent robot is a k ind of up-to-date system and future industry representing the 21st. century which will be born with fusion and combination of various technologies such as mechanical engineering, - ix -
electronics, inform ation technology, bio- technology and engineering. - The George Washington University Forecast under World Future Society of United States has selected smart robot technology as one of ten important technologies which will dramatically change the quality of life at the first decade in the 21st. century. - At around 2020 the market for intelligent robot will grow more than the size of automobile industry according to the s urvey of Tokyo Univers ity in Japan. It also predicts that various service robots will begin to form an emerging market in early stages between 2005 and 2008. The Honda company in Japan anticipates that autom obile industry will fall down to low technology industry in the future and decided to carry out advanced R&D activity in the field of intelligent robot technology, evolving into the spearhead high technology. - The economic impact on industrial automation and machinery and electronics field is enormous. RT w ill contribute to escalate development of m echanical components and m aterials industry and econom ic structure to s ave energy and foster medium and small s iz e companies. B y securing basic technologies and active mark eting s trategy, it enables us to establish the logistic s ys tem to s upport the development of mechanical components and materials industry and the independent indus trial infras tructure. - Intelligent robot technology can be one of world- wide competitive areas by pursuing objective-oriented research and development if core technology is fully m aterializ ed. In addition, it can be co- developed in connection with up- to- date technical achievements in the areas of electronics, semi- conductor indus try and information technology and is the major element to upgrade the technological level of national s trategic industry. - Since RT plays an important role in resolving various social and economic problems such as aging, disabled people, and labor and improving the - x -
quality of life, national security, s pace technology and the productivity of agriculture, national initiative to im prove RT is imm ensely needed. Ⅳ. C ontents and Scope In order to set up the strategic plan to develop RT as a National Initiative, literature survey on technology and mark et trends related to RT was made at domestic and international level. The research field was s elected bas ed on com petitive basis for the purpos e of m aximizing the investm ent efficiency of core technologies to strengthen international competition. In terms of technology diffus ion into other areas as well as incubation of the development of advanced fundamental technology, national s trategy w as prepared for fostering the reinforcement of international competitivenes s of related industry such as mechanical engineering, electronics, information technology, bio-engineering, brain science, computer science, etc. - The main research field was composed of two major areas, appl ication and core technology with constituting the experts opinion obtained from bottom up approach among industry, academics, and research institutions. - Objective, s cope, contents and m ethodology of the present planning study were clearly announced to all the voluntary participants. - After considering the basic plan in advance, working groups were identified in several levels and constituted accordingly. - In order to aid the proper decision process of policy making, the literature survey on domestic and international policies related and state of the art of technology developm ent w as m ade and us ed. - Based on competitive basis, the major fields with feasibilityand high potential growth were identified from national perspectives. - Public hearing was hold to filter out the proposed strategy and trend of technology development by gathering the public opinion from various groups. - Homepage (http://kistep.hihome.com) was opened and operated to gather free opinion from various sectors since August, 2001. - xi -
Ⅵ. Res ults of the Study F or this purpose, the follow ing s ix concluding remarks w ere made in the present study in terms of each res earch strategy for the major topic and research area. Intelligent Robot Technology for M anufacturing: - Technological development for robot and industrial automation facility necessary for reinforcement of conventional m anufacturing industry - Technological development related to intelligence of robot technology necessary for the automation of precis ion manufacturing proces s es - Technological development related to robot and automation acility f to aid manufacturing new industry for next generation Intelligent Robot Technology for Human: - Development of intelligent robot technology combined with IT supporting m edical care, w elfare, s ervice, entertainment, education, etc. - Development of intelligent robot technology supporting medical care (operation, nurs ing and rehabilitation) and life assistance (intelligent home, building s pace, entertainment & education and intelligent vehicle Nationally Strategic & Special Purpose Intelligent Robot Technology: - D evelopment of intelligent robot technology necessary for national s trategy purpos e in the areas of national defense, space technology, nuclear power plant and agriculture industry - D evelopment of strategic & special purpose intelligent robot (national defens e, space technology, nuclear power plant, anti-dis aster and ocean technology) and indus trially s pecial purpose intelligent robot (agriculture and construction and ship building) C ore Technology for Intelligent Robot: - Improvement of applicability and practicality by developing core technology - xii -
necessary for materializing intelligent robot for various applications - Intelligence technology: vision, hearing, perception (learn ing) and adaptive motion technology - Mechanism & control technology: robot arm & hand, robot legcontrol, real-time S/W Com ponent M anufacturing Technology for Intelligent Robot: - Promotion of applicability and practicality by developing component manufacturing technology necess ary for cons tructing intelligent robot - Actuator: electric motor with high power density or precisi on and micro motor - Sensor: image sensor system, acoustic sensor system, haptic & olfactory s ens or, s peed/acceleration and position sensor - Other parts: open- type controller, gear reducer, bearing, cable, etc. B asic Technology for Intelligent Robot: - B asic technology not included in this initiative because of the ongoing research project for great dem and from other application areas although it is necess ary for development - Communication and networking, micro-machining (MEMS), power supply (battery), com puter graphics and contents, bio- measuring ins trument VI. E x pected E ffect and Applications - Possible nationwide strategic industrialization for next generation by preoccupying a new market of intelligent robot similar to the present market size of semiconductor at 2010. - Successful promotion of supply system and manufacturing technology for the form ation of new emerging industry advanced technology oriented such as NT, BT, IT, etc. - Promotion of advanced technology s uch as artificial intelligence, M EM S, sens or, new materials, nano- technology, information technology, and etc - xiii -
and setting up new future of conventional technology such as m echanical engineering, electrical engineering, electronics, control, s ys tem engineering, etc. - Possibility of solving various emerging socio-economic problems such as labor, welfare for senior citiz ens, s ocial welfare, and etc due to low birth rate and aging - Establishment of ground stone for promoting research and deve lopment desire from researchers, professors, and students in related areas and providing developing technologies to the overall indus try sectors - xiv -
TAB L E OF C ONTE NTS C hapter 1. Introduction 1 1.1 Background and Object i v e 1 1.2 Necessity of the Study 4 1.3 Research Methodology 6 Chapter 2. State- of- the-art and Pros pects of Intelligent Robot Technology 10 2. 1 Strategic Policy and Current Status of International Int elligent Robot Technology 10 2. 2 D o m e s t i c S t a t u s a n d A s s e s m e n t o f T e c h n o l o g y L e v e l 1 4 2. 3 D ivis ional State-of- the-art- of Intelligent Robot Technolo g y 1 8 2.3.1 Practically Applied Technology Area 1 8 2.3.1.1 Industrial Automation 1 8 2.3.1.2 Service to Human 3 2 2.3.1.3 Intelligent System Integrated with Information Technology 9 2 2.3.1.4 Connection to Nano & Bio world 1 6 7 2.3.2 Core Technology Area 2 2 3 2.3.2.1 Mechanism & Control 2 2 3 2.3.2.2 Components Manufacturing 2 3 8 2.3.2.3 Artificial Intelligence 2 8 6 2.3.2.4 Human Interface 2 9 5 2.3.2.5 System 3 1 0 C hapter 3. Intermediate and Long Term Vis ion and Objective 3 3 1 - xv -
3.1 Vis ion and O bjective of N ational Initiative for D e v e l o p m e n t o f I n t e l l i g e n t R o b o t T e c h n o l o g y 3 3 1 3. 2 Strategic Planning for Priority Topics 3 3 2 C hapter 4. Strategic Plan and Objective for E ach Topic 3 3 5 4. 1 Intelligent Robot Technology for M anufacturing 3 3 5 4. 2 Intelligent Robot Technology for H uman 3 3 8 4. 3 Nationally Strategic & Special Purpos e Intelligent Robot Technology 3 4 3 4. 4 C o r e T e c h n o l o g y f o r I n t e l l i g e n t R o b o t 3 4 9 4. 5 Component M anufacturing Technology for Intelligent Robot 3 5 2 4. 6 B a s i c T e c h n o l o g y f o r I n t e l l i g e n t R o b o t 3 5 4 C hapter 5. Res earch H ierarchy and G overnm ental Role 3 5 6 5. 1 Research Hierarchy 3 5 6 5.2 Role for each Ministry rel a t e d 3 5 7 C hapter 6. References 3 5 8 Appendix 1. An Expert List participated in the present Planning 367 Appendix 2. Summary of Public Hearing on the basic Plan proposed for the national initiative for intelligent Robot Technology 3 7 1 Appendix 3. The Status of Projects supported by Governmental funding related to intelligent robot technology 431 - xvi -
목 차 1. 서 론 1 1. 1 추 진 배 경 및 목 표 1 1. 2 기술개발의 필요성 4 1. 3 연구기획 추진구성 6 1.3.1 연구기획 구성 7 1.3.2 기획위원회 구성 8 1.3.3 기획 일정 9 2. 지능로봇기술 현 황 및 전 망 10 2. 1 주 요 선진국의 육성정책 및 기술동향 1 0 2. 2 국내 현황 및 기술수준 분석 1 4 2.3 분야별 지능로봇기술 동향 및 기술분석 1 8 2.3.1 응용 실용화 기술분야 1 8 2.3.1.1 공장자동화용 1 8 2.3.1.2 인간지원용 3 2 2.3.1.3 IT와 결합된 지능시스템용 9 2 2.3.1.4 NT, BT와의 연계용 1 6 7 2.3.2 원천기술분야 2 2 3 2.3.2.1 기구 및 제어 2 2 3 2.3.2.2 요소부품 2 3 8 2.3.2.3 인공지능 2 8 6 2.3.2.4 휴먼인터페이스 2 9 5 2.3.2.5 시스템 3 1 0 3. 중 장기 발전 비 전 및 목표 3 3 1 3. 1 국가 지능로봇기술개발 비전 및 목표 3 3 1 3.2 중점 과제별 추진전략 311 - xvii -
4. 과제별 추 진 계획 및 목표 332 4. 1 생 산지원 지능로봇기술 335 4. 2 인 간지원 지능로봇기술 335 4. 3 국가 전략적 특수지능로봇기술 3 3 8 4. 4 지능로봇 공통핵심기술 343 4. 5 지능로봇 요소부품기술 349 4. 6 지능로봇 기반기술 3 5 2 5. 추 진 체 계 및 부처별 역 할 분 담 356 5.1 추진체계 3 5 6 5. 2 부 처 별 역 할 분 담 3 5 7 6. 참 고 문헌 3 5 8 [ 부록 1 ] 지능로봇기술분야별 전문가 명단 3 6 7 [ 부록 2 ] 국가 지능로봇기술 발전 기본계획(안) 수립을 위한 공청회 요약 3 7 1 [ 부록 3 ] 정부 부처별 지능로봇기술관련 과제 현 황 4 3 1 - xviii -
표 목 차 <표 1> 일본 비제조업 산업용 로봇 수요금 액 예 측 2 < 표 2 > 지능로봇기술 계통도 4 < 표 3 > 일본 로봇 산업의 수요예측 1 3 < 표 4 > 국내 연구원, 대학 중심의 비산업용 로봇 연구 현황 16 <표 5> 반도체 관련 설비투자비 현황 1 9 < 표 6 > 로봇관련 산업의 국내시장규모 현황 2 0 <표 7> 자동화 공장과 주 문형 제작 로봇기술의 SWOT 분 석 2 0 < 표 8 > 연구과제 수에 의한 분야별 로봇화 기대도 2 3 <표 9> 바이오 농업의 범위와 규모 2 5 <표 10> 일본 건설관련 기업에 의해 개발된 건설작업로봇의 예 2 9 < 표 1 1 > 의 료 및 복 지용 로봇기술 SWOT분 석 4 4 <표 12> 향후 20년 내에 예상되는 Personal / Entertainment Robot 개발 5 1 <표 13> 현재 실용되고 있는 Entertainment & Personal Robot 분류 55 < 표 14> Personal Robot관련 핵심기술 구분 5 6 < 표 1 5 > 우 주 로봇 기술개발의 SWOT 분 석 6 1 < 표 1 6 > 수중 로봇 기술개발의 SWOT 분 석 6 8 < 표 1 7 > 방재 로봇 기술개발의 SWOT 분 석 7 5 < 표 18 > 원자력 로봇기술 분야별 구분 7 8 < 표 1 9 > 원자 력 로봇 기술개발의 SWOT 분 석 8 3 < 표 20 > 선진 5개국 국방 관련 연구 개발동 향 8 7 < 표 2 1 > 국방로봇 기술개발의 SWOT 분 석 8 9 <표 22> 미들웨이 기술개발 현황 9 8 < 표 23> Intelligent Embedded Robot 필수기술 구분 9 9 < 표 24 > Intelligent Robotic B uilding 기술개발의 개념 및 특 성 개요 105 <표 25> Local Area Network (LAN) 시스템 개요 1 0 6 <표 26> 시각인지 기술구분 1 0 9 < 표 2 7 > 센 싱 기 술 구 분 1 1 0 <표 28> 국내 인터넷 정보가전 관련기술 수준 1 2 2 < 표 2 9 > S I 시 장 성 장 전 망 1 2 6 <표 30> 정보 단말 국내 시장 규모 1 2 9 - xix -
<표 31> 국내 미들웨어 시장 규모 1 2 9 < 표 3 2 > 국 내 정 보 가 전 용 실 시 간 O S 의 시 장 규 모 1 3 0 < 표 3 3 > I n t e l l i g e n t A u t o n o m o u s R o b o t 의 시 장 규 모 1 3 0 <표 34> 첨단정보빌딩 설치 1 3 4 <표 35> 첨단정보 빌딩의 정보통신 부분 투자규모 1 3 5 < 표 36 > 물류 및 정보 중심 국가로의 전략적 마래를 보는 관점 1 3 9 < 표 3 7 > 지 능 차 량 로 봇 의 분 류 1 4 5 < 표 3 8 > Intelligent Trans portation 로봇기술로서 기술적인 개발이 필요한 분야 1 4 6 < 표 39 > 선진국의 주요 지능형 기계관련 대 형 프 로젝 트 1 4 8 <표 40> 공작기계 요소기술별 기술력 수준 의 비 교 1 5 5 <표 41> 선진국과의 대형 무인 운반차량 기술수준 비 교 1 5 9 <표 42> 선진국과의 지능형 교통시스템 기술수준 비 교 1 6 0 <표 43> 지능형 교통시스템 (ITS) 개발과제 현 황 16 1 <표 44> 노령인구 증가 추이 1 6 9 <표 45> 2000년도 전국 장애인 추정수 1 7 0 <표 46> 주요 선진국의 장애인 출현율 1 7 1 <표 47> 장애유형별 장애원인 1 7 1 < 표 4 8 > 나노/마이크로로봇연구를 위한 필요기술 및 개발 가능한 제품 및 부산물 개요 (1) 1 8 1 < 표 4 9 > 나노/마이크로로봇연구를 위한 필요기술 및 개발 가능한 제품 및 부산물 개요 (2) 1 8 2 <표 50> 세계 신소재 수요동향 및 전망 1 8 9 <표 51> 국내 신소재 수요동향 및 전망 1 9 0 < 표 52> Biomedical 응용 로봇개발의 장애 요인 및 극복 방안 1 9 1 <표 53> 환경응용 분야의 장애 요인 및 극복 방안 1 9 2 <표 54> 나노로보틱스 분야의 장애 요인 및 극복 방안 1 9 3 < 표 5 5 > 분 석 T o o l 시 장 과 L a b o n a C h i p 의 I m p a c t 1 9 7 <표 56> plate의 소형화로 가능한 reagent 의 cost dow n 19 9 <표 57> 의료계 의료기기 시장의 규모 2 1 1 <표 58> 국내 소형모터 종류별 생산현황 2 1 1 < 표 5 9 > 국 내 센 서 수 급 총 계 2 1 2 <표 60> 국내 센서응용 총계 2 1 2 < 표 61> M echanism Technology 구분 (1 ) 2 2 3 < 표 62> M echanism Technology 구분 (2 ) 2 2 4 - xx -
< 표 63> M echanism 기술 연구개발 목표 및 내용 2 3 0 <표 64> 로봇 제어분야 분류 (1) 2 3 4 <표 65> 로봇 제어분야 분류 (2) 2 3 4 <표 66> 국산화 및 고정도화가 요구되는 기존 센서류 구분 2 3 8 < 표 6 7 > 국 내 센 서 수 급 현 황 2 4 4 < 표 68> 주요 wireles s communicatio n 기 술 2 5 6 <표 69> 국내외의 선형전동기 시장 규모 2 6 3 < 표 7 0 > Ultras onic m otor 특 성 2 6 5 <표 71> 초전도 모터 개발 2 6 8 <표 72> 소니사의 AIBO 로봇 관절용 모터 사양 2 7 1 <표 73> 삼성전자의 관절용 모터 사양 2 7 2 < 표 7 4 > M a x o n 사 의 관 절 용 모 터 사 양 2 7 2 <표 75> 산업용과 비산업용 로봇의 분류 2 9 6 < 표 7 6 > 일 본 로 봇 산 업 의 수 요 예 측 2 9 6 < 표 77> Human- Robot Interface 기술계통도 2 9 8 < 표 7 8 > M a r k e t 별 H u m a n - R o b o t I n t e r f a c e 분 야 소 요 기 술 2 9 9 <표 79> 선진권과의 HRI 기술수준 비교 3 0 7 < 표 8 0 > R e a l - t i m e p r o c e s s i n g 기 술 계 통 도 ( T e c h n o l o g y T r e e ) 3 1 2 < 표 8 1 > S y s t e m I n t e g r a t i o n 기 술 계 통 도 ( T e c h n o l o g y T r e e ) 3 1 6 < 표 82 > 국외 로봇관련 규격 (AFNOR) 3 2 1 < 표 8 3 > 국외 로봇관련 규 격 (ASTM ) 3 2 2 < 표 84> 국외 로봇관련 규격 (ANSI) 3 2 2 < 표 85 > 국외 로봇관련 규격 (CEN) 3 2 3 < 표 8 6 > 국외 로봇관련 규 격 (B SI) 3 2 4 < 표 87> 국외 로봇관련 규격 (D IN) 3 2 5 < 표 88> 국외 로봇관련 규격 (D IN) 3 2 6 < 표 8 9 > 국외 로봇관련 규 격 (ISO) 3 2 7 < 표 90> 국내 로봇관련 KS 규격 3 2 8 < 표 9 1 > 단 계 별 인 력 양 성 목 표 3 3 3 < 표 9 2 > 생 산 지원 지능로봇기술 개발의 SWOT 분 석 3 3 7 < 표 9 3 > 인 간 지원 지능로봇기술 개발의 SWOT 분 석 3 4 1 < 표 9 4 > 국가 전 략 적 특 수지능로봇기술 개발의 SWOT 분 석 3 4 7 < 표 95 > 지능로봇 공통핵심기술 개발의 SWOT 분석 3 5 1 < 표 9 6 > 지능로봇 요소 부품 기술 개발의 SWOT 분 석 3 5 3 < 표 9 7 > 정 부 부 처 별 역 할 분 담 3 5 7 - xxi -
그 림 목 차 < 그 림 1 > 산업로봇 기술 구조도 2 1 < 그 림 2 > 산업 용 로봇 기술개발 TRM 22 <그림 3> 바이오 농업과 Robotic Technology 2 4 <그림 4> 오이 수확작업 로봇 (일본) 2 6 <그림 5> 토마토 수확작업 로봇 (일본) 2 6 <그림 6> GPS 항법장치를 이용한 트랙터 (미국) 2 7 <그림 7> 자율운행 트랙터 (농촌기계화연구소) 2 7 <그림 8> 원격조정 트랙터 (농촌기계화연구소) 2 7 < 그 림 9 > 판 넬 부착 로봇 (일 본: K OM ATSU 社 ) 3 0 < 그 림 1 0 > S P R A Y 건 설 로 봇 ( 일 본 : T O K Y U 社 ) 3 0 <그림 11> 인테리어 로봇 (일본: TOKYU 社 ) 3 0 <그림 12> 터널링 건설로봇 (일본: FUSITA 社 ) 3 0 <그림 13> 농업 (바이오) 및 건설 로봇 기술개발 TRM 3 1 <그림 14> 전자의료기기의 세계시장 추이 3 8 <그림 15> 로봇 산업의 세계시장 추이 3 9 <그림 16> 의료 및 복지 로봇 시장규모 예측 4 0 < 그 림 17 > 외과수술용 로봇 (미국: 다빈치) 41 < 그 림 1 8 > E n d o s c o p i c S u r g e r y T r a i n e r ( 독 일 ) 4 1 <그림 19> 미세수술용 원격제어 로보트 시스템 (KAIST) 4 3 <그림 20> 고관절 전치환 수술로봇 (K AIST) 4 3 < 그 림 2 1 > 의 료 및 복 지용 로봇기술개발 TRM 4 5 < 그 림 2 2 > 로 봇 시 장 의 성 장 추 이 4 7 < 그림 23> Personal Robot M arket Expectation 5 3 <그림 24> 소저너의 화성탐사 모습 5 9 < 그 림 2 5 > 로 봇 뱀 5 9 < 그 림 2 6 > 캐 나 담 2 6 1 < 그 림 2 7 > 우 주 로봇 기술개발 TRM 6 4 < 그 림 2 8 > 수중 로봇 기술개발 TRM 7 2 < 그 림 2 9 > 방재 로봇 기술개발 TRM 7 7 < 그 림 3 0 > 증 기 발 생 기 조 작 기 8 0 - xxii -
<그림 31> 원전 이동형 로봇 8 0 < 그림 32> 원자력 로봇 기술개발의 TRM 8 6 <그림 33> 미래전투시스템 8 8 <그림 34> 미래전투시스템 설계개념 8 8 < 그림 35> 국방 로봇 기술개발의 TRM 88 < 그림 36> Intelligent Robotic H ome 기술개발 필요성 9 1 < 그 림 37 > Intelligent Robotic B uilding 기술 개발 목적 및 필요성 9 4 < 그림 38> Intelligent Robotic H ome에서의 Network Service Agent 개요 96 < 그 림 39 > Intelligent Robotic H ome 기술개발 TRM (Network Service Agen t ) 1 0 3 < 그 림 4 0 > Intelligent Robotic Home 기술개발 TRM (Embedded Robot) 1 0 3 < 그 림 4 1 > Intelligent Robotic Home 기술개발 TRM (Autonomous Robot) 1 0 4 < 그 림 4 2 > Intelligent Robotic Home 기술개발 TRM (공통 핵 심 기술) 1 0 4 <그림 43> LAN(Local Area Network)시스템 분류 1 0 6 <그림 44> 통합배선 시스템 개요 1 0 7 <그림 45> 정보통신 시스템 개요 1 0 8 < 그림 46> Intelligent Robotic B uilding 기술개발 TRM (Network Service Agen t ) 1 1 1 < 그림 47> Intelligent Robotic B uilding 기술개발 TRM (Embedded Robot) 1 1 1 < 그림 48> Intelligent Robotic B uilding 기술개발 TRM ( A u t o n o m o u s R o b o t ) 1 1 2 < 그림 49> Intelligent Robotic B uilding 기술개발 TRM (공통 핵 심 기술) 1 1 2 < 그 림 5 0 > I B S 수 요 1 3 5 < 그 림 51 > 주요 국가간 정보화수준의 비교 136 <그림 52> 물류 시장의 성장 예측 1 4 0 <그림 53> 물류 시스템의 기술발전 단계 및 경 향 1 4 1 < 그 림 5 4 > Intelligent Trans portation의 시 장증 가 추 이 1 4 2 <그림 55> 지능화 생산시스템의 개념도 1 4 3 < 그 림 56 > 지능화 공작기계의 구성 개념도 1 4 3 <그림 57> 물류시스템에 지능로봇 개념 도입 144 < 그 림 5 8 > Intelligent Trans portati o n 요 소 1 4 6 <그림 59> 생산자동화 기술의 세대진보 1 4 7 <그림 60> NIIIP 프로젝트의 개념 및 구성도 1 4 9 - xxiii -
< 그 림 6 1 > 초코렛 칩 혼합 드럼 리프트 지그 탑재형 무인 운반 차량 (Netherlands, Egemin BV) 1 5 0 <그림 62> 300Kg 섬유 롤 측면 적재용 무인 운반 차량 ( S p a i n, P u i g C o d i n a ) 1 5 0 < 그 림 6 3 > E C T 항 만 적 용 사 례 1 5 1 < 그 림 64 > 국내기업이 필요로 하는 메카트로닉스 요소기술 1 5 4 <그림 65> 공장 물류 이동용 무인 운반차량 (300Kg 이하) 1 5 6 <그림 66> 공장 물류 이동용 무인 운반 차량 (500Kg 이하) 1 5 6 <그림 67> 공장 물류 이동용 무인 운반차량 (2~5톤 이하) 1 5 6 <그림 68> 공장용 무인 운반 차량 (5톤 이하) 1 5 6 < 그 림 6 9 > 무인 운반 차량 (금성자동화 社 ) (1) 1 5 7 < 그 림 7 0 > 무인 운반 차량 (금성자동화 社 ) (2) 1 5 7 <그림 71> 무인 운반 차량 (신흥기계 社 ) 1 5 8 <그림 72> 메카트로닉스의 융합화 과정 1 6 2 <그림 73> NC공작기계의 발전 추이 1 6 2 <그림 74> 지능화 가공 시스템 기술의 발전 동향 1 6 3 < 그 림 7 5 > 지능형 기계 기술개발 TRM 1 6 4 < 그 림 7 6 > 지능형 차 량 로봇 기술개발 TRM 1 6 5 <그림 77> 지능형 교통시스템 기술개발 TRM 1 6 6 <그림 78> 지능형 교통 시스템 공통핵심기술개발 TRM 1 6 6 <그림 79> Caltech Micromachining 1 7 6 < 그 림 8 0 > A e r o V i r o n m e n t I n c 의 B l a c k W i d o w 1 7 6 <그림 81> Vanderbilt Center for Intelligent M echatronics의 F l y i n g R o b o t i c I n s e c t 1 7 7 < 그 림 8 2 > L o c k h e e d M a r t i n 의 M i c r o S T A R 1 7 7 <그림 83> MicroFish-Guo (Kagawa U n i v. ) 1 7 8 < 그 림 8 4 > K o r e a n A i r 의 K A I T 1 8 0 <그림 85> 마이크로/나노 로봇 기술의 연구 개발 1 8 3 <그림 86> 마이크로 및 나노로봇기술개발 (B iom edical 응용분야) TRM 185 <그림 87> 마이크로 및 나노로봇기술개발 (환 경 응용분야) TRM 187 <그림 88> 마이크로 및 나노로봇기술개발 (나 노 로보틱스 분야) TRM 1 8 8 <그림 89> Post-Genomic 시대의 Paradigm Shift 1 9 5 <그림 90> High-throughput s c r e e n i n g 1 9 6 < 그 림 9 1 > H i g h T h r o u g h p u t S y s t e m ( H T S ) 의 개 념 도 1 9 6 - xxiv -
< 그 림 9 2 > B i o a u t o m a t i o n 기 술 의 R o a d m a p 1 9 9 < 그 림 9 3 > B e c k m a n C o u l t e r 사 의 H T S 시 스 템 2 0 0 <그림 94> Qiagen의 BioRobot 9600 2 0 0 <그림 95> 생체 신호를 이용한 인공의수 로봇 시스템의 개념 203 <그림 96> 생체신호를 이용한 로봇 시스템의 기술 구성도 2 0 4 <그림 97> 생체신호 정량화 및 처리기술 정의 2 0 5 < 그 림 9 8 > U h t a A r m 2 0 7 < 그 림 9 9 > P O S T E C H B I R O - I I 2 0 7 <그림 100> Bionic Arm 2 0 7 <그림 101> 반자동 의수 2 0 7 <그림 102> 의족 착용 모습 2 0 8 <그림 103> Legged Wheel Chair 2 0 8 <그림 104> 인체형 로봇시스템의 관련산업 연계도 2 0 9 <그림 105> 생체신호를 이용한 로봇시스템의 기술연계도 2 0 9 <그림 106> 사이보그 기술개발 TRM 2 1 5 <그림 107> 산업용 로봇 Mechanism 기술개발 TRM 2 3 1 <그림 108> 비산업용 로봇 Mechanism 기술개발 TRM 2 3 1 <그림 109> 제어 기술개발 TRM (1 ) 2 3 5 <그림 110> 제어 기술개발 TRM (2 ) 2 3 6 <그림 111> 제어 기술개발 TRM (3 ) 2 3 6 <그림 112> 제어 기술개발 TRM (4 ) 2 3 7 <그림 113> 제어 기술개발 TRM (5 ) 2 3 7 <그림 114> 시각센서 기술비교 2 4 6 <그림 115> 세계 센서 기술 비교 2 4 9 <그림 116> 세계 압력센서 주 소비 시장 분포도 2 4 9 <그림 117> Human-like sensor system 기술개발 TRM 2 5 3 <그림 118> 피코넷과 스캐터넷 2 5 8 <그림 119> Sensor Fusion Technology TRM 2 6 1 <그림 120> 초음파 모터 제작에 필요한 기술 26 6 <그림 121> 2중 air-gap 고토오크밀도 모터의 개략적인 구조 2 7 3 <그림 122> Linear Synchronous, Ultrasonic, Superconducting, 고 토오크밀도 motor 기술개발 TRM 2 7 3 <그림 123> 로봇을 이용한 자동 조립을 위한 요소기술 2 7 6 - xxv -
<그림 124> Aerial Robot/초소형 부품 조작로봇/ Smart Actuator 기술개발 TRM 2 8 4 <그림 125> Intelligence Technology 기술 개요 2 8 7 <그림 126> Human-like Active Vision 기술개발 TRM 2 9 2 <그림 127> Human Interaction 기술개발 TRM 2 9 3 <그림 128> 서비스 로봇 기술개발 TRM 2 9 3 <그림 129> 퍼스널 로봇 기술개발 TRM 2 9 4 <그림 130> Intelligent Machines, Vehicle & Transportation Systems 기술개발 TRM 2 9 4 <그림 131> Industrial Robot 기술개발 TRM 2 7 5 <그림 132> HRI에서의 MMS 기술개발 TRM 2 9 5 <그림 133> HRI에서의 Programming 기술개발 TRM 3 0 0 <그림 134> PER-Force 6축 hand controller 3 0 0 <그림 135> Mitsui Engineering사의 FF JOYARM 3 0 2 <그림 136> Sensable Inc. PHANTOM 3 0 3 <그림 137> Haptic Technologies PenXAT/PRO 3 0 3 <그림 138> Sony AIBO Robot 3 0 4 <그림 139> MIT AI LAB - Kismet Robot 3 0 4 <그림 140> Real-time processing 기술개발 TRM 3 1 3 <그림 141> System Integration (로봇 시스템 표준화 및 모듈화) 기술개발 TRM 3 1 9 <그림 142> System Integration (로봇 시스템 평가) 기술개발 TRM 3 3 8 <그림 143> 생산 지원 지능로봇기술개발 TRM 3 4 2 <그림 144> 인간 지원 지능로봇기술개발 TRM 3 4 8 <그림 145> 국가 전략적 특수 지능로봇기술개발 (국방용 ) TRM 35 4 <그림 146> 국가 지능로봇기술개발 (응용 및 실용화 분야) 종합 TRM 355 <그림 147> 국가 지능로봇기술개발 (공통핵심 및 요소부품 분야) 종 합 T R M 3 5 5 <그림 148> 범부처적 연구개발 사업 추진 3 5 6 - xxvi -
1. 서 론 1. 1 추 진 배 경 및 목표 추 진 배 경 International F ederation of Robotics (IF R) 세 계 로봇보고서 2000[1]의 통계 를 기준으로 보면 1999년 기준으로 전 세계에 공급된 산업용 로봇은 종류를 불문하고 약 81,500대로 추정되며 1998년 보다 약 15% 정도 상승하였다. 1999 년 기준으로 산업용로봇의 시장규모는 51억$ (약 6조 1천200억원), 산업용 로 봇 보유량은 약 742,500대로 추정하고 있다. 이중 일본의 보유량은 402,212대로 전체의 약 54%를 차지하고 있고 우리나라는 약 33,600대로 전체의 4.5% 정도 를 보유하고 있다. 1980년부터 1990년까지 10년간의 일본의 산업용 로봇 출하 량은 7배 정도 확대되었으나 1991년 사상 최고의 출하량을 기록한 이후 점차 감소하고 있다. 일본의 산업용 로봇 시장은 이미 포화 상태로 1997년을 정점으 로 점 차 보 유 대 수가 줄 어 들고 있으며2003년의 예측도 385,000대 정도로 1999년 보다 4% 이상 감소 할 것으로 예측되고 있다. 또 한, 로봇의 국내외 시장이나 기술수준을 논하기에 앞 서 로봇을 보 는 시각 을 새롭게 할 필요가 있다. 구체화된 통계자료로 비교 분석이 가능한 로봇은 주로 산업용에 국한되어 있다. 이는 대기업이 주도하는 제조업 중심의 국내 산 업 구조에 따라 로봇의 최대 수요처인 기업의 취향에 맞추어 자연스럽게 산업 용 로봇에 집중된 연구 개발 투자가 이루어져온 결과로 볼 수 있다. 그러나 제 조업의 퇴조와 함께 IT, BT, NT 등 미래 첨단산업의 부상과 취미, 오락, 복지 등 비 산업 분야의 기술수요가 급증하면서 로봇의 수요도 산업 현 장을 벗어나 사람과 동일한 공간에서 사용될 수 있는 다양한 분야로 확산되고 있는 추세이 다. 즉, 산업용 로봇은 여러 가지 로봇분야의 한 분야에 불과하다는 시각이 대 두되고 있으며 이에 따른 기술적 체계를 새 로이 구축 하려 는 움직임을 보이고 있다. 비 산업용 로봇 분야에서 다양한 기술수준을 요구하고 이 에 부응 하는 기술 개발이 산업용로봇의 기술에 응용되어 생산성과 효율의 상승을 가져오는 이차 적인 효과가 부각되고 있다. 그러한 기술변화의 과도기에 해당하는 2005년까지 비 제조업 로봇 분야에 대한 예측으로 일본에서는 표 1을 제시하고 있다. 이상 과 같이 기존 산업용 시장이 한계를 보이고 자동차 산업이 세계적으로 치열한 경쟁단계에 접어들면서 전기전자공학, IT, BT 및 기계공학의 총 화 로 이루어지 - 1 -
는 차세대 기간산업으로 사람과 공존하면서 자연스러운 상호작용이 가능한 지 능로봇에 대한 연구가 전 세계적으로 추진되고 있다. <표 1> 일본 비제조업 산업용 로봇 수요금액 예측 (단위: 억엔) 구 분 2000년 2005년 하한치 상한치 평균치 하한치 상한치 평균치 농업 축산업 83.0 85.4 84.2 287.2 316.4 301.8 임업 5.7 6.3 6.0 8.6 13.8 11.2 수산업 59.3 60.4 59.9 132.6 161.3 147.0 해양개발 104.7 118.9 111.8 193.4 257.2 225.3 건축 152.3 152.7 152.5 299.8 307.0 303.4 토목 389.5 396.1 392.8 756.0 835.6 795.8 광업 7.7 11.6 9.6 16.1 37.0 26.6 운수 창고 268.5 270.0 269.3 662.6 674.2 668.4 상업 유통 58.5 58.6 58.5 170.0 170.3 170.1 가스 42.6 42.9 42.7 113.6 117.7 115.6 상하수도 47.7 48.9 48.3 131.6 139.3 135.4 전력(화 수력 송전) 41.6 47.0 44.3 89.0 114.2 101.6 원자력 350.6 399.0 374.8 551.5 783.2 667.4 통신 102.1 102.7 102.4 184.7 189.2 187.0 우주 0.0 50.8 25.4 0.0 145.1 72.5 의료 복지 159.4 164.8 162.1 386.4 461.5 423.9 쓰레기처리 청소 77.8 77.8 77.8 282.7 282.7 282.7 소방 방재 29.0 33.0 31.0 82.0 110.0 96.0 교육 9.4 9.7 9.5 68.2 72.9 70.5 연구개발 28.6 29.4 29.0 79.1 84.3 81.7 서비스 164.4 178.4 171.4 464.2 554.1 509.1 합계 2,182 2,344 2,263 4,959 5,827 5,393 자료:일본로봇 공업 협회, 일본산업현황과 전망 1997[2] 서비스 로봇의 경우, 가정용 로봇을 근간으로 1~2년 사이 상용화의 가능성 이 매우 높아지면서, 산업자원부에서 퍼스널 로봇 기술개발 이라는 차세대신 기술사업을 출범시켜 기업체와 연구소 및 학교의 연구 역량을 모으고 있다. 1999년 일본 소니 (Sony)사의 애완용 로봇 AIBO가 세계 최초로 시장에 출시 되어 인기를 독점하면서, 비 산업용 퍼스널 로봇시장의 가능성이 확인되었다. - 2 -
그 이후, AIBO뿐만 아니라 다양한 애완용 로봇이 경쟁적으로 출시되면서 일본 의 경우 이미 애완용 로봇 위주로 2000년 현재 약 1,000억원 규모의 퍼스널 로 봇시장이 형성되었다. 특히, 일본과 같이 선진국들은 노령화 사회로 접어들면 서 이러한 애완용 로봇, 가사보조 서비스 로봇의 수요가 크 게 증 가하고 있 으 며, 일본에서 조사된 통계자료에 의하면 일본의 비 산업용 퍼스널로봇의 시장 규모는 2010년에 약 9,000억원 정도가 될 것으로 보고되고 있다. 이상과 같은 상황에서 지능로봇공학기술은 첨 단 요소 기술의 발전 을 견 인 하 면서 타 분야로의 기술확산을 통해 전통 산업의 국제경쟁력 강화에 직접 기여 하므로 본 기획사업을 국가적 차원에서 추진되는 것이 바람직하다고 판단된다. 목 표 20세기 후반의 개인용 컴퓨터와 인터넷의 발명은 사회 및 개인의 생활을 혁 명적으로 변화시켰고 계속되는 정보기술 (IT)의 발전은 생명공학, 나노과학 등 부품, 소재, 기초기술 개발을 목표로 하는 돌파형 기술혁명 (breakthrough innovation)과 요소기술을 활용한 새로운 시스템을 탄생시키는 융합적 기술혁 명 (fusion innovation)을 동시다발적으로 일으키는 기폭제 역할을 하고 있다. 이러한 기술혁명은 현재의 글로벌리즘 (globalism)을 기반으로 하는 정보화사 회에서 삶의 질 향상, 무병장수 및 인간본연의 창조활동을 기반으로 하는 미래 의 인간중심사회로의 변화를 예고하고 있다. 21세기의 인간중심사회에서, 돌파 형 기술혁명결과를 융합한 새로운 시스템으로서 개인의 삶을 혁신적으로 변화 시킬 도구는 인간과 같이 생활하며 인간의 기능을 대신하거나 오히려 인간기 능을 능가하여 인간에게 새로운 삶을 누릴 수 있도록 하는 지능형 로봇시스템 이라 할 수 있다. 인간기능을 갖는 지능로봇시스템이란 인간과 상호작용하면서 현실공간을 공 유하고 인간의 기능을 대신할 수 있는 여러 형태의 로봇시스템으로서, 현재의 반도체기술, 전자기술 및 정보통신 기술의 성과를 계승하고 인공지능기술, 뇌공 학기술, 초소형 기계전자기술, 생체공학기술 (BT) 및 나노기술 (NT) 등 혁신적 인 신기술을 접목하여 21세기 인류 삶의 혁명적 변화를 야기하며 고도 생산력 수준을 대표하는 도구라 할 수 있다 (표 2 참조). 또한 2020년경 우리사회는 민 족의 통일과 한반도 경제시대 본격화, 노령인구의 급격한 증가 및 노령사회 (총 인구의 21% 이상)로의 진입, 고도지식정보사회의 심화발전이 예상된다. 따라서 고령화 증대, 출생률 저하, 생산성 경쟁 격화, 공공서비스 확충에 의 한 삶의 질 향상 그리고 향후 전개될 정보화 기반 사회에 있어서의 지능로봇 - 3 -
의 역할 등 미래사회변화 예측을 전제로 미래기술 수요와 지능로봇이 사회에 미칠 영향 및 기술적 경제적 파급효과를 분석한 후 종합육성정책방안으로 국 가 로봇공학육성 기본계획 (2002~2011)의 마련을 궁극적 목표로 한다. < 표 2 > 지능로봇기술 계통도 관련기술 지능기술 (IT+ B T+ 뇌공학) 인공시각 인공청각 인지추론 (감성공학) 산업 지원로봇 (전통산업의 지능화, 신산업생산 로봇 등) 적응행동 휴먼인터페이스 등 지능 로봇 기술 기구 제어 기술 관련기술 로봇팔 손 로봇다리 적응제어 인간지원로봇 (의료 복지, 생활 지원, 가사, 교육 로봇 등) 실시간 SW 등 부품 기술 (기계+ IT MEMS/NT) 관련기술 센서 구동 기 제어 기 등 국가전략로봇 (국방, 우주, 원자력, 방재, 해양, 농업, 건설 로봇) 1. 2 기술개발의 필요성 기술적 측 면 2 1 세 기에 는 기술융 합 가속 화 에 따 른 새 로운 제품 과 산업 등 장 예상 지능로봇기술은 기계, 전자, 정보, 생물, 의공학 등 다양한 기술분야의 융합과 결합 으로 탄생할, 21세기를 대표하는 첨단시스템이자 미래산업이다. 21세기에는 기초과 학 성과를 토대로 새로운 시장을 개척하는 돌파형 혁신 (Breakthrough innovation)'과 서 로 다 른 과학기술의 융합을 통한 융합혁신 (Fusion innovation)'이 특징이다. 또한 미국의 세계미래학회 (World Future Society: WFS) 산하의 George Washington University Forecast는 21세기 첫 10년간 인류의 생활을 획기적으로 변화시킬 1 0대 기술 가운 데 하나 로 지능로봇 (smart robot)을 선 정 하였 다. - 4 -
지능형 로봇 시스템은 첨단 요소기술의 발전을 견인하면서 타 분야로의 기 술확산을 통해 전자, 자동화 등 연관 산업의 국제경쟁력 강화에 직접 기여 지능로봇기술은 시스템제어, 인공지능, 자연어처리, MEMS, 센싱, 신소재, 나 노기술, 정보기술, 감성공학 등 첨단기술의 혁신을 촉진시킬 수 있으며, 개발 된 첨단원천기술을 접목시킨 지능형 자동차, 자동검사장치, 지능형 빌딩, 무 인자동차, 지능형 장난감, 의료용 로봇 등 신제품 개발을 촉진시킬 수 있다. 현 재 의 조 립/ 가공/ 생 산 위 주 의 국내 기술수준 으 로는 변 화 에 의 적응 이 불 가능하기 때문에 새 로운 시 스 템 개발 위 주 (시 스 템 공학, 시 스 템 엔 지니 어 링 중 요성)으 로의 도 약을 이 루 어 야 할 필요성이 절 실 함 시 스 템 공학기술을 확보하지 못하면 우리는 앞으로도 선진국이 개발한 시 스 템을, 이미 적용되는 생산공정이나 기계설비를 수입해서 모방 생산하는 수 준을 벗어나기 어려울 것이다. 어느 한 부분에서라도 우리의 독자 모델을 개발해야 미래사회에서의 기술적 독립 및 선도역할을 할 수 있다. 경 제적 측 면 202 0년경 지능로봇 자체 시장은 자동차산업 규모보다 클 것으로 예상 (일 본, 동경대) 이 에 선 행하여 다양한 지능로봇이 향후 조기 (2005-2008년경)에 시장을 형 성하기 시작할 전망이다. 일본의 혼다(일)사는 향후 자동차산업은 low-tech 산업으로 전락할 것으로 보고 최첨단의 하이테크가 될 로봇기업으로 탈바 꿈하려고 시도하고 있다. 자 동 화 분 야, 기계 전 자 분 야 등 에 미 치 는 경 제적 파 급 효 과 막 대 부품소재산업 육성, 에너지 절약형 경제구조, 중소기업 활성화 등에 적극 기여할 수 있으며, 기반기술 확보와 적극적인 기업화로 부품업체의 체계적 육성과 기술자립형 산업구조 구축이 가능하다. 88~97년간 부품 소재분야 무역적자 규모: 1,300억불대 품목별 수입의존율: 휴대전화(55%), 펜티엄 Ⅲ급 PC(50%), 발전용 가스 터빈(80%), 산업용로봇(80%) 지능로봇기술은 원천 기술 확 보 를 통 한 목표 지향 적 연구개발로 세 계적 경 쟁 력 을 확 보 할 수 있 는 분 야 - 5 -
지금까지의 기술적 성과 (전자, 반도체, 정보분야 등)을 토대로 연계 추진이 가능하고 우리 전략산업의 기술 수준을 한 단 계 끌어올릴 수 있는 핵심고 리이다. 사 회 문화 적 측 면 긍정 적 측 면 저출산 사회와 고령사회/노령사회에서의 노동력 제공과 노인복지서비스 수요 해결의 대안이 될 수 있으며, 가정과 가족, 자녀 등에 관한 전통적 개념 약화 에 따른 나홀로 사회 의 동료로서 사회적 역할을 담당할 수 있을 것이다. 지능로봇과 공존하는 미래사회를 고려한 사회시스템 설계 (로봇이 쉽 게 인 식할 수 있는 신호체계 개발과 사전 구축 등)으로 미래의 사회경제적 비용 을 절감할 수 있다 (예: 무인자동차를 위한 지능형 도로의 설계). 부정 적 측 면 살인 프로그램이 입력된 로봇의 등장 가능성에 따 른 사 회 안전 문제 대 두 인간형 로봇이 육체노동과 서비스, 사무직 업무를 잠식함으로써 고용 문 제 대 두 가능 인간은 기초 생산분야 (농업 등)에서 컴퓨터가 할 수 없는 고도의 고급지 능분야 일만 수행 (양극화)한다는 일부 의견도 있다 1. 3 연구기획 추 진 구성 본 기본계획을 통해 국가적 기본계획을 마련 하기 위 한 의 견 수렴 과정 의 중 요성을 감안하여 본 기획사업에서도 기존의 하향식보다는 상향식 방법을 채택 하였고, 연구분야를 시장성, 상품성 및 실용성을 고려한 응용 실용화 기술분 야 와 공통으로 적용될 핵심기술인 원천기술분야 로 구분하여 추진하였다. 또한 종합적 컨센서스 도출과 효과적인 연구를 위하여 매트릭스 시스템을 도 입 하여 정부 및 산 학 연 관련전문가가 광범위하게 참여케함으로써 객관적 이고 타당성 있는 계획시안을 마련하고자 노력하였다. 결과로 본 기획사업에 참여한 기획위원들의 명단을 부록 1에 첨부하였다. 각 분 과 기획 연구원들 간의 주기적 모임을 통하여 부문별 연구성과를 공유 하였으며, 기획 기간 중, 관련 전문가 및 참여자들의 의견수렴과 홍보를 위해 홈페이지 (http:/ / k istep.hihome. com )을 운 영 하였 다. 본 기획의 주 요정 책 및 기술개발방향 - 6 -
에 대하여 국민 및 각계의 광범위한 의견수렴을 위해 공청회를 개최하였다 (공청회 내용은 부록 2 참조). 또한 종합한 기획 보고서(안)을 한국과학기술기획 평가원 특정연구개발사업 웹사이트 (http://www.kistep.re.kr)에 2주간 (2002. 1. 8~2002. 1.21) 공지하여 관련 전문가 및 참여자들에게 기획 보고서(안)에 대한 의견을 수렴하였다. 1. 3. 1 연구기획 구성 국가지능로봇기술 종 합발전 기획위원회 국가지능로봇기술육성 연구기획 조 사 연구책임자: 임 용 택 기획분과 위원회 위원장: 이 석 한 기술기획 분 과 위 원회 정책 분과 위원회 - 경제,사회, 교육, 노동 시장 영향 연구 - 중요기술확보전략 - 남북기술협력 방안 연구 - 국내전문 인력현황 및 전략적 제휴대상 외국인 력 조사 등 - 과기부와 수요부처 관계 - 산/학/연 협력 방안과 연구소 설치 및 입법 연구 등 - 기술이전 체제연구 - 산업체 참여 방안 연구 등 총 괄 작 업 반 지능로봇기술발전기획위원회 구 성: 위원장 (민간인) 포함 10인 이내로 구성 - 위원에 분과위원장, 총괄작업반장, 관계부처 과장급 공무 원 포 함 기 능: 기획결과 종합조정, 기본계획 (시안) 최종검토 심의 기획분과위원회: 정책 및 기술기획 2개 분 과 구성 운 영 구 성: 분과별 기획특성에 따라 구성 (필요시 작업소위 구성 운영) 기 능: 부문별 기획작업 실시 및 계획시안 작 성 총괄작업반 구 성: 반장 (과기부 기계전자기술과장) 포함 6인으로 구성 - 반원: 과기부/ K ISTEP 실무자 및 기타 기획전문가로 구성 기 능: 행정지원, 기획작업 결과정리 및 최종계획(안) 작성 - 7 -
1. 3. 2 기획위 원회 구성 본 기획사업에 참여한 기획위원들의 명단을 부록 1에 주어진 바와 같고 본 절에서는 전체 기획위원들의 의견수렴에 협조해 준 각분야별 책임자들의 명단 을 아래와 같이 정리하였다. 성명 소속기관 직급 전공 비고 이석한 삼성종합기술원 전무 로보틱스 위원장 산업 계(연) 권동수 한국과학기술원 교수 자 동화 및 제어공학 위원 학계 권욱현 서울대학교 교수 전자공학 학계 권인소 한국과학기술원 교수 로봇공학 학계 김경근 (주)마이크로 로보트 대표이사 전자컴퓨터 산업계 김문상 한국과학기술연구원 책임연구원 로봇공학 출연(연) 김병국 한국과학기술원 교수 제어공학 학계 김병수 (주) 로보 티즈 대표이사 전 기공학 산업계 김병수 (주) 한울로보틱스 대표이사 전자공학 산업계 김성권 한국산업 기술대 학교 교수 기계공학 학계 김승호 한국기계연구원 책임연구원 로봇공학 출연(연) 김태송 한국과학기술연구원 책임연구원 전자공학 출연(연) 김훈모 성균관대 학교 교수 로봇제어 학계 남광희 포항공과대학교 교수 전자공학 학계 박경택 한국기계연구원 책임연구원 시스템기술 출연(연) 박귀태 고려대학교 교수 전자공학 학계 박영제 (주)트라이맥스 대표이사 로봇기술 산업계 박종오 한국과학기술연구원 책임연구원 마이크로 및 나노로봇 출연(연) 변명현 (주) 로보 티어 대표이사 제어공학 산업계 변증남 한국과학기술원 교수 전자공학 학계 서일홍 한양 대학교 교수 자동제어 학계 성학경 (주)삼 성전자 책임연구원 디지털 제어 산업계 신경철 (주 )유진 로보틱 스 대표이사 기계공학 산업계 염영일 포항공과대학교 교수 기계설계 학계 오상록 한국과학기술연구원 책임연구원 전자공학 출연(연) 오세영 포항공과대학교 교수 전자공학 학계 오준호 한국과학기술원 교수 기계공학 학계 윤송이 (주 )맥켄 지코리 아 컨설턴트 전자공학 산업계 윤용산 포항공과대학교 교수 생체역학 및 기계설계 학계 윤지섭 한국기계연구원 책임연구원 기계공학 출연(연) 이경전 한국과학기술원 교수 경영정보공학 학계 이범희 고려대학교 교수 컴퓨터,정보제어공학 학계 이종원 한국과학기술연구원 책임연구원 기계공학 출연(연) 이주장 한국과학기술원 교수 시스템제어 학계 임근배 삼성종합기술원 책임연구원 전자공학 출연(연) 장평훈 한국과학기술원 교수 기계공학 학계 정명진 한국과학기술원 교수 제어공학 학계 조동일 서울대학교 교수 제어시 스템 학계 조영조 (주)아이콘트롤스 대표이사 제어공학 산업계 조형석 한국과학기술원 교수 생산공정제어/자동화 학계 황 헌 성균관대 학교 교수 바이오 메카트로닉스 학계 - 8 -
1. 2. 3 기획일 정 일시 추진내용 비고 2001.2.26 휴먼로봇 종합육성 기획회의 기획연구내용 및 추진내용 토론 2001.3.10 연구기획과제 선정통보 및 연구계획서 제출 요청 인간형로봇공학육성방안 기획연구 2001.3.23 인간형 로봇 1차 기획회의 기획추진 배경설명 및 쟁점사항 논의 2001.4.12 휴먼로봇공학육성방안 검토회의 기획(안) 연구기획(안) 검토 2001.4.28 지능로봇 육성방안 기획검토회의 지능로봇기술관련 전문가 집단 구성 2001.7.5 국가로봇공학육성 전문가회의 기본계획 연구기획사업 추진방안 수립 및 주관기관 변경 2001.7.30 국가 지능로봇공학 육성 기본계획 수립방안 연구기획사업 시작 특정연구개발사업 연구기획 평가사업 2001.7.31 국가지능로봇공학육성 1차 기획회의 기본계획수립 부문 위원회 추진방안 검토 및 추진계획 토론 2001.8.20 국가지능로봇공학육성 2차 기획회의 기본계획수립 부문 위원회별 Sponsor와 Owner구성 (40인) 및 향후 추진계획 토의 2001.9.7 국가지능로봇공학육성 3차 기획회의 기본계획수립 부문 위원회별 관련 내용 발표 및 토의 2001.9.12 국가지능로봇공학육성 전문가(Spons or)회의 기본계획수립 기본계획(안) 작성을 위한 총괄작업반 구성 검토 2001.9.21 국가지능로봇공학육성 4차 기획회의 기본계획수립 부문 위원회별 관련 내용 발표 및 토의 2001.10.5~ 2001.10.7 국가지능로봇공학육성 위한 집체작업 기본계획수립을 총괄작업반 워크샵 2001.10.12 국가지능로봇공학육성 5차 기획회의 기본계획수립 기본계획(안) 최종검토 및 의견조율 2001.10.22 공청회 개최 관련 전문가 및 일반시민 의견수렴 - 9 -
2. 지능로봇기술 현 황 및 전 망 2. 1 주 요선 진 국의 육성정 책 및 기술동 향 미 국 미국은 1997년 이후 일본 주도의 로봇 산업에 대응하기 위해 상 하원에서 로봇 및 지능기계발전조치의 입법화를 추진하고 있다. 로봇 및 지능기계협력위 원회 (RIMMC: The Robotics and Intelligent Machines Cooperative Co uncil)에서 지능 기계협력 컨소시움(IMCC)을 조직하여 산업계 및 연방정부가 향후 5년간 1억 불 의 기술개발 자금을 지원할 계획이다. RIMCC는 연구소와 대학이 연계하여 로봇이 사회에 제공할 이익에 대한 비전 등을 연구하여 500개 업체, 대학 및 연구소가 유기적인 네트워크로 구축되어 있다. 또한, 건설, 농업, 광산, 건강보 조 등의 기존 시장과 가사, 방범, 교통 등 신규시장에서 로봇 관련 연구를 증 진시키고 있다. 로봇 산업에서 미국은 인간 대역뿐만 아니라 영화촬영용 동물 로봇, 가사 보조용 로봇에서 우주 탐사용 로봇에 이르기까지 다양하게 산 학 연구계가 특성화된 영역에서 기술개발을 추 진 하고 있 다. 연구소 및 대 학 을 중심으로 하여서는 특수 용도의 핵심기술을 개발하고 개발된 핵 심 기술 중 시 장 수요가 있는 기술은 기업체로 이전하여 상품화를 시도하고 있으며 기업 체는 핵심기술을 이어받아 노약자, 간호보조용, 청소용 혹은 보안용 로봇 등 생활에 도움을 줄 수 있는 지능로봇을 상품화하여 판매하고 있다. 학교와 연 구소에서 진행되는 대표적인 인간형 지능로봇연구로서, 미 국 M IT의 AI L ab. 에서는 인간의 인지과정을 모사하고 이를 이해하기 위한 플랫폼으로서 인간 형 로봇 COG 를 개발하고 있다. 또한 1 990년대를 뇌의 십년 (Decade of the Brain) 으로 부시대통령이 선포함으로써 인간 뇌의 지능을 로봇시스템에 적용한 기술개발이 이루어지고 있다. 한편 국방성의 D ARPA를 중심으로 Carnegie M ellon, M IT 등 대 학의 기초 연구를 지원하여 산업 용 로봇뿐 만 아니라 복지 박물관 안내 및 오락용 지능로봇이 개발되고 있다. 예로서 Carnegie M ellon 국립 박물관 Dinosaur 홀에서 방문객들에게 영상 및 음악을 제공하는 이동형 지능로봇 Sage를 개발하였으며 MIT 대학에서는 애완용 지능로봇 Yoppy를 개발하였다. - 10 -
미 국의 기술 현 황 미국은 제조업 등의 비 활성화와 고용효과의 감소라는 인력 중시 정책의 특성상 몇몇 분야를 제외하고는 로봇 연구가 답 보 상태에 머물렀다. 그러나 항공, 우주, 군사와 같은 특수 분야의 기술력은 타의 추종을 불허할 정도의 우수한 첨단 기술을 가지고 있다. 로봇 분야의 연구 인력과 기술력은 세계적 인 수준이며 전반적인 기초 연구가 매우 활 발히 이루어지고 있으며 이 분야 의 연구비 총액은 약 일본의 10배 정도로 추정된다. 향후 로봇 연구가 가속 화 되기 위해서는 기초 과학 분야의 뒷받침이 필수적인 데 미 국은 기초 과학 분 야에서 높은 기술 수준을 보유하고 있으며 이와 같은 기술력을 바탕으로 차 세대 로봇 개발을 시도하고 있고 특히 재활용 로봇, 의료용 로봇 등의 서비스 로봇 분야에서 집중적인 기술 개발을 시도하고 있다. 미국 irobot 사에서 개 발한 irobot-le 로봇은 경비, 애완동물 돌보기, 보모감시, 노인보호 등의 용 도로 개발되었다. 데스크 탑 컴퓨터에 대응되는 기능을 보유하고 있으므로 경 우에 따라서 가정에서 컴퓨터로 사용될 수 있으며 이동 기구를 이용하여 계 단이나 문턱과 같은 장애물을 회피할 수 있는 능력이 있으나 외형이 인간 친 화 적이지 않고 로봇의 지능적인 측면은 현재 초기 단계로 주로 웹을 기반으 로 원격조작할 수 있는 로봇으로 개발되었다. 네트워크와 브라우저를 통하여 원격지에서도 로봇을 조작할 수 있으며 로봇이 위치하는 장소의 화상을 전송 하는 기능을 가지고 있다. 하지만 가정용으로 사용하기에는 아직까지 동작시 간이 짧고 충전시간이 긴 단점이 있다. 한편 Cye-SR은 실용적인 면을 바탕 으로 청소, 우편 배달, 커피 배달 등 가정이나 사무실에서 사용하기 위해서 개발된 로봇으로 이것은 현재 $900 정도에 판매하고 있으나 용도가 제한되어 있다는 단점이 있다. 일 본 전세계 산업용 로봇의 60%를 보유하고 있는 일본은 1970년대부터 기술개 발, 보급, 산업기반 육성 등을 전략적으로 추진하고 있으며 강력한 기반 기술 과 요소 기술을 토대로 기존의 산업용 로봇 시장 이외에도 신규시장 창출을 위 한 선 도적인 로봇 기술개발에 정부가 적극 적으 로 투 자 하고 있 다. 일 례 로 통 산성주도의 극한작업로봇 프로젝트, 인간형로봇 프로젝트 (1998-2002) 등 을 진행하고 있으며, 2001년 경제산업성은 일본이 로봇분야에서의 선두주자를 목표로 하는 21세기 로봇 챌린지 중장기 계획을 발표하였다. 한편 혼다는 독자적으로 이미 인간형 로봇 P3와 ASIMO 개발을 위해 10년간 총 2000억원 - 11 -
의 연구비를 투입하였고, 이를 기반으로 로봇의 실질적인 적용을 시도하는 프 로젝트에 2000년 기준 약 1000억원의 연구비를 투입하고 있다. 산업용 로봇 분야의 세계시장 규모는 약 60억불이며 연간 성장률이 10%대로 유망한 산업 이다. Fanuc, 야스카와, ABB 3대 로봇 제작사가 총 시장의 30% 이상을 점유 하고 있고, 가동중인 산업용 로봇의 수는 65만대로 추정되고 있다. 비제조업용 로봇은 특정 로봇 공급 업체보다는 해당 분야의 기존 산업체들 을 중심으로 로봇 사업을 전개하고 있다. 건설용 로봇의 경우는 건설시공업체 인 가지마 건설, 다케나카 공무점 등이, 통신선 보수로봇의 경우는 NTT가 로 봇 사업을 전개하고 있으나 시장 형성단계로 아직 경쟁체계가 구축되어 있지 않은 상태이다. 또한 애완용 로봇과 축구 로봇을 통 하여 로봇의 마인드를 확 산시키고 있다. 소니, 혼다, NEC, Matsushita, 미쓰비시, Omron 등의 대기업 을 비롯한 수많은 기업들이 거대시장을 예상하고 개인용 로봇 시장 공략을 개시하고 있는 상태이다. 이들이 개발하는 로봇 분야는 완구용 로봇부터 인 간 형 로봇에 이르기까지 매우 다양한 형태를 지니는 데, 혼다의 2족 보행 로봇 은 월드컵에서 시구를 할 예정이며, 반다이, 타카라, 토미 등의 완구회사에서 는 디지털 완구 로봇을 출시할 예정이다. 신문 방송 등의 대중매체에서는 거 의 매일 로봇 관련 소식을 보도함으로써 일상생활 속에서의 로봇에 대한 저 변확대를 꾀하고 있다. 일본 로봇 공업회는 2010년경 개인용 로봇의 수요가 급 증 하여 향 후 로봇 시장을 주도할 것으로 예측하고 있으며 개인용 로봇 중 가정용 로봇 수요가 가장 많 을 것을 예측하고 있다. 정부 주도하의 집 중 적인 연구 개발과 투 자 로 로봇 기술의 효시인 미국을 앞지르며 과거 20여년 동안 산업용 로봇에서 세 계 제 1위의 로봇 강대국으로 자리 잡으면서 로봇 분야의 많은 요소 기술과 기반 산업을 육성 보유하고 있다. 산업용 로봇의 한계를 극복하기 위해 차세대 로봇 개발에도 지속적으로 집 중적인 투자를 하고 있으며 산업용 로봇의 고급화를 추진하고 있다. 또한 대 기업들의 주도하에 이미 차세대 로봇 시제품과 제품을 양산하고 있다. 강력한 정부 주도와 대기업 중심의 거대 프로젝트를 통하여 대규모 차세대 로봇의 개발을 추진하고 있으며 대규모 컨소시움을 통하여 개발하고 차세대 로봇 중 에서 개인용 로봇 개발에 연구를 집중하고 있다. 하지만, 일본이 가지고 있는 최대의 약점은 창의적인 분야의 로봇 기술 개발이 부족하다는 점이다. 이것은 일본 사회가 가지고 있는 경직성에 의한 것으로 판단되는 데 창의적 기술은 차세대 로봇 산업의 가장 큰 성공 요인으로 작용할 것으로 사료된다. - 12 -
일 본의 기술개발 전 망 새로운 기술을 도출하여 새로운 분야의 로봇을 설계하는 것이 아니라, 현재 개발된 기술을 활용 조합하여 먼저 제품으로 구체화하는 전략으로 새로운 분 야 의 로봇을 개발하고 있다. 또한 인간형 로봇을 본격 적으 로 활 용 하기 위 하여 신 뢰 성 기술을 개발하고 있으며 이것은 혼다와 소니를 중심으로 하여 상품화 를 시도하고 있으며, 2족 보행 로봇 개발 분야에 있어서는 세계에서 독자적인 기술을 보유하고 있는 상태이다. 산업용 로봇의 표준화를 주도함으로써 표준 화 기술을 주도하고 있다. 일본의 로봇산업 수요예측 은 표 3 과 같 다. <표 3> 일본 로봇 산업의 수요예측 (단위: 억엔) 구분 1995년(실적) 2000년(예측) 2005년(예측) 2010년(예측) 제조 업 2,412 4,900 5,400 6,980 산업용 비제조업 62 2,300 5,400 - 합 계 2,474 7,200 10,800 - 개인 용 0 253 1,746 11,628 수출(개인용 제외) 2,320 2,370 2,610 3,380 총 계 4,794 9,570 13,410 - 유 럽 자료: 일본로봇공업협회, 일본산업현황과전망 1997[2] EU에서는 EUREKA, ESPRIT, BRITE, TELEMAN 등의 산학연 협 동 연구 가 대규모로 실시되고 있으며 1996년부터 독일 국립정보기술센터와 스위스 제네바대학 등 10개 연구기관의 협력 아래 시각을 구비한 지능형 로봇을 개 발하는 VIRGO 계획을 추진중이다. 독일 프라운호퍼연구소에서는 척추수술 등 섬세하고 정밀한 움직임에 적합한 외과수술용 로봇을 개발 중이며, 영국 다이슨사는 센서를 이용해 의자나 책상 등 장애물을 피해 다니며 청소할 수 있는 자동 주행형 청소로봇 개발 ( 99. 12) 중이다. 스웨덴의 린셰핑대학은 사 람의 혈액 속에서 간단한 수술 등 작업가능한 길 이 0. 5mm, 폭 0. 25 mm 의 초 소형 로봇을 개발하였다. 스위스대학 신경정보학 연구소에서는 인공지능기술 개발을 위한 시각칩 및 청각칩 등을 개발 중에 있다. - 13 -
2. 2 국내현 황 및 기술수준 분 석 국내현 황 98년 현재 국내 산업용 로봇시장규모는 세계 6위, 로봇 사용대수는 세계 5 위, 로봇 밀도는 세계 2위 차지를 차지하고 있다 (UN-ECE World Robotics, 1999). 한국과학기술연구원(K IST)을 중심으로 서비스로봇, 개인용 로봇 및 인 간형 로봇에 대한 연구가 지속되고 있으며, 원자력연구소를 중심으로 원자력 발전소를 위한 전용로봇에 대한 연구가 이루어지고 있고, 한국기계연구소에서 극 히 부분적으로 산업용 로봇에 대한 연구가 진 행 중이다. 특히, KIST의 경우 1999년 4족 보행이 가능했던 센토 이후 최근 가정용 로봇 아이작(ISSAC), 바퀴로 이동하는 인간형 로봇 미모트 (MIMOT), 위험지역 로봇 롭헤즈 를 개발하여 선보임으로써 명실상부하게 한국의 로봇연구를 주 도 하고 있 다. 학계 에서는 KAIST에서 ERC 사업으로 진행중인 Welfare Robotics"에 대한 연구 를 제외하면 각 실험실 단위로 해당분야별 핵심기술 개발을 위한 연구가 진 행 중이다. 이와 함께, 로봇이 다양한 분야의 기술을 총 집결하여 하나의 시스템 을 구축해야 하는 대형 복합 과제라는 측면에서 개인화 되어있는 대학교의 연 구인력과 산업체의 상업화 능력을 유기적으로 결합할 수 있는 연구소의 역할 이 필수적이다. 특히, 전기, 전자, 컴퓨터, 기계 공학분야 뿐 아니라 뇌공학, 심 리학, 의학 등의 다양한 분야의 연구자가 참여하는 다 학제간의 유 기적인 시 스 템 연구가 예상되기 때문에 이를 위한 중심 (POST) 역할을 연구소에서 충분 히 수행할 수 있을 것으로 판단된다. 현 황 국내 사정은 로봇분야에 대한 생산기반 및 체계적인 연구부족으로 연구기반 이 취약하다. 지금까지 대부분의 로봇연구는 고립 분산적이고 산업과의 연계성이 낮음. 전체 시스템을 구성할 수 있는 몇몇 부분적 연구 (뇌연구, 인공시각, 이 동제어시스템 등)과 소규모 로봇 프로젝트가 각각 독립적으로 진행. 산업용 로봇개발 및 연구를 중심으로 센서, 시각, 음성인식 등과 같은 첨 단 기반기술에 대한 기초연구가 미미하고 부품 국산화율이 저조함. (약 20% 이하) - 14 -
대 기업은 로봇기술 및 정보의 독점과 더불어 로봇 생산 및 수요도 대기업 중심으로 시장형성이 되어있어 로봇산업이 중소기업적 특성을 갖고있지만 관련 중소기업이 현실적인 어려움으로 역량발휘를 못하는 실정이다. 최근 유진로보틱스(주), 우리기술(주), 한울로보틱스(주) 등 20개 이상의 벤쳐기업 중심으로 엔터테인먼트 로봇, 퍼스널로봇, 홈로봇 등의 지능 로봇 개발 및 제품 출시. 구동기, 감속기, 베어링 등과 같은 로봇 핵심부품에 대한 기술자립도가 이 루어지지 않아 수입 의존도가 높고 가격 경쟁력이 없어 수출이 부진하다. 로봇의 핵심구동부품들을 수입하여 사용하므로 원가부담이 높 고 대 외 경 쟁력이 약함. 산업용 로봇만으로는 시장규모가 작고, 선진국 대비 가격 경쟁력이 낮음. 대기업 중심 및 계열사 중심의 시장형성으로인해 채산성이 낮음. 국산품 사용에 대해 보수적임. 개인용 로봇의 신규 잠재시장에 대한 대비가 전무한 상태임. 선진국과는 5~8년의 기술격차를 보이고 있다. 우수한 인적자원과 창의력, 정보 전자 반도체 분야의 성과 활용 가능 성, 남북 강점분야간의 전략적 결합, 탄탄한 국내 로봇 수요 기반 (작업 자 만명당 로봇 사용대수 세계 3위) 등을 고려할 경우 우리의 잠재력은 매우 큼. 세계적 경쟁력을 갖출 수 있는 분야. 로봇에 관한 국민 인식 확산 및 대중화를 위한 노력으로 최근 지능로봇경 진대회, 로봇올림피아드, 마이크로마우스 경진대회, 로봇축구대회, 청소년 로봇캠프 개최 등 다양한 행사가 활발히 진행중이다. 연구자 원 및 연구투 자 정부지원 로봇연구개발은 지난 10여년간 산업자원부는 제조업용 로봇, 과학 기술부는 기초기술 확보 관련 로봇 연구과제를 수행 하고 있 다 (표 4 참 조). 과학기술부는 특정연구사업으로 로봇의 원천기술 개발을 지원, 98년부 터 5년간 서비스 로봇 개발사업을 지원. 과학기술부는 민군겸용기술개발사업, 정보통신부는 해저로봇개발이 나 네 트워크기반 로봇기술 개발 등에 소규모 지원. 과학기술부 및 산업자원부 공동으로 G 7사업의 하나인 첨단생산시스템개 - 15 -
발 연구사업 지원 (첨단생산시스템용 산업용 로봇 개발 포함). 산업자원부는 산업기반기술개발사업 (구 공업 기반 기술개발사 업 )으 로 산 업 용 로봇관련 핵심기술개발 지원, 최근 비제조업용 서비스 로봇관련 개 발에 대 한 지원 시 작 (예: 청 소 용 로봇개발). 국무조정실, 교육인적자원부 (학술진흥재단), 정보통신부, 산업자원부 (중 소 기업청 ), 국방부, 농림부, 건설교통부, 보건복지부 등에서 1990년 이후 약 206건의 소액 (평균 3000만원 이하) 연구비 지원. 최근 선진국의 잇따른 개인용 로봇의 발표의 영향으로 한울로보틱스 (주), 우리기술(주), 유진로보틱스(주), 다진시스템(주) 등 다수의 벤처기 업이 개인용 로봇에 관심을 보이고 있으며 실제로 청소로봇이나 오락 용, 완 구로봇과 같이 제한된 용도의 개인용 로봇의 개발 및 제품을 출 시하고 있음. < 표 4 > 국내 연구원, 대학 중심의 비산업용 로봇 연구 현황 단체명 주력로봇 내 용 현황/특성 KIST - 휴먼 로봇 - 서비스 로봇 Task 응용기술 leg, arm, 신 기술개발주력 hand 고도기술 원자력연구소 - 원격로봇 원격조작기술 국책/자체연구 생산기술연구원 - 건설용 로봇 - 산업용로봇 응용 F ield용 로봇기술개발 국책/자체연구 대 학 - 기초기술 다양한 고도기술연구 연구개발능력 보유 로보틱스연구조합 - 로봇 - 응용시스템 산업체의 공통애로기술 공동 개발 예정 국책/기업과제 한국로봇축 구협회 - 마이크로로봇 축구로봇을 중심 로봇의 POSCO를 저변확대에 기여 기업 후원 비롯한 - 16 -
기술수준 분 석 정 밀 메 커 니 즘 과 감 각 기술에 서 는 비 교 적 열 세 - IMF 이후 산업환경 변화에 따른 수요량 저하에 대응하기 위하여 산업용 로봇업계에서는 기능과 성능을 개선하려는 노 력 중 임. - 기반 기술의 부재와 핵심 요소 기술의 부재로 한계성을보이고 있는 형편임. 제어 기술과 응 용 기술면 에 서 는 동 등 하거 나 강 점 을 가짐 - 몇몇의 대학과 연구소 등을 중심으로 하여, 차세대 로봇 관련 제어 기술과 응용 기술면에서는 강점을 지니고 있음. - 상품화 기술에 대한 보다 더 큰 노력이 필요함. 벤 처기업 을 중 심 으 로 하는 차 세 대 로봇 기술 개발 노 력 - 현재까지의 연구 개발은 대부분 산업용 로봇 연구가 중심이어서, 차세대 로봇에 대한 기초 연구가 미미한 실정. - 추진중인 내용은 기업의 비공개로 인하여 현황파악이 어렵고 또 선진국과 는 상당한 기술차이를 보이는 것으로 평가되고 있음. [ 문제점 ] 선진국에서는 다양한 기업이나 연구기관에서 개인용 로봇의 시장개척을 위해 기술개발을 추진하고 있으나, 국내의 로봇기술의 연구는 로보틱스 연구조합 등 과 기업주도의 연구단체 및 KIST 등과 같은 몇몇 정부출연연구소 등을 위주 로 추진되고 있으며, 업체 자체의 연구 및 투자가 축소됨에 따라 국가과제에 대한 의존도가 심화되고 있고 제한적인 영역에서 기술개발을 수행하고 있다. 부품/소재 산업의 국내 기술 전무 - 국내에 가장 취약한 문제점은 핵심정밀부품(감속기, 베어링 등)에 대한 기술이 부족하다는 것임. 이 부분은 단기간의 연구 개발로 이루어질 수 없 는 부분이기 때문에, 장기간에 걸친 지속적인 투 자 가 필요한 형 편. 중소기업 위주의 customized manufacturing - 1995년 이후 독자기술을 확보한 벤처기업 형태의 로봇 전문회사들이 나 름대로의 기술력을 보유하고 그나마 선전하고 있으나 아직은 국내시장 의 안정적인 시장확보를 못하고 있음. - 17 -
2. 3 분 야 별 지능로봇기술 동 향 및 분 석 전 술한 바와 같이 지능로봇기술이 너무 광범 위 하기 때문에 지능로봇기술을 크게 응용실용화 기술분야 와 원 천 기 술 분 야 로 나누어 살펴보고자 한다. 2. 3. 1 응 용 실 용 화 기술분 야 응용 실용화 기술분야는 공장 자동화 (자동화 공장과 주 문형 제작, 비 구조 적 환경에서의 산업자동화: 농업, 건설), 인간지원 (의료 및 복지로봇, 오락 및 개 인용 로봇, 극한환경용 로봇), IT와 결합된 지능시스템 (지능형 가전, 주택 및 건물, 지능형 기계, 자동차 및 교통시스템) 및 NT, BT와의 연계 (마이크로 및 나 노로봇, 생체모방 및 자동화)로 나누어 검토하였다. 2. 3. 1. 1 공장 자 동 화 용 자 동 화 공장과 주 문형 제작 개 요 전 자 및 기계요소기술, 매카트로닉스 기술의 발전과 인간의 행복추구 욕구의 증대에 따라 생산 공정이 더욱 다 기능화, 지능화, 고 정밀화, 인간 친화화 될 것으로 기대된다. 이러한 추세를 로봇화 (Robotization)이라 하며, 대표적인 대 상 공정으로는 CNC 공작기계, 로봇 매니퓰레이터, 반도체 제조공정, 광통신부 품 제조공정 등이 있다. 이러한 산업 분야의 자동화는 앞으로 더욱 가속화 될 것이며 또한 더욱 지능화 될 것으로 기대 된다. 또한 현재와 과거에는 반복 단순 작업을 수행하는 매니퓰레이터로서 산업용 로봇으로만 대변되던 로봇의 정의가 앞으로는 산업용 로봇, CNC 공작기계, 반도체 및 LCD 제조공정, 광통 신부품 제조공정, 자동차 뿐만 아니라 Bio Business, Optical Business, Nano Business 등을 포함하는 전용화 설비 등으로 확대되어 나갈 것이다. 앞으로의 자동화 설비가 과거와 달리 보다 다 기능이고 지능적이며 인간 친화적인 모습 으로 발전하여야만 미래에도 경쟁력을 가질 수 있기 때문이다. 이러한 시스템 의 구현을 위해서는 대상 공정의 특성을 파악하고 이를 전용화 할 수 있는 시 스템 기술의 구축이 필수적이다. 시스템을 구성하기 위 한 단 위 기술로는 netw ork ing 기술, 자 동 제어 기술, 인 - 18 -
식 기술, navigation 기술, 인공지능기술, 고정밀 위치결정기술, 센서 기술 등이 있다. 이것들은 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 기초 단위 기술이다. 자 동화 공장 및 전용화 설비에 사용되는 로봇은 그 성격상 고 정밀성과 내구성, 안정성을 요구하며 따라서 매우 고가이다. 이러한 로봇의 성능을 좌우하는 부 품 요소는 성능 구동기 (서보 모터) 및 드라이버, 리니어 모터기술, 고성능 감 속기, Guide rail, Ball screw, 제어기, FA 센서 등이다 자동화된 공장이나 전용화 제조설비는 그 특성상 다른 기술의 발전을 주도 해 나아가는 분야이다. 즉, 기술의 발전 (Computer, Networking, Information, Precision Technology의 급속한 발전), 생산시스템 변화 (Agile, cell-type system), 로봇의 Intelligence를 기반으로 고도의 숙련된 작업 Know-how를 로 봇에 포함하여 보급 확대, 정보와 생산시스템을 연결하는 매개체 역할이 증대 되고 있다. 산업용 로봇의 보급은 매년 10~20% 성장을 보이고 있으며, 특히 중국, 동남아 등 개도국 중심으로 확대되고 있다. 기술의 필요성 오늘날 생산 개념의 변화가 가속화되고 있다. 즉 Mass Productive Manufacturing 은 Mass Customization Manufacturing으로 전환 될 것이며 이에 따라 World-wide, Real-time 생산체제, Full-automated Factory, 다품종 소량 생산 대응, 고속 전 용 생산 System, Low Cost, High Productivity 추구의 새로운 생산 방식 (Intelligent M anufacturing Sys tem )에 기초 한 시스템이 보편화되고, 신 로봇 기술, 즉 Simple, Flexible, Precision Robot Mechanism, Network-based Tele-Operati on, Environment Perception & Intelligence, High level H uman-m achine Interface가 주류를 이루게 될 것이다. 예를 들어 반도체 관련 설비투자비와 로봇관련 산업 의 국내시 장규 모를 보면 표 5, 6과 같다. <표 5> 반도체 관련 설비투자비 현황 구 분 1999 CAGR (%) 2000 2001 2002 2003 비율(%) 비율(%) ('99 -'03) Total (M $ ) 34,584 100.0 54,710 63,859 62,307 68,187 100.0 18.5 일 본 (M$) 7,766 22.5 12,622 14,490 12,838 13,467 19.7 14.8 미 국 (M$) 9,558 27.6 13,438 15,391 14,606 15,877 23.3 13.5 유 럽 (M$) 4,835 14.0 7,351 8,484 7,788 8,357 12.3 14.7 아시아 (M$) 12,425 35.9 21,299 25,494 27,075 30,486 44.7 25.2 자료: 2000년 반도체 제조장치 Databook [3] - 19 -
<표 6> 로봇관련 산업의 국내시장규모 현황 (단위: 억원) 시 장 규 모 기술분야 연평균증 가율(%) 90년 95년 96년 97년 (91~97년) NC 공작 기계 3,244 5,898 6,510 5,276 7.2 산업 용 로봇 248 2,212 2,297 1,874 33.5 CAD/CAM 637 1,532 1,797 1,888 16.8 PLCs 312 1,000 1,100 950 17.2 자동창고 755-1,850 1,730 12.6 기타 1,610 2,354 2,763 2,930 8.9 계 6,806 16,094 16,317 14,648 11.6 주: 1) 기타에는 FA센서, 서보모터, DCS, 인버터 등 포함. 2) 자동조립장치 제외 이러한 변화는 향후 10~20년 사이에 급격히 일어날 것이며 이에 능동적으 로 대 처하기 위한 연구 개발이 필수적이다[ 4]. 전 략 적 기술분 석 <표 7> 자동화 공장과 주문형 제작 로봇기술의 SW OT 분석 강 점 약 점 - 정보화 기술 (I.T.) - 부품 소재 산업구조가 매우 취약 - 자동차, 반도체, LCD 산업 지속 성장 - 응용분야의 특정분야 편중 - 충분한 고급 인적 자원 및 단위기술의 확보 기 회 위 협 - BT, NT 등이 국가 중점사업으로 선정 - 자동차, 반도체 등 제조업 성장률 둔화 됨으로써 미래 수요기반 확보 로 기존의 산업용 로봇 시장 위축 - 중국, 동남아등 주변 개도국 잠재 시장 - IT, BT, NT의 산업화 지연 시 로봇시 의 급성장 장 성장 지연 - 로봇 분야 신규 벤처 창업 증대 선 택 과 집 중 선택 - 로봇의 지능화 공정 Know-How 사 업 Solution Provider - 로봇의 Network화 표준화된 생산 방식 High Productivity Low Cost 제조 경쟁력 혁신 - 충분한 인적 자원을 바탕으로 한 부품 소재 산업의 육성 - 20 -
집중 - 기존 산업: 자동차, 반도체, LCD - 전통 산업: 핵심요소부품기술, 소재기술 - 신규 산업: B io B usiness, Optical B us ines s, Nano Business <기술 수요처> <기술 공급처> 생산기반 산업체 로봇공학 연구그룹 -Manipulator -공작기계 -SMD -반도체 (단순 반복 작업) (산 ) (수입) < 핵심부품 공급처> (학 연) -인공지능 -화상인식 -Haptic -Human Interface -각종센서 (기능화/인간 친화화) 기술요소 부품 <기술 수요처> 생산기반 산업체 -Manipulator -공작기계 -SMD -반도체 (단순 반복 작업) -감속기 -모터 -베어링 및 가이드 (고성능, 고정밀) (산 ) (학 연) (국산화) < 핵심부품 공급처> 기술요소 부품 -감속기 -모터 -베어링 및 가이드 (고성능, 고정밀) <기술 공급처> 로봇공학 연구그룹 -인공지능 -화상인식 -Haptic -Human Interface -각종센서 (기능화/인간 친화화) 일본/미국 < 그 림 1 > 산업로봇 기술 구조도 발전 전 망 및 기대 효 과 현재의 로봇 공학은 로봇관련 기술을 크게 요구하고 있 는 산업체, 특히 공 작기계, 반도체, SMD 등 제조업 기반 산업과 크게 유리되어 있는 실정이다. 많 은 로봇공학 관련 연구에서 이루어낸 많은 성과들 - 인공지능, sm art s ensor 기술, 화상인식기술, Haptic 기술, Human interface 기술 등 - 이 제대로 수요 처에 공급되지 못하고 있다. 이는 이러한 제조 업 기반 기술들 은 정 통 기계공학 생 산기술을 근간으로 하고 있어 현대 로보틱스와 양 분야간의 대화와 이해의 폭이 크게 제한되어 있음을 의미한다. 따라서 미래에는 로봇 공학자들이 더욱 과감하게 산업용 자동화설비를 로봇화 (Robotize) 하고 지능화 하는 데 앞장서 야 할 것임을 시사한다. (그림 1 참조) - 21 -
뿐만 아니라 산업계의 요구에 부응하는 고성능 로봇 시스템을 구성하기 위 하여는 수입에 절대 의존하고 있는 핵심부품 산업의 국산화에 끝없는 노력을 기울여야 할 것이다. 핵심 부품 국산화 없는 Automated Factory와 Customized Manufacturing은 산업파급효과가 거의 없을 뿐 아니라 기술의 대외 의존도가 높아 취약한 산업구조를 가질 수밖에 없는 현실이 된다. 따라서 향후 국내의 로봇산업 기반의 건전성과 경쟁력을 위하여는 이러한 고성능 요소의 국산화가 절실한 현실이며 이러한 기반기술산업의 확립 없는 외양만의 성장만으로는 진 정한 로봇 산업의 성장을 기대 할 수 없을 것이다. 앞으로 10년 정도의 미래에는 보다 지능화 되고 성능이 뛰어난 Robotize된 전용화 설비들이 속속 등장할 것이고 이러한 로봇의 성공여부 평가는 이 로봇 이 수요처의 기대 (고성능, 고정도, 안정성, 신뢰도, 인간 친화성, 편의성 등) 에 얼마나 적절히 부응하느냐에 달려 있다. 여기에는 단순한 한 영역의 기술 만이 아니라 로봇 공학 전문가의 폭넓은 지식과 경험이 밑거름이 될 것이다. Technology Roadmap (산업용 로봇- 제조업) Products 1 단계 ( 2002-2005) 2단계 (2005-2008) 3단계 (2008-2012) 로 봇 산업용로봇 로봇 국산화 기반 구축 로봇 국산화 기반 정착 반도체조립장비 정밀 조립 로봇 기술 개발 조립 전용화 설비 시스템 개발 조립 전용화 설비 시스템 구축 BT,NT,광부품조립로봇 조립 로봇 시스템 개발 조립 전용화 설비 구축 핵심요소기술 통신기술 NET Work 기술 Tele-operation 기술 제어기술 센서 기반 제어기술 개발 인간 친화형 제어기술 개발 인공 지능형 제어기술 개발 시각기술 단순 물체 인식 기능 복합 형상 인식 기능 3차원형상인식기능 요소부품기술 서브모터 서브모터 개발 및 설계기술확보 정밀 로봇용 서브모터 개발 서브모터 생산 시스템 구축 리니어모터 모터 개발 및 설계기술 확보 모터 생산시스템 구축 감속기 감속기 개발 및 설계기술 확보 정밀 로봇용 감속기 개발 감속기 생산 시스템 구축 제어기 개방형 제어기 개발 실시간 제어기 개발 인간 친화형 제어기 개발 센 서 센서 개발 및 설계기술 확보 정밀위치및힘제어센서개발 지능형 센서 개발 자동화 시스템 조립Cell 시스템 Agile 조립Cell 시스템개발 Agile 조립Cell 시스템실용화기반 신개념조립CELL 시스템개발 생산자동화 시스템 Automated Factory Net Work based 시스템 Virtual Manufacturing 시스템 분산제어 시스템 환경인식 지능 시스템 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 < 그 림 2 > 산업 용 로봇 기술개발 TRM - 22 -
비 구조 적 환 경 에 서 의 산업 자 동 화 : 농 업, 건 설 개 요 생물산업 건설시공에서의 로봇기술 연구개발의 목표 는 작업생산성, 작업쾌 적성, 안전성, 환경보전성 향상을 목표로 한 인간, 컴퓨터, 기계의 복합시스템 (로봇시스템), 비구조적 Field 작업과 가변적 작업공정의 생력화와 환경변화에 대한 적응, 유해. 위험 작업대처 시스템 및 기술 개발이다. 세부목표로는 아래 와 같다. - 초생력화: 고기능 및 다기능의 바이오/건설산업 로봇 작업기술 - 작업 쾌적화: 편이성과 안전성을 고려한 로봇 작업기술 - 친환경 정밀화: 정보에 입각한 환경 친화적 정밀 바이오 로봇기술, 환 경 친화적, 생태 친화적 건설시공 로봇기술 아래의 표 8은 각 분야별로 로봇화 요구도를 나타낸 것으로서 건설, 토목 및 농업분야도 다른 분야에 비해 로봇화가 많이 요구되고 있다. < 표 8 > 연구과제 수에 의한 분야별 로봇화 기대도 순위 분야 과제수 10 쓰레기처리, 청소 45 1 건설, 토목 163 11 연구개발 43 2 의료, 복지 74 12 우주 37 3 농업, 축산업 73 13 전력(송전,발전) 36 4 서비스업, 기타 72 14 교 육(학교 ) 23 5 수산, 해양개발 70 15 광업 21 6 소방, 방재 62 16 통신 21 7 임업 56 17 가스 15 8 원자력 47 18 상, 하수도 8 9 운수창고 45 19 상업, 유통 5 계 918 자료:일본산업용로봇공업협회 설문조사[5] - 23 -
기술개발의 필요성 현재 농업과 건설업은 심각한 전환점에 있다. WTO & UR의 농산물 개방 압력과 균일/고품질 Product 요구아래 우리의 농업은 미작중심농업에서 고소 득 작목중심과 중대규모 전문화된 선도 농업으로의 전환이 절실한 상황이다. 건설업도 마찬가지로 세계시장에서의 경쟁력을 제고하여 노동집약적 시공에서 첨단 기계화 자동화 시공을 통한 대형화, 복잡화, 기술고도화를 요구한다. 현재 직면하고 있는 농업과 건설업의 문제점으로는 노동력의 현저한 감소 및 기능 노동력의 고령화 3D 업종으로서 작업 기피, 임금 상승, 농경지 감소/ 농경지 대형화에 의한 기계화/자동화 요구, 건설작업영역 확대 (극한 작업환 경), 농산물 생산 자동화기술/건설시공 자동화기술 경쟁력 취약 등이 있다. 21세기 바이오 농업의 역할은 자원보존적 역할 (수자원보존, 토양보존, 환경 정화), 사회문화적 역할 (생물공간 유지, 지역사회 유지, 문화, 휴양공간 유지), 식량안보적 역할 (파동완충 기능, 안전식품공급 국민건강), 고부가가치 소 득 원 (Fusion Tech에 의한 바이오 농업으로의 전환)이다. 농업 Robot Tech. 바이오 농업 구현 기존 산업 바이오기술 바이오산업 농 업 (식품,환경,자원) 화 학 의 약 동 물 식 물 미생물 조 류 균 류 박테리아 바이러스 활용 복제 배양 치환 변환 합성 바 이 오 농업 (식품,환경,자원) 화 학 의 약 정밀공정계측및제어 친환경 정밀생산 초생력 쾌적 작업환경 구현 로봇 테크놀러지 <그림 3> 바이오 농업과 Robotic Technology - 24 -
그림 3에서 보는 바와 같이 기존의 산업은 바이오 기술의 가미와 함께 커다 란 패러다임적 변화가 일어날 것이다. 즉, 기존의 산업사회는 토지, 노동, 자본 을 생산수단으로 하여 발전하였지만 정보 및 바이오 시대는 과거와는 전혀 다 른 지식, 즉 기술이 중요한 산업발전 및 경쟁력의 원동력이 될 것이다. 그리고 바이오 기술은 이전에 산업에서 경험하지 못했던 전혀 새로운 산업을 탄생하 게 하고, 로봇 테크놀로지 기술은 이러한 바이오 기술과 연계하여 바이오 로봇 테크놀러지로서 발전하게 되고 바이오 기술의 구현 및 산업화에 필수적인 역 할을 하며 새로운 고용을 창출하게 될 것이다. 바이오 산업은 표 9와 같이 대표적으로 8개 분야로 분류하고 있으나 동물, 식물, 미생물 등을 주요 수단으로서 농업과 직간접적으로 연계되어 있으며 기 존의 농업은 RT와 연계하여 바이오 산업의 핵심분야로서 발전할 것이다. 시장 규모는 바이오 의약이 가장 크게 나타나고 있으나 환경, 식품, 자원, 생물생산, 공정 및 측정 시스템과 직간접적으로 연계된 바이오 농업의 비중 역시 매우 크다. <표 9> 바이오 농업의 범위와 규모 (단위: 억달러) 구 분 2000년 2003년 2008년 2013년 바이오 의약 324 444 688 1,155 바이오 화학 38 52 100 168 바 이 오 환 경 32 44 81 147 바 이 오 식 품 27 37 85 126 바 이 오 에 너 지 및 자 원 바이오 농업 11 15 37 63 바 이 오 생 물 생 산 27 37 75 126 바이오 공정 및 측정시스템 81 111 188 315 계 540 740 1,250 2,100 노동력감소, 노령화, 임금상승, 작업유지 보수 인프라 문제가 대두되고 있는 상황에서 바이오 기술이 접목된 바이오 농업에서의 로봇기술은 고품질 균일 대량생산과 고품질 다종 고부가가치 품종생산 (항암 채소류, 백신사과, 내당뇨 쌀)을 구현하게 하는 산업화 시스템을 구현할 수 있다. - 25 -
국내외 기술동 향 및 수준 분 석 주 요 선 진 국 바 이 오 로봇기술개발 동 향 - 쌀 원예작물용 작업: 무인 작업화, 고정밀화, 수확, 적과, 전지작업 중심 로봇작업 기 개발연구 [ 6, 7, 8 ] - 무인 식물/동물 공장(Plant/Animal Factory): 재배환경 (온습도, 양액, 통기, 광파장) 제어 기술 및 시스템, 이식, 보식, 이송, 수확 작업의 로봇화 (그림 4, 5, 6 참조), 무인화 생육관리 [9, 13] - 무인 전자동 조직배양시스템: 배양, 이식, 재배/양식 (소식물/미생물 대상) - 축산 작업 자동화: 개체 생육계측 및 제어, 발정, 질병관리, 착유로봇, 도체 가공 자동화, 분뇨/부산물 처리 [14] - 비파괴 실시간 품질검사 및 선별: UV/VIS/NIR, 음파/초음파, X-ray, NMR, Vision, M icrowave, E ddy current 등 [15] - 친환경 Precision Farming: Autonomous Off-Road Vehicle Guidance DGPS/GIS, Gyro, Vision, AI Technique 이용 Field-map, Yield-map, Soil-map 구축 - CA 저장 및 가공작업 자동화 <그림 4 > 오이 수확 작업 로봇 (일 본) <그림 5> 토마토 수확작업 로봇 (일본) - 26 -
<그림 6> GPS 항법장치를 이용한 트랙터 (미국) 국내 바 이 오 로봇기술개발 동 향 - 쌀 재배수확작업: 기계화 성취 => 무인 작업화, 고정밀화 [10] - 원예작물용 작업: 수확작업용 로봇 개발 실험실 수준 - 그린하우스 작업: 재배환경 (온습도, 양액, 통기)제어 기술 및 시스템, 공정 육묘 자동화 [11, 12] - 축산 작업 자동화: 실험실 수준 착유로봇, 초보적 단계의 개체 생육계측 및 제어 비파괴 [16] - 실시간 품질검사 및 선별: UV/VIS/NIR, 음파/초음파, X-ray, NMR, Vision, Microwave, Eddy current 등 - Precis ion F arming: 인공지능형 자율주행 트랙터 개발 (그림 7, 8 참조) - 가공작업 자동화: 쌀 위주 저장 가공 시스템 [17, 18] <그림 7> 자율운행 트랙터 (농촌기계화 연구소) <그림 8> 원격조정 트랙터 (농촌기계화연구소) - 27 -
주 요 선 진 국 건 설 로봇기술 개발동 향 미 국은 로봇화에 의한 접근과 조사방법 등 방법 론적 연구가 많 다. 대 부분 대 학 중심의 연구개발이 활발하다. - Stanford 대 학: C enter for Integrated F acilities Engineering (CIF E) 연구 프로젝트 중심. - MIT 대학: Integrated Construction Automation Design Methodology (I.C.A.D.M) 등 연구 프로젝트 중심으로 진행되었으나 현재는 저조한 실정임. - Carnegie Mellon 대학: 로봇 분야 연구 프로젝트를 대규모로 행하고 있으 며 그 중 일부로서 건설을 포함한 지능 이동형 로봇 연구가 행 하여졌다. 내 용은 인간의 행동에 가까운 건설용 매뉴플레이터, 네비게이션을 포함한 센 싱 기술의 개발, 원자로 격납용기 내 점검수리 로봇 등을 개발 - Texas 대학: Tucker 교수가 주최하는 Construction Industry Institute (C.I.I) 에 많은 회사들이 참여하여 공동으로 연구추진 중. 미국 Bechtel 社 와 공동개발 한 건설부재 Handling용 거대 Remote Control Arm과 로봇작업을 검토할 3차 원 그래픽 시뮬레이터가 개발되어 있음. 일본의 경우에는 제조업 Factory Automation의 성공, 노동시장의 인력부족 에 따른 건설업체의 위기의식과 메카니즘, 엑츄에이터, 센서, 컴퓨터, 시스템 분석, 설계 등의 기술진보가 제조공장의 고정형 로봇 건설현장에서의 지능형 로봇으로의 발전을 가능케 하고 있다. 일본건 설 로봇에 관한 연구가 1978년부터 시작하여 20년이 지난 시점으로 현재는 많은 업체에서 상품화하여 현장에서 활용되고 있고 지속적인 연구개발을 추진 중 에 있으며, 우주 해양공간의 개발 계획도 구체적으로 추진 중에 있다 (표 10 참조). 일본의 건설 로봇 예 - 초고층 빌딩 (100 m) 전자동 시공로봇 CAD화 된 도 면 읽 고 공장에 서 콘 크 리트 2차 제품을 순차적으로 조립, 검사로봇 간의 정밀도 정보를 피드백 받 고 있다. 컴퓨터에 의한 통합생산시스템 (CIM)의 대표적인 예임. - 생콘크리트 타설, 균등화, 면 고르기 로봇 - 실드 작업로봇 - 도시의 지하공사 세그멘트의 운송, 조립작업의 자동화는 실용화 - 지하철 등 직경 10 m를 넘는 큰 직경에 대해 실용화 - 중소형 직경에 대해서도 세그멘트의 개량과 기기의 소형화에 의해 실용화 - 28 -
- 도시의 도로 밑 작업로봇 - 매설된 케이블과 관로의 보수에 더 이상 도로를 안 파도 됨. 100m 이상 깊이의 지하공간의 개발을 안전하게 시 공하며 지하공간의 개발에 착수하면서 잔혹하고 위험한 환경에서 고기능을 지니는 로봇시스템을 요구한 다. 우 주, 해양공간의 개발계획도 구체적으로 추 진 하고 있으며, 건설로봇에서의 자율형 지능로봇의 연구개발의 필요성이 더욱 강조되고 있다. 장래의 건설 로 봇은 원격조정자의 운전에 현실감을 부여하면서 피로감이 적은 시스템의 개발 과 밀접한 연관이 있다. - 환경인식 바이오 센서 시스템: 굴삭하는 흙이나 돌의 딱딱함, 엉킨 정도를 센 싱하는 기술 - 장시간 가동: 고성능 연료전지, 태양전지 등의 동력원의 개발 - 고속정보처리: 컴퓨터의 개발 - 경량화: 인공근육의 엑츄에이터 개발 - 토목건축용: 고하중 양방향 제어시스템 개발 <표 10> 일본 건설관련 기업에 의해 개발된 건설작업로봇의 예 구 분 적용 분야 명 칭 조성공사 돌쌓기 로봇 철근건방로봇, 철근용접로봇, 철골내화피복로봇, 중량철근용배근 로봇, 철근조립로봇, 프레싱로봇, 프레싱크레인, 콘크리트수평 구체공사 distributor, 콘리스 크레인, 콘크리트 바닥수평로봇, 콘크리트 바 닥마무리로봇, 자주식 다기능로봇, 플로어 브러싱머신, 외벽판넬 부착로봇, 벽 면판넬 부착 로봇 (그 림 9, 1 1 참 조) 건설 천정 마무리작업로봇, 사이로 리폼시스템, 사이로 내장 스프레이 마무리공사 도장로봇, 초고층 외벽도장로봇, 고효율도장시스템, 외벽도장로봇 (그림 10 참조) 타일박리검지기, 관내 수평주행장치, 외벽자동검사기, 관내 수직 검사 주행장치, 외벽 타일진단로봇, 가스관내 자동검사로봇, 크린룸 검 사 로봇, 벽면 검사로봇 청소 덕 트청소 로봇, 자주 식 바 닥청소 로봇, 창닦 이로봇 해양 해양조사잠수기 댐 댐용 자동식형틀, 댐콘크리트 자동차설시스템, 댐콘크리트 무인 운반시스템 콘크리트 분무로봇, 세그멘트 자연조립로봇, 실드 굴삭작업시스템, 터널 토목 전자동 유압삭암기, 터널단면 자동 입체측정시스템 (그림 12 참조) 도로 자동도로공사 시스템 교각 형틀승강 잭 로봇 교량 로봇화 도장시스템 검사 굳 어짐 계측시 스템 - 29 -
<그림 9> 판넬부착 로봇 (일본: KOM ATSU 社 ) <그림 10> SPRAY 건설로봇 (일본: TOKYU 社 ) <그림 11> 인테리어 로봇 (일본: TOKYU 社 ) <그림 12> 터널링 건설로봇 (일본: FUSITA 社 ) 독일은 Stuttgart 대학 부속의 생산자동화 연구소 (IPA)가 건설공사 로봇화 의 수요와 개발사례의 조사를 행하고 초대형 메뉴퓰레이터를 개발하였 다. - Thomson 社 : Long Reach의 대형 메뉴레퓰이터를 개발하였 음. - C oppel 社 : Computer Aided Loading (CAL) system을 구비한 유압구동 굴삭기 의 개발수행. 호주는 시드니 대학의 Australian Center for Field Robotics (ACFR) 센터를 주축으로 일부 건설로봇의 연구를 추진 중이다. 프랑스는 건축과학기술센터 (CSTB )의 J. L. Salagnac, 국립로봇- 인 공지능연 구소 (IIRIAN)의 C. Girand, 글리노블 국립기술연구소의 J. L. Crowly 등이 중 심이 되어 건설로봇의 연구를 추진하고 있다. 영국은 대학 중심의 건설로봇 연구개발이 이루어지고 있다. - Bristol 공과대학: Cusak 교수를 중심으로 건설용 로봇의 현장도입의 가능 성 연구와 로봇화에 적합한 건물의 설계 방법에 대해 연구 수행. - 30 -
- Nottingham 대 학: 인 공지능을 이 용 한 건 설 공사 의 계획방법 을 연구. - Lancaster 대학: 건설기계의 자동화를 위한 연구를 행하고 있으며 특히 자동 굴삭기 system을 개발. - W ales 대 학: 이동로봇의 네비게이션 연구와 철골교량의 stand bolt 용접로봇의 연구 수행. 국내 건 설 로봇기술연구 개발현 황 - 건축시공 분야: 일본의 예와 유사한 콘크리트 마무리 작업용 Robot 운 용 - 건설기계 자동화 분야: 굴삭기 자동화 분야는 중장비 업체에서 자체 연구 를 진행하여 proto 제품까지 개발하였으나 수요가 없 어 양 산하지 못 하고 현재 중단된 실정. 하지만, 일부 대학에서 Field Robot으로 체계적인 연구 추진 중. - 산 학 연 공동으로ꡒ건설 Robotꡓ의 넓은 분야에 걸쳐 세부적인 조사, 연구는 현재 이루어지지 않고 있으며 향후 추진되어야 할 과제임. Products Technology Roadmap (바이오/건설 로봇) Task Specific Automatic System Robotic System with Combined Functions of Automatic Manipulation & Tele-operation Automatic grafting system for seedlings Automatic environment controlled greenhouse Automatic vegetable transplanter Semi-automatic grading & sorting system Automatic guided vehicle Automatic environment controlled plant factory Versatile robotic field vehicle Tele/Remote operated robotic field Machinery Fully controlled CA Real time robotic grading & sorting system Individual growth measurement, monitoring & robotic task management system Technology 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 지능형 실시간 영상처리/ 센서퓨전/ 실시간 비파괴 품질인자 계측기술 양방향 마스터/슬레이브 제어기/ man-machine interface Holonic Control System RF 통신 기술/DGPS 형상가변 무한궤도 이동기구 제작기술 생체계측 장치/미세 환경인자 계측 장치 및 기술 <그림 13> 농업 (바이오) 및 건설 로봇 기술개발 TRM - 31 -
2. 3. 1. 2 인 간지원용 의 료 및 복 지로봇 개 요 국민에게 선진화된 의료 복지를 제공하기 위 하여 기존 의 로봇 기술을 활 용 하여 일상생활에서 국민의 건강을 실시간 관리하고 건강에 문제가 있 을 때는 보다 정확한 진단을 내릴 수 있도록 도와주며 의사가 최첨단 수술 방법을 진 행시키는 것을 도와주며 노인과 장애인의 재활을 도와주고 환자를 보살피는 범주의 로봇 시스템의 개발을 말한다. 이러한 의료 복지 로봇 시스템의 개발은 국민의 삶의 질을 향상시키고 진일보된 의료 서비스를 국민에게 제공하여 장 애인과 노인들뿐만 아니라 일반인들에게 보다 건강한 삶을 영유하게 만들고 국민의 보건을 증진시켜 21세기를 더 살기 좋은 사회로 만드는 해결책이 될 것이다. 광범위한 영역의 의료복지로봇 시스템 중에서 수술로봇 시스템과 재활 로봇 시스템 분야가 가장 많은 수요가 예상되며 그 개발 가능성 또 한 매 우 높 다. 그 러 므 로 수술로봇 시스템과 재활로봇 시스템이 다양한 분야에서 활용되고 상용 화될 수 있도록 기반 기술을 개발하고 핵심 시스템을 개발하여 의 료 복 지로봇 시스템의 기반을 다지는 것을 목표로 한다. 기술 개발의 필요성 의료 복지 로봇 시스템이 미래 사회에 미치는 영향과 필요성 인간의 생활이 안정되고 복지와 건강에 대한 관심과 투자가 증가함에 따라 보다 좋은 의료 서비스를 받고자 하는 수요가 급 증 하고 있으며, 첨단 의료장비 와 시설을 갖춘 대형 병원이나 소수 전문 의사들에게 환자들이 몰리고 있는 실정이다. 외과수술 분야의 경우 수술의 성공률과 환자의 회복시간을 단축시키 기 위해서 과거의 개복수술을 대신하여 복강경수술, 최소침습(minimally invasive) 수술 같은 비개복수술 기법들이 기존 수술 방법들을 대체하고 있다[19]. 이런 수술방법에서는 의사가 환부를 직접 보지 못하는 상태에서 전문적인 수술도구 를 다루면서 수술을 집도하기 때문에 의사들에게는 수술을 집도하기 더욱 어 려운 환경을 만들고 있다. 따라서 전문적인 도구를 담당하는 첨단 로봇제어 기 술과 시스템의 개발이 활발하게 수행되고 있고 멀지 않은 미래에는 의사의 감 - 32 -
독 하에 독립적인 수술작업을 수행할 수 있는 지능화된 수술로봇시스템의 등 장이 예상된다. 또한 장애 인구와 노령 인구의 급격한 증가로 인해 이들을 위한 복지 문제 가 21세기의 매우 중요한 의료과제로 떠오르고 있다. 현재에도 인구의 노령화 와 각종 사고로 인한 장애인구의 증가로 이들에 대한 의료비와 보조 노동력이 턱없이 부족한 실정이다. 이로 인해 미국, 유럽, 일본을 중심으로 선진국들은 로봇을 활용한 복지와 재활 공학 시스템에도 많은 노력을 기울이고 있으며 그 결과물이 상용화되어 점점 활용되어져 가고 있다. 이렇듯 의료복지로봇시스템의 개발은 인간의 의료와 복지에 대한 새로운 요구 들을 충족시키고 진일보된 의료 서비스를 국민에게 제공하여 장애 인 과 노 인에 게 독립 생활을 가능하게 하고 국민의 보건을 증진시킴으로써 21세기를 더 살기 좋은 사회로 만드는 해결책이 될 것이다. 의료 복지 로봇 시스템이 미래 경제에 미치는 영향과 필요성 메카트로닉스 기술의 발전과 더불어 로봇은 산업현장에서 인간을 대신하여 많은 작업을 수행하여 왔다. 로봇은 사람에 비해 일반적으로 정밀하며, 큰 파 워를 낼 수 있고, 반복적인 작업을 수행하는 데 용이하다. 이러한 특성으로 인 해 근대 산업에서 로봇은 산업현장의 복잡하면서도 많은 힘과 빠른 속도를 필 요로 하는 일을 수행하여 산업수단에 중추적인 역할을 감당해 왔다. 하지만 산 업현장을 대상으로 하는 이러한 시장은 이미 성숙단계에 이르렀으며 더 큰 경 제적 가치를 창출해 내는 데 한계를 보이고 있다. 또한 현대사회로 오면서 컴퓨터 기술과 제어 기술이 발전 하면 서 21세기 초 지식 정보 기술 (IT)가 급격히 발달하여 정보의 시간적, 지리적 한계를 극복하 여 새로운 지식 정보화 사회를 이끌고 있다. 또한 향후 수년 후 나노 기술 (NT)가 생 명 공학기술 (B T)의 급 속 한 발달 의 성과로 새 로운 테크놀러지가 등 장할 것이다. 이러한 IT, NT와 BT의 첨단 기술들은 인간의 더 나은 삶을 위 해 활용될 것이고 그 주 대상은 인간의 복지와 의료를 담당할 첨단화된 의료 복지 로봇 시스템이 될 것이다[20]. 이미 미국, 일본, 독일과 같은 선진국들은 수년 전부터 medical robot 분야에 대한 연구를 꾸준히 해왔고 현 시점에서는 이미 임상실험을 거쳐 일부는 실제 시술에 사용하고 있다. TIME 지의 2001년 5월 29일자 기사에 따르면 미국의 Intuitive Surgical 사의 da Vinci 수술로봇은 F D A의 승인을 받아 환자수술에 사용 할 수 있게 되었으며 미국에서만 매년 약 50만 명의 heart-bypass 수술 이 필요로 하는 것을 감안한다면 의료복지 로봇시스템의 개발은 경제적으로 - 33 -
큰 영향력을 미치게 될 것으로 보인다. 예를 들면, da Vinci 시스템이 사용하 는 endoscope를 사용하는 minimally invasive 수술방법은 적은 절개방법 때문 에 기존의 수술보다 월등히 빠른 시일 내에 환자가 회복 될 수 있기 때문에 앞으로는 로봇 수술을 원하는 환자가 많이 늘어날 것으로 예상되고 있다[21, 22]. 수술 분야뿐만 아니라 다른 의료분야에서 사람의 역할을 대신할 수 있는 robot 시스템도 많이 개발되어지고 있고 점차 사용되고 있는 추세이다. 미국의 Pyxis 사는 병원에서 빈번히 일어나고 있는 잘못된 약 처방을 방지하기 H omerus라 는 automated drug dispenser를 개발하였고 MIT 같은 경우 심장마비 환자들 을 위해 재활로봇에 대한 연구를 진행 중에 있다[23]. 이런 경향에 비추어 볼 때 의료용 로봇은 단순히 수술을 돕는 것뿐만 아니라 재활, 진단, 인공 생체 공학 등 다 방면에서 이루어지고 있으며 수년 안에 robotics 분야에서 mainstream이 될 것으로 예상된다. 국가적 수요 측 면 에 서 의 전 략 성과 필요성 산업 / 경제적 수요 측면 1960, 70년대에는 신발/섬유 산업이 80, 90년대에는 자동차, 철강, 선박, 반도 체가 그리고 90년 대 후반에는 IT산업이 우리나라의 경제를 이끌어 왔다. 하지 만 중국 및 동남 아시아권 국가의 저임금과 점차 높아지고 있는 기술력에 우 리는 새롭게 우리 경제를 이끌어 줄 수 있는 분야를 필요로 한다. 20세기 후반 의 기반 산업의 중추적인 역할을 주도했던 로보틱스 분야는 인간의 삶에 더욱 밀접하게 접근하면서 여러 분야에서 돌파구를 찾고 있다. 그 중 medical robotics 분야는 그 동안 축적 되어온 우리 기술을 잘 활용할 수 있으면서도 로보틱스 분야 중에서 같은 기능을 갖는 산업용 로봇 시스템에 비하여 매우 큰 고부가 가치를 창출하는 분야이다. 또한 이 분야는 기존의 대단위로 생산되던 산업용 로봇 시스템과는 달리 기계, 전자, 정보, 의료, 생명산업의 최첨단 신기술이 집 약된 로봇 시스템이며, 핵심 기반 기술을 개발한다면 독창적이면서도 경쟁력을 갖는 중심 산업으로 발전할 것이다. 그러므로 의료 복지 로봇 시스템과 같은 경쟁력 있는 중심산업을 국가적으로 전략을 갖고 개발할 필요가 있 다. 사회/정책적 수요 측면 인간의 생활이 안정되고 복지에 대한 기대가 증가하면서 21세기의 주요 정 책은 국민들이 더욱 안정된 생활을 영위하도록 하기 위해서 복지 사회 구현을 제 1목표로 할 것이다. 국민들을 위한 복지 사회를 이루기 위해서는 삶의 질의 - 34 -
향상을 담당하고 지원하기 위한 의료복지 로봇 시스템들이 개발되어야 한다. 하지만 현재의 국가적인 경제 구조상 의료복지 로봇 시스템과 같은 큰 개발 비용과 많은 최첨단 기술이 소요되는 분야의 경우에는 시장에만 맡겨서는 시 장 형성이 매우 늦어질 우려가 클 뿐만 아니라 이로 인해 핵심 기반 기술의 개발이 매우 뒤쳐질 수 있다. 이에 21세기 복지사회 건설의 중추적 역할을 선 도 할 의 료복지로봇 시스템 개발을 국가적 차 원에 서 체 계적인 주 도 아 래 이 분 야의 infrastructure를 계획, 설계하고 이를 바탕으로 학/연/산/의료계의 공조체제 하의 연구와 개발을 해 나가야 할 것이 다. 기술 개발을 국가 차 원에 서 수립/ 추 진 해 야 할 배 경 및 시 급 성 RT, BT, NT를 잘 활 용 하는 국가가 미래의 선진국 선마이크로 시스템즈의 스콧 맥닐리 사장은 앞으로 다가올 미래에 있어 로 봇공학, 유전공학, 나노 테크놀러지가 인간의 생활을 지배할 것이라고 예측했 다. 그 는 이러한 기술들이 인간을 기술로부터 소외시켜 불행하게 할 것이라고 예측했지만, 이것은 역설적으로 앞으로의 미래에 이러한 기술을 잘 다뤄서 인 간에게 유익한 방향으로 활용하는 국가가 미래의 선진국이 될 것이라는 것을 나타낸다. 한국은 의료 복지 로봇에 대한 경제적, 기술적, 사회적측면의 전략적 접근이 필요 특히 우리나라의 경우 반도체, 컴퓨터 등의 전자정보통신 기술과 메카트로닉 스 기술에 있어 세계적 수준의 기술을 확보하고 있는 상황이다. 이러한 기술들 을 활용하여 미래사회에서 중요한 역할을 하게 될 robotics 분야에 국가적 차원 에서 집중적인 연구와 투자를 해야 한다. 또한 로봇 분야 중 인간의 복지와 생 활 수준의 향상에 가장 중요한 역할을 수행할 의료 복지 로봇은 경제적, 기술적 측면만이 아니라 사회적 측면도 고려하여 전략적인 접근이 필요할 것이다. 국내 현실을 반영한 의료 복지 로봇에 대한 정부차원의 기술 육성필요 의료 복지 로봇 시스템을 개발하는데 있어서 국내의 특수한 현실을 반영해 야 한다. 이미 선진국들을 중심으로 로봇을 활용한 기초적인 의료 복지 로봇 시스템의 응용사례가 급증하고 있으며 이미 상용화 단계에 접어 들었다. 선진 국에서는 약 10여년 전부터 장애인을 위한 재활 시스템과 수술을 위한 의료 로봇시스템을 경쟁적으로 개발하고 있으며 현재 이를 더욱 개발 발전시켜 서 비스 로봇으로 그 범위를 확장하고 있다. 하지만 국내의 실정을 볼 때, 한정된 재원의 상황에서 개발비용이 크고 시장 - 35 -
형성이 어려운 첨단의 의학 및 재활 로봇 시스템을 구현하는 것은 쉬운 일이 아니다. 또한 우리는 독특한 식생활과 주생활을 가지고 있고 신체적 특징 및 생활 습관의 차이가 존재하므로 외국의 시스템을 그대로 수입하는 것이 아니 라 정부차원에서 체계적인 관심과 적극적인 추진력으로 의료복지로봇을 설 계 단계에서부터 국내의 사용 대상자의 사회 및 문화적 특성을 고려하여 개발하 여 사용자에게 친근감을 주면서 편리하게 사용할 수 있도록 정부차원의 기술 육성이 절실히 필요하다. 국가주도의 산학연 협력이 절실히 요구됨 의료 복지 로봇 시스템의 효과적인 성장을 위해서는 국가 주도의 프로젝트 를 통하여 기술의 선점이 이루어져야 할 것이고 정부 주도하의 유기적인 산학 연의 협 력 관계가 절실한 시기가 바로 지금이다. 우리나라 대부분의 로봇 기술 자가 학교와 연구소에 있는 실정이므로 정부와 기업이 학연과 병 원을 잘 조 화 시키면서 집중적인 투자를 하여야 한다. 기업은 그러한 기술 및 제품의 상품화 에 힘써야 할 것이며, 미래 시장인 병원과 개발자인 학연의 조화를 최대화시키 며 새 로운 기업의 설립에도 적극적인 투자가 필요하다. 이 를 통 해 아 직 성숙 되 지 않은 세계의 의료 복지 로봇 시장을 점유해 나가야 할 것이다. 기술의 개념 및 특 성 국민의 건강을 체계적으로 관리하며 국민에게 선진화된 의료 복지를 제공하 기 위하여 지능형 의료 복지 로봇 시스템을 개발하여야 한다. 광범위한 영역의 의 료 복 지로봇 시스템들은 각각의 독립적인 로봇 시스템의 개념을 뛰어 넘어 현재 병원의 기능을 훨씬 보강시켜 환자에게 극도의 의료/복지 서비스를 제공 할 지능형 병원 시스템을 구축하는 데 사용될 것이다. 이러한 의료복지 로봇 시 스템은 그 목적과 역할에 따라 다음과 같은 형태로 분류될 수 있다. 건 강 관리 시 스 템 - 일상 생활 속에서 혈압, 체온, 맥박 등을 수시로 측정하여 국민 건강의 지속적인 관리를 구현 - 측정된 건강 정보를 지능형 병원으로 보내 체계적으로 국민의 건강을 관리 실 시 간 진 단 시 스 템 - 의사의 진단 능력을 보충하여 환자의 질병을 보다 정확하고 빠르게 검 사하는 진단 시스템과 적합한 치료 방법을 제시하는 전문가 시스템과 - 36 -
통합 시스템 - 우선 CT나 MRI, ultrasonic으로 대표되는 현재의 진단 기술과 해 석 기 술의 발달로 3차원 정보를 활용한 실시간 진단 시스템의 개발 필요 수술 로봇 시 스 템 - 실제 수술에서 의사를 도와 보다 나은 수술을 수행하도록 도와줌 - 일차적으로 현재 인턴과 같은 보조 인력이 수행하는 보조 수술 로봇에 서부터 가공 정밀도를 향상시키거나 어려운 수술을 용이하게 만들어 주 면서 직접 수술에 사용되는 특수 목적 수술 로봇 시스템의 개발 - 비슷한 유형의 다양한 수술을 집도할 때 사용할 수 있는 지능적이 면 서 도 유연성이 좋은 다목적 수술 로봇 시스템의 개발 - 가상 공간을 이용한 수술 시뮬레이터를 통하여 의료인 육성이나 훈련에 사용 재 활 로봇 시 스 템 - 노인과 장애인의 재활 치료와 일상 생활을 도와주는 로봇 시스템 - 단순한 신체를 지지해 주는 역할을 벗어나 중증 환자나 노인의 신체 움 직임을 향상시키고 빠른 시일 내에 회복하도록 중요 기능을 수행하고 장애인의 장애를 극복하여 독립적인 생활을 가능하게 할 수 있 는 특 정 기능을 수행 간호 (수술 후 관리 ) 시 스 템 - 현재의 간호 인력을 도와서 수술이나 치료를 받은 환자를 보살피는 로봇 - 정확한 투약과 수술 후 관리가 가능하도록 도와주는 기능 - 환자의 이동과 간병, 산책이 가능하고 말 벗 의 기능을 포 함 하는 로봇 인 공 생 체 시 스 템 - 생체 신호와 인공 지능을 활용한 로봇 시스템인 로봇 팔/다리 - 인공 심장, 인공 안구와 같은 신체 장기를 대체하는 인공장기 앞의 여러 영역의 의료복지로봇 시스템은 공통적으로 인간의 건강을 향상시 키면서 최첨단 의료 서비스를 제공하는 도구가 될 것이며 그 중심에 지능형 병원이 존재할 것이다. 이러한 의료복지 로봇 시스템들을 개발하기 위해서는 산/학/연의 긴밀한 협동을 통하여 그 기본 기술을 개발하여 상용화 시켜야 하 며 의료계와의 대폭적인 교류를 통하여 기술의 방향 설정 및 개발, 적용이 이 루어져야 할 것이다. - 37 -
기술개발의 성공을 위 한 전 략 적 접 근 - 의 료 복 지로봇 시스템의 market 추이 및 전망 $100Millions $800 $1000 $600 $100 $250 $350 $400 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 Year 자료: U.N. Industrial Statistics Yearbook, U.S. Dept. of Commerce, U.S. Indus try & Trade Outlook [2 4] <그림 14> 전자의료기기의 세계시장 추이 현재 영상진단기, 생체 신호계측기, 분석기, 치료기기, 재활기기, 인공장기, 의료정보 시스템과 같은 전자의료기기는 현재 연평균 6.2%의 꾸준한 증가를 보이고 있으며 2003년의 세계시장규모는 358.8억 달러로 꾸준한 성장을 할 것 으로 전망된다 (그림 14 참조). 이러한 발전을 계속하다가 2010년을 즈음해서 새로운 개념의 전자의료기기와 더불어 수술로봇 시스템과 재활 로봇 시스템이 활성화된다면 고부가가치성으로 인하여 성장속도는 가속화될 전망이며 의료복 지로봇 시스템을 주축으로 한 전자의료기기의 세계시장이 1000억 달러로 육박 할 것으로 전망된다. 이러한 전망은 2001년 8월 16일에 보건복지부가 '보 건 산 업 신 기술 개발전략'을 통하여 부가가치가 높 고 국민건강 증진에 기여하는 보 건 산업을 첨단 국가전략 산업으로 적극 육성해서 우리나라가 2010년까지 '세 계 7대 보건산업 선진국'에 진입토록 할 계획임을 밝혔기에 이러한 증가가 신 빙성을 갖게 된다. 또한 위의 전자의료기기와 달리 로봇 분야의 세계시장의 발 전 추이를 분석해보자. IFR의 통계자료를 보면 2000년에 세계로봇시 장은 51 억 불로 예상하고 있으며, KAIST 로봇 교육센터는 2005년 전세계적으로 로봇시 - 38 -
장이 300조원 (약 230억불) 규모에 달할 것으로 전망하고 있다[25]. 또한 산자 부가 2001년 7월 산업기술로드맵 공청회[26]에서 2020년에는 로봇 기술의 시장 규모가 1조 4천억 달러로 생명공학 (BT)산업을 추월할 것으로 예상하였으며, IT, B T 기술의 발달로 인한 수명 연장과 인 간고 립화 가 RT산업 의 팽창을 촉발 할 것으로 전망하였다. 이러한 여러 기구의 예상을 통하여 로봇 산업의 세계시 장 추이를 분석해 보면 다음의 그래프를 얻을 수 있다 (그림 20 참조). $1400 $100Millions $900 $600 $230 $51 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 Year 자료: IFR 통계조사, 산업자원부, KAIST 로봇교육센터 <그림 15> 로봇 산업의 세계시장 추이 위의 그림 15는 로봇 산업의 시장이 기하급수적으로 증가할 것임을 시사한 다. 전자의료기기의 성장과 로봇 산업의 성장의 중심은 의료복지로봇 시스템으 로 볼 수 있으며 의료복지 로봇 시스템이 활성화되고 상용화되기 시작할 2010 년을 즈음해서 전자의료기기와 로봇 산업의 성장세가 뚜렷이 증가하는 데서 그 증거를 찾을 수 있을 것이다. IFR의 98년 말의 통계자료에 의하면 가정용 로봇과 의료용 로봇, 청소용 로봇으로 주축을 이루는 서비스로봇의 규모가 6억 달러정도이며 2002년에는 서비스 로봇 시장의 규모가 33억 달러로 증가할 것 으로 예상하였다. 이중 의료용 로봇의 시장은 2002년에 전체 서비스로봇 시장 의 1/3인 약 10억 달러로 예상되며 그 증가율은 기하급수적으로 늘어나 2020 년에 이르러서는 300억 달러로 증가할 것으로 예상된다[27]. 이는 단지 의료복 - 39 -
지 로봇 자체에 의한 세계시장으로 부수적인 시 장 창 출은 이보다 훨씬 클 것 으로 예상된다. 이러한 세계시장의 성장을 미리 예상한 일본, 미국, EU를 중심 으로 하는 세계 선진국들은 발 빠르게 의료복지로봇 시스템에 관심을 갖고 꾸 준히 투자를 하고 있으며 기초적인 상용품이 개발되고 있는 실정이다[28]. $300 $100Millions $150 $80 $1 $10 $30 1995 2000 2005 2010 2015 <그림 16> 의료 및 복지 로봇 시장규모 예측 2020 Year 주 요 선 진 국의 육성 정 책 및 기술 동 향 미 국 및 EU 의 주요 정책 및 기술 동향 로봇기술이 indus trial 로봇에서 pers onal 또는 service 로봇으로 이동 되면서 의료로봇의 활성화가 이루어지고 있는 실정이며 초소형화 기술의 발전에 따른 의료용 로봇 기술의 성공 사례가 증가되고 있다. 그 중 수술로봇에 대해서 살 펴보면 laparos copic cholecystectomy(쓸개제거 수술) 같은 minim ally invasive procedure가 1990년 대 초반부터 보편화되기 시작하였으며 미국 식품 의약청 (FDA)의 경우 2000년 7월 처음으로 외과용 로봇의 시술을 승인하기에 이르렀 다. FDA는 복부를 미세 절개해 시행하는 복강경( 腹 腔 鏡 )수술에서 외과의사의 손과 팔을 대신할 수 있는 로봇 da Vinci를 승인했다 (그림 17 참조). Intuitive Surgical Inc. 가 개발한 이 100만 달러 짜리 외과용 로봇은 복강경을 이용한 담 낭 절 제수술과 심장 bypass 수술에서 그 능력이 입증됐다. 영국의 UK Medical Device Agency는 The PathFinder라는 신경 외과 수술용 로봇의 능력을 증명 하기도 하였는 데 이 로봇은 Queen's Medical Centre에서 사용되고 있으며 파 킨스씨 병 같은 아주 어려운 수술에도 쓰일 수 있다. 독일 일메나우공대 연구 팀 이 개발한 초소형 로봇은 성냥개비 절반 크기 밖에 안되지만 카메라와 초미 - 40 -
니 송곳 등 의료장비를 탑재할 수 있어서 혈관을 구석구석 볼 수 있을뿐만 아 니라 혈관벽에 달라 붙은 지방도 제거할 수 있다. (그림 18 참조). 스웨덴 린코 핑대학의 에드윈 야거 박사팀이 개발한 마이크로 로봇은 이 보다 더 소형이며 세포를 한 곳에서 다른 곳으로 옮기고 박테리아를 잡아낼 수 있을 정도로 작 기 때문에 장차 사람 손이 닿지 않는 부위의 미세수술에 이용될 수 있을 것으 로 기대되고 있다. <그림 1 7 > 외과수술용 로봇 (미국: 다빈치) <그림 1 8 > Endoscopic Surgery Trainer (독일) 일본의 로봇 주요 정책 및 기술 동향 [134] 일본 통산성은 혼다, 파낙, 가와사키 중공업, 동경대학교 등과 함께 2002년에 다목적 휴머노이드(Humanoid) 로봇을 개발하는 것 을 목표 로 하는 과제를 지 원하고 있다. 이 로봇은 외형과 크기가 인간과 매우 흡사한 것으로 알려져 있 다. 고령 인구가 많은 일본을 비롯한 서구의 선진국들은 국가차원에서 노인들 이 자식 등 남의 도움 없이도 집 안팎을 자유롭게 이동하고 생활할 수 있도록 하는 이른바 "실버 테크" 개발에 나서고 있는 데 거동이 불편한 노인들을 위한 로봇 팔을 장착한 휠체어, 병간호를 할 수 있는 이동 로봇 등은 이미 상당한 정도로 실용화 단계에 와 있는 실정이다. 얼마 전까지만 해도 로봇의 전부였던 산업용 로봇에 대한 인기가 크게 떨어진 반면 인간 친화형 로봇은 상당히 각 광 받는 미래 산업으로 자리 잡고 있다. 여기에 최근 일본 정부의 로봇산업에 대한 본격적인 투자로 간병재난구조 등의 도우미 로봇 개발이 한층 활기를 띌 것으로 예상된다. C넷에 따르면 통산성은 로봇산업 의 발전 및 육성을 위 해 ' 21 세기 로봇 챌린지' 프로젝트를 가동할 계획이라고 발표했는 데 통산성은 로봇 이 미래 제조산업에서 중요한 분야가 될 것이라고 강조하고, 이번 프로젝트는 일본이 로봇분야에서 선두 주자가 되는 계기가 되 길 희 망 한다 고 밝혔다. 일본 은 이미 산업용은 물론 소니의 아이보로 대표되는 가정용 시장에서도 세계 주 - 41 -
요 로봇 수출 국가로 입지를 굳히고 있다. 일본 정부의 한 관계자는 특히 일본 은 공장에서 일하는 산업용 로봇에서 적지 않은 기술 노하우를 축적해 사실상 이 분야의 최고로 자리잡고 있다고 설명하고, 이 노하우를 다른 분야로 응용하 면 일본 이외 세계 각지의 다른 나라에서도 거대 시장을 창출할 수 있을 것이 라고 말했다. 통산성은 병원이나 가정에서 로봇이 합법적으로 간병을 할 수 있 도록 관계법의 개정도 추진할 계획이다. 일본의 현행 보험법에서는 헬스케어 (health care) 분야에서 로봇의 역할을 인정하지 않고 있다. 국내의 육성 정 책 및 기술 동 향 국내에서는 한국과학기술원 (KAIST)이 장애인용 로봇과 수화인식로봇, 자 율주행 기능을 갖춘 도우미 로봇, 마이크로 축구로봇 등 을 연구하고 있으며 K IST는 휴 먼 로봇과 서비스로봇, 생체 모방형 인간형 로봇, 지능형 홈 로봇, 자 율 주행형 내시경로봇 등을 국가과제로 개발했거나 개발중이다. 또한 KAIST 에서 미세수술용 원격제어 로보트 시스템 (그림 19)와 고관절 전치환 수술로봇 (그림 20)과 같이 특정 목적 수술 로봇 개발은 HWRS-ERC나 중점 국가과제와 같은 연구 센터를 중심으로 KAIST, 건양대, 국민대와 같은 학교에서 개발이 진행 중에 있다. 정책 지원 산학계의 로봇 개발 열기와는 달리 정부의 관심 과 지원은 턱없이 부족하다. 과학기술부 산하의 한국산업기술진흥협회는 '2000년 한국산업 기술백 서 '에 서 ꡒ정부는 IT분야에 치중되고 있는 벤처 자금을 첨단 로봇을 비롯한 생명공 학 신소재 게임 등 차세대를 지고 갈 첨단기술 분야로 확산시키지 못하고 있 다ꡓ고 지적하고 있다. 삼성전자 강진구 전 회장은 그 의 저 서 ' 삼 성전 자신화와 그 비결'에서 산업 측면에서 로봇 기술의 중요성을 강조하고 있다. 생산성은 물론 품질 향상을 이끄는 로봇 기술을 독자적으로 확보하는 것이야말로 향후 우리 산업 및 국가 경쟁력 강화 차원에서 꼭 필요하다는 의견이다. 삼성전자는 메카트로닉스 센터를 두고 독자적인 로봇 기술을 확보하는 데 전력하고 있다. 과학기술부는 산업용 로봇을 고기능화하고 의 료 복 지, 원자 력, 전 기가스, 건 설 등 다양한 서비스현장에 적용할 로봇을 개발하기 위 하여 '98년부터 중점국가 연구개발 사업으로 서비스로봇 기술개발 사 업 을 추진하고 있다. - 42 -
<그림 19> 미세수술용 원격제어 로보트 시스템 (KAIST)<그림 2 0 > 고관절 전치환 수술로봇 (KAIST) 현 재 의 기술수준 과 시 장경 쟁 력 분 석 우리나라가 선진국들과 경쟁하기 위해서는 국내의 전국적인 정보화 환경과 우수한 정보통신, 반도체, 전자기술이 메카트로닉스, 로보틱스를 기반으로 하여 국가의 주도 하에 의료 복지 서비스 환경을 개선하고 의공학과의 개설 등 의 학분야에 대한 학구적인 발판을 마련하며 산/ 학/ 연/의료계의 협력체제를 최대 화시킬 수 있는 project들을 추진하여 꾸준히 핵심기술을 개발하여 야 한다. 현 재 우리나라가 의료복지로봇시스템 개발을 시작해야 하는 이유는 늘어나는 노 인과 장애인구뿐만 아니라 일반인들에게까지 진일보 된 의료복지 서비스를 제 공하고 21세기형 국가 주력 산업 기반을 구축하기 위함이다. 이러한 과정에서 우리나라는 세계 의료복지로봇 시장을 주도하고 관련 산업 의 동시다발적인 높 은 성장을 이룰 수 있을 것이다. 우리가 의료복지로봇 시스템 개발을 빨리 시 작해야 할 시급성으로는 현재 선진국들은 의료용 로봇 시스템 개발에 집중적 인 투자를 10여년간 진행시키고 있으며 의료/복지에 관련된 특허/지적 재산권 과 같은 핵심기술을 선점해 가고 있다. 이로 인해 우리가 차지할 수 있는 영역 은 연구 개발의 지체로 말미암아 점점 어려워지며 좁아질 수 밖에 없다. - 43 -
< 표 1 1 > 의 료 및 복 지용 로봇기술 SW OT분 석 강 점 약 점 - 전국적인 정보화 환경 - 우수한 정보통신, 반도체, 전자기술 - 메카트로닉스관련 다양한 산업기반 - 우수인력의 Robotics분야 관심 - 의료/복지 서비스 환경 취약 - 국내 의료용 로봇공학관련 - 산/학/연과 병원의 협력체제 취약 - 핵심 요소기술과 연구인 력 부족 기 회 위 협 - 진일보된 의료/복지 서비스에 대한 요구 - 의료계의 보수성 - 노령인구 증가 - 보험 및 책임소재문제 - 장애자 독립생활 구현 - 의료/복지에 관련된 - 21C형 국가 주력산업 기반 구축 - 산업계의 단기투자성향 - 세계시장 선점 가능성 있음 - 산/학/연과 병원의 기반기술의 시너지 창출 - 관련 산업의 동시다발적 성장 잠재력 선택과 집중 위의 SWOT에서 분석하였듯이 우리나라는 의료복지로봇 개발에 체 계적인 접근이 필요하다. 국내의 재원과 인력을 살펴볼 때 광범위한 의료복지로봇 개 발을 주도하는 것은 매우 어려우며 우리나라가 강한 공업용 로보틱스 분야에 정보화 산업의 활력과 제조업의 노하우를 살려 의료계와의 긴밀한 협조 아래 수술 로봇 시스템과 재활로봇 시스템을 우선 집중적으로 개발하여 야 한다. 앞 서 살펴본 바와 같이 미국, 일본, EU를 중심으로 여러 국가에서 기존의 수술 도구를 로봇을 이용한 수술 로봇 시스템으로 대체하기 위한 많은 개발이 이루 어지고 있으며, 차츰 그 결과물이 나오기 시작하였다. 우리나라도 수술로봇 시 스템을 집중적으로 개발하여 의료선진국의 반열에 합류하여야 한다. 또한 노인 과 장애인의 증가로 많은 양의 재활 시스템에 재원과 인력이 투여되고 있지만 현재 국내에서만 전체 인구의 7% 이상으로 증가하고 있는 노인 인구와 100만 명이 넘는 장애인들을 보살피기 위한 재원과 인력이 턱없이 부족한 실정이다. 이에 재활 로봇 시스템의 개발은 노인과 장애인의 사회생활을 독립시켜서 사 회복지 국가를 이루기 위한 기초 투자라고 할 수 있다. 전국적 건강 관리 시스 템과 실시간 진단 시스템, 간호(수술 후 관리 )시스템 및 인공 생체 시스템의 다른 분야의 의료복지 로봇 시스템 분야도 미래의 복지 사회 건설과 경쟁력 있는 국가 경제 중심 산업 구축을 위해 매우 중요한 요소이지만 앞서 미국, 일 본, EU와 같은 선진 복지 국가의 육성 정책과 기술 동향을 살펴 볼 때, 수술 로봇 시스템과 재활 로봇 시스템 분야가 의료복지를 위한 핵심 시스템임을 알 수 있으며 이에 우리나라에서는 우리의 생활 방식과 경제 현실을 고려한 수술 로봇 시스템과 재활 로봇 시스템의 개발에 박차를 가해야 할 것이다. - 44 -
Products Technology Roadmap (Medical Robotics) Medical robot Rehab. robot Surgery Assistant Robot Minimally Invasive Surgical Robot Non-Invasive Surgical Robot Surgical Simulator Surgical Training System Intelligent Wheel Chair Tender Robot Intelligent Nursing Robot Health-Care Bionics Health Monitoring Health Management Expert System National Total Health-care System Real-time Diagnostics Artificial Organs/Limbs Misc Telemedicine Intelligent Hospital Virtual Medication System Technology 2000 2005 2010 2015 2020 Imaging processing Sensor Actuator Device Control Intelligence Rendering 3D/Stereo Visualization Real-time Organ Inspection/Visualization Real-time Image Processing Image Overlaying Voice Recognition Neural Signal Detection Body-attachable Health Sensor Human Cognition / Understanding High Power/ Micro Multi-DOF Manipulator Modular / Reconfigurable Manipulator and Tool Dexterous Manipulator and Tool Teleoperation on Internet Real-time Registration Realistic Haptic Feedback Evolutionary/Artificial Intelligence Self Decision-Making Autonomous Surgical Planning Biological Biological Properties Human body Modeling Bio-Chips Material Bio-compatible < 그 림 2 1 > 의 료 및 복 지용 로봇기술개발 TRM 발전 전 망 및 기대 효 과 국내의 기술을 통한 의료복지 로봇 시스템 개발의 전망은 매우 밝으며 성공적인 개발을 통해 기대할 수 있는 효과는 다 음 과 같 다. 산업 경 제적 효 과 - 새로운 분야의 창출로 경제 분야의 활성화 - 선진 경제로의 도약 기술적 효 과 - 전자, 정보, MEMS, 인공지능, 생체공학,신소재 등 첨단 분야의 혁신과 융합 - 기계, 전자, 정보, 생체 및 의공학 관련분야의 창의적인 원천기술을 확보 사 회 문화 적효 과 - 삶의 질을 향상 - 노령화에 대한 노약자 복지 수요 해결 - 45 -
- 인간이 기피하는 작업의 대체 국제적 효 과 - 의료 복지 선진화 - 의료 산업을 기초로 한 국가 신뢰도 향상 오 락 및 개인 용 로봇 개 요 개인용 로봇은 개인 생활의 본질인 운동성을 보조하며, 지능을 갖는 인간 공생형 대인 지원 로봇임. H om e Autom ation을 지원하는 가정 용, 고령자와 신 체장애자 등에 대한 생활 지원용, 오락 (Entertainment) 용 등으로 분류할 수 있 다. 기술개발의 최종목적은 인간의 삶의 질 향상, 노령화 사회의 실질적인 해결책, 21세기 국가경쟁력의 확보에 있다. 기술개발의 필요성 - 로봇시장의 변화 메카트로닉스 기술의 발전과 더불어 로봇은 산업 현장에서 인간을 대신하여 많은 작업을 수행하여 왔다. 로봇은 사람에 비해 일반적으로 정밀하며, 큰 파 워를 낼 수 있고, 반복적인 작업을 수행하는 데 용이하다. 이러한 특성을 십분 활용하여 로봇은 FA (Factory Automation)분야에서 큰 역할을 수행하고 있다. 하지만 생산현장을 대상으로 하는 이러한 시장은 이미 성숙단계에 이르렀으며 더 큰 경제적 가치를 창출해 내는 데 한계를 보이고 있다. 또한 현대 사회로 오면서 컴퓨터 기술과 제어 기술이 발전하면 서 로봇은 점 점 산업 현 장에 서 벗 어나 사람과 함께 생활하는 수준에 이르게 되었다. 로봇의 초창기 연구부터 꿈 꾸어 왔던 사람과 함께 생활하는 로봇이 현실화 되어가고 있다. 특히 최근에는 가정용 로봇이 실제로 판매되고 있는 실정이고 사회의 관심은 가정용 컴퓨터 가 보급되기 시작했을 때보다 크다. 로봇을 필요로 하는 인간의 욕구에는 로봇이 조 수와 같 은 역할을 해주기를 바라는 욕구와 삶의 즐거움을 얻을 수 있는 대상으로의 욕구가 로봇의 등장 이전부터 현재까지 계속 존재해오고 있다. 실제로 사람의 이러한 욕구를 만족 시킬 수 있으면서 경제적 부담을 주지 않는다면 로봇의 시장성은 분명하다. 영 - 46 -
국의 미래학자 Ian D. Pearson이 2020년에는 로봇의 수가 사람의 인구를 초과 할 것이라는 예측도 인간의 욕구와 기술의 성장 가능성을 점치고 판단한 결과 이다. 또한 일본의 미쓰비시 연구소는 1999년 '로봇산업 예측자료'에서 로봇 시 장이 매년 18% 이상의 성장률을 보이며 2020년에는 1조4,000억 달러가 될 것 이라고 예상하고 있고 일본 로봇공업협회는 금세기 내에 자동차 산업의 규모 를 앞지를 것으로 내다보고 있으며, 2010년에 일본의 Personal 로봇 시장은 1 조엔 규모가 될 것으로 보고 있다. 현재 지능형 애완 로봇이 많은 인기를 끌고 있으나, 절대적인 로봇 수요에 비추어 보았을 때 그 수요는 크지 않다. 미쓰비시 보고서에 의하면 현재를 시 장 형성기의 단계로 보고 있으며, 애완 로봇 청소 로봇 등을 중심으로 시장을 개척해 나가는 단계라고 할 수 있다. 시장 확산기인 2010년 경에는 본격적인 서비스 로봇이 보급되며 로봇 기술의 급속한 발전과 함께 1,800억 달러의 시장 규모를 이룰 것이다. 2020년 경에는 앞서 말한 바와 같이 Personal 로봇이 각 가정에 필수적인 존재가 되어 미래 로봇 시 장의 주축을 이룰 것이 확실하다. 그림 22는 2000년부터 2020년까지의 로봇 시장의 성장 추이를 나타낸 것이다. 1조400억 달러 애완/청소로봇 중심의 시장형성 퍼스널 로봇보급 퍼스널 로봇발전 Health Care, Welfare 로봇등장 1,800억 달러 퍼스널 로봇 의일반화1 가구 1로봇 시대 개막 950억 달러 2000년 2010년 2020년 <그림 22> 로봇 시장의 성장 추이 - 47 -
미래로봇산업의 주역은 Personal Robot 이처럼 로봇이 가정용으로 확산되고 있는 과정을 보면 개인용 컴퓨터 (PC) 가 보급될 때와 비슷한 양상을 띤다. PC가 일반 업무뿐만 아니라 게임 산업과 맞물려 엄청난 보급이 이루어졌듯이 로봇의 가정으로의 확산도 Entertainment 산업과 가장 먼저 손을 잡게 되었다. 최근 판매가 급증하고 있는 개인용 애완 로봇은 비교적 높은 가격에도 불구하고 판매액이 기하급수적으로 늘고 있다. 결국 미래의 로봇 산업은 Personal Robot으 로 귀착 될 것 으 로 보이고 그 주된 응용 분야로는 Entertainment 및 사람의 동반자 역할이 큰 부분을 차지하게 될 것이다. 이러한 배경으로 인해 Personal Robot과 E ntertainm ent Robot은 매 우 밀접하게 발전되어질 것으로 예상할 수 있다. 인간의 새로운 친구 Personal Robot Personal robot은 일상생활에서 인간과 공존하며 인간을 도와주거나 인간의 능력을 십분 활용하는 데 도구로 이용되는 로봇이다. 이러한 개념은 일본에서 만들고 있는 Everyday robot의 개념 과 유 사 하다. Pers onal Robot은 청소, 경 비, 설거지, 세차, 요리 등 가정에서 발생하는 크고 작은 노동을 대신하게 될뿐 만 아니라 Entertainment 기능을 동시에 갖게 될 것이다. 또한 현재의 로봇 축 구와 같은 게임전용 또는 공연전용 Entertainment 로봇도 같은 기술을 응용하 여 개발될 전망이다. 관련 과학기술의 효과적인 발전을 위한 대표적 기술분야로서의 개인용 로봇 돌파형 혁신 기술로서의 강력한 집중 분야가 필요하며 개인용 Entertainment 로 봇분야는 광범위한 로봇 분야를 체계적 효과적으로 선도할 수 있는 분야이다. RT, BT, NT를 잘 활 용 하는 국가가 미래의 선진국 선마이크로 시스템즈의 스콧 맥닐리 사장은 앞으로 다가올 미래에 있어 로 봇공학, 유전공학, 나 노 테크놀러지가 인간의 생활을 지배할 것이라고 예측했 다. 그 는 이러한 기술들이 인간을 기술로부터 소외시켜 불행하게 할 것이라고 예측했지만, 이것은 역설적으로 앞으로의 미래에 이러한 기술을 잘 다뤄 인간 에 게 유 익한 방향으로 활용하는 국가가 미래의 선진국이 될 것이라는 것을 나 타낸다. 한국은 Personal Robot에 대한 경제적, 기술적, 사회적 측면의 전략적 접근 이 필요 특히 우리나라의 경우 반도체, 컴퓨터 등의 전자정보통신 기술과 메 카 - 48 -
트로닉스 기술에 있어 세계적 수준의 기술을 확보하고 있는 상황이다. 따라서 이러한 기술들을 활용하여 미래사회에서 중요한 역할을 하게 될 robotics 분야 에 집중적인 연구와 투자를 해야 할 것으로 보인다. 또한 personal robot은 인 간의 복지와 생활 수준의 향상을 위해서도 큰 역할을 할 것이므로 경제적, 기 술적 측면만이 아니라 사회적 측면도 고려하여 전략적인 접근이 필요할 것이 다. 개인용 로봇은 향후 자동차 산업과 같이 대량 생산이 이루어질 분야로 전 략적인 특화 산업구조의 형성, 기반산업의 조성 등이 결국 국제 경쟁력을 좌우 할 것이다. 지능 로봇의 근간이 되어질 개인용 로봇 분야에 대한 장기적이 고 전 략 적인 준비가 필요하다. Personal Robot에 대한 기술개발로 표준제정에의 공헌 필요 Personal 로봇이 세계적으로 보급이 될 때는 세계적으로 수만 개 이상의 로 봇 회사가 설립될 것으로 보인다. 현재 Personal 컴퓨터 시장의 형성과 비슷한 형태로 모듈 로봇의 베이스에 여러 모듈을 붙이는 형태가 될 것으로 보이며, 이것이 가능하기 위해서는 모듈 및 로봇 베이스의 세계 표준이 만들어질 것이 다. 우리는 그 표준의 형성과 시장의 주도에 관심을 가져야 할 것이다. 표준을 제정할 때 참가하여 자신의 기술과 제품이 표준에 가깝게 접근한 기업들이 세 계 시장을 장악한 정보 통신 산업 분야의 선례를 볼 때 로봇 분야에서도 발 빠 른 기술 개발과 더불어 표준 제정에의 공헌이 필요하다. 국가주도의 산학연 협력이 절실히 요구됨 그러기 위해서는 국가 주도의 프로젝트를 통하여 기술의 선점이 이루어져야 할 것이고 정부 주도하의 유기적인 산학연의 협 력 관계가 절 실 한 시 기가 바 로 지금이다. 우리나라 대부분의 로봇 기술자가 학교와 연구소에 있는 실정이므로 정 부와 기업의 학연에 대한 집중적인 투자가 필요하다. 기업 은 그 러 한 기술 및 제품의 상품화에 힘써야 할 것이며, 미래 시장의 대비를 위해서 새로운 기업의 설립에도 적극적인 투자가 필요하다. 이를 통해 아직 성숙되지 않은 Personal 로봇 시장을 점유해 나가야 할 것이다. 기술개발의 개념 및 특 성 Pers onal 로봇 Personal 로봇이 등장함에 따라 사회는 크게 변할 것으로 예상된다. 사회는 경제력을 갖춘 고령화 사회가 될 것으로 예상되며, Personal 로봇은 인구의 많 - 49 -
은 부분을 차지하게 될 고령인구의 사회활동을 도와줄 수 있을 것이며, 주부의 가사를 로봇이 대신해 줌으로써 여성의 사회 진출 또한 확대될 것이다. Personal robot은 home automation 기술이 상용화됨에 따라, 그 기능이 비약적으로 확 장될 것이며, smart home과의 연동이 자연스럽게 이루어질 것이다. 초기의 Personal 로봇 하드웨어는 기본적 시스템에 특수 기능을 갖는 모듈을 구입하여 부착하는 형태가 될 것이다. 현재 개발되고 있는 Personal 로봇은 바퀴 타입이 나 캐터필러타입이 대부분이며 이런 구조는 인간형 로봇기술이 상용화 수준을 넘기 전까지는 유지될 것이다. 부착될 모듈은 그립퍼나 로봇 손 같은 구동기로 부터 카메라, 초음파 센서를 비롯한 다양한 센서 등과 편의 장비 등이 될 것이 다. 그러나, Personal 로봇의 목표는 인간이 생활하도록 설계된 환경에서 인간 과 같이 생활하며 도움을 주는 것이므로, 궁극적인 하드웨어의 목표는 인간형 로봇이다. 진정한 의미의 인간형 로봇으로 발전하기 위한 여러 가지 조건들이 만족되어야겠지만 로봇과 인간이 공존하기 위한 사회 Infra의 표준화 그리고 효 율적인 근육형 acutator의 개발 등과 같은 혁신적인 기반기술의 발전이 해결되 어야 할 것이고 무엇 보다 공존을 위한 안정성 문제가 해결되어야 할 것이다. 인간형 로봇기술의 발전과 함께 인공지능의 발전은 초기 Pers onal 로봇에 부 착되는 모듈들을 대신하게 할 것이다. 즉, 인공 지능이 낮을수록 작업의 복잡 도가 낮아지고 기능에 따른 E nd- effector의 설계가 필요하지만, 지능이 높을수 록 단순한 동작을 조합하여 기능을 수행 할 수 있기 때문에 점점 모듈화 되었 던 로봇이 통합된 인간형 로봇으로 진화할 수 있게 된다. 하드웨어의 발전과 함께 인공지능 및 시각 정보 처리 기술, 자연어 처리기술의 발전은 Personal 로봇에 큰 영향을 줄 것이다. 따라서 이러한 기술이 완성될 것으로 예상되는 2015년 이후에 진정한 의미의 인간형 로봇으로 그 주류가 바뀌어 질 것으로 예상된다. Personal 로봇 중에서도 가사 등을 도울 수 있는 가정용 로봇은 이 시기에 이르러야 비로소 일반 가정에서 널리 사용되기 시작할 것으로 판단된 다. 2020년에 이르면 Personal 로봇의 수가 선진국의 경우 인구 수를 초과할 것이다. E ntertainm ent 로봇 Personal robot의 한 분야인 Entertainment 전용 로봇의 미래를 예측해 보면 다음과 같다. 2002년부터 2005년까지는 비디오게임에서 로봇 게임으로 시장의 전환이 이루어 질 것으로 보이고 주류는 현재 대중화 되어가고 있는 로봇 축 구를 중심으로 이루어질 것이다. 이 로봇 축구를 온라인 로봇 경기 이상의 박 진감을 도모하기 위하여 다양한 인간-로봇 상호작용 기술이 개발될 것이다. 좀 - 50 -
더 나아가서 사용자는 자신의 로봇이 자신의 경기 스타일에 적응되기를 바라 고 기술은 거기에 발맞추어 발전될 것인 데, 현재 세계적으로 붐이 일고 있는 진화연산 기법이 로봇 경기에 정착될 것이다. Humanoid robot의 발전과 더불 어 로봇 경 기는 점점 인간의 스포츠 등의 경기 형태와 닮아갈 것으로 보이는 데 다양 한 생체 구동기 (bio- actuator)와 생체 감지기 (bio-s ensor)의 개발과 생체 역학 을 통한 로봇 운동 능력 향상으로 2010년 이후에는 인간과 로봇의 스포츠 경 기의 형태가 거의 닮게 되고, 또한 사용자는 자신의 로봇을 훈련시키고 함께 연습하여 호흡을 맞추어 경기에 임하게 될 것이다. 뇌과학, 인지과학, 진 화 학 습, 사이보그 기술의 발달로 로봇이 인간의 운동 능력을 뛰어 넘을 것으로 예 상되는 2020년부터 2030년 사이에는 로봇만의 경기 방식이 새로이 구상되어 로봇 스포츠가 Entertainment 시장에 들어설 것으로 예상되며, 로봇이 Entertainment의 주체가 되는 21세기의 콜로세움 시대가 열릴 것이다. 향후 20 년 사이에 나타날 것으로 예상되는 Personal Robot은 표 15와 같다. <표 12> 향후 20년 내에 예상되는 Personal & Entertainment Robot 개발 로봇 기능 가사 로봇 생활 도우미로봇 (장애인, 노인) 가정에서 조리, 세탁, 청소 등의 일을 수행하여 가사노동의 부담 을 줄여줌 병원, 요양소등에서 재활 훈련을 돕거나 일상생활을 해나가는 데 불편이 없도록 도와줌 애완용 로봇 인간의 감정적 동반자의 역할을 하며 여가 선용에 도움을 줌 안내 로봇 공공장소, 회사, 테마파크 등에서 안내에 필요한 Databas e에 연결되 어 필요한 정보를 효과적으로 보여주며 흥미로운 안내작업을 수행 서빙 로봇 음식점등 대형 서비스 업체에서 효율적인 서빙작업을 수행함 교육용 로봇 학교, 가정에서 다양한 도구를 이용해 교육에 효과적이며 친근한 수단 으로 활용 퍼포먼스 로봇 테마파크나 기업체의 홍보등에 사용되어 다양한 볼거리를 제공함 경기용 로봇 대중매체를 통해 로봇간의 흥미로운 경기를 보여주거나 가정에서 인간의 스포츠 활동에 동반자가 됨 - 51 -
제안하는 사 업 및 기술개발의 성공을 위 한 전 략 적 접 근 주 요 선 진 국의 육성정 책 및 기술동 향 일 본 - 신규시장창출을 위한 선도적인 로봇기술개발에 적극 적인 투 자 가 이루어지 고 있다. (통산성주도의 극한작업로봇프로젝트, 인간형로봇 실용화를 위한 기술개발 등) - 통산성은 혼다 社 와 공동으로 2003년을 목표로 신장이 160cm이고 체중 100kg 이하인 인간형 로봇 P3를 개발하고 있다. - 업계와 학계는 소니 社 의 경우 강아지와 크기 모양이 비슷하고 감정 표현 이 가능한 애완용 로봇인 Aibo를 개발 (99. 6)하여 일본은 물론 미국과 유 럽에서 판매중이다. - 동경대는 한 손으로 물을 따르는 등 인간의 동작을 학습해서 재현할 수 있는 로봇을 개발해 21세기 꿈의 기술전 (7.21-8. 6 동경) 에 출품할 예 정이다. - 와세다대는 NTT산하 과학기초연구소와 공동으로 청각장애자용 보조기구와 인공성대를 개발하기 위해 인간과 똑같이 발성하는 로봇을 개발했다. 유 럽 - 英 다이슨사는 센서를 이용해 의자나 책상 등 장애물을 피해 다니며 청소 할 수 있는 자동 주행형 청소로봇을 개발 (99.12)했다. 국내 기술 현 황 - 많은 중소기업이 로봇 (특히 가정용, Entertainment용)에 기대를 가지고 회사를 창업하거나 개발을 시작함. 아직은 수익을 많이 내고 있는 수준은 아니고 영세함. - 로봇이 종류가 매우 많고, 큰 투자 없이 기술중심으로 할 수 있으며 대량 생산되기 어렵기 때문에 중소기업에서 진행이 활발하다. - Personal 로봇은 선진국과 비슷하게 아직 시장이 형성되어 있지 않으나, 21세기 산업과 생활패턴의 변화로 신규 유망산업분야로 부각되고 있다. - 최근, 애완용로봇, 완구로봇 등의 개발에 관심 이 높 아 지고 있고, 관련 벤처 기업의 창업도 늘고 있다. - 개인용 로봇은 시장도 크며, 기술적으로도 접근이 가능한 아이템이라 할 수 있다. (2020년경에는 가정용로봇의 보급이 이루어져 자동차산업의 규모 로 발전하리라고 예상됨) - 기업자체연구로서는 삼성전자의 Personal Robot가 있고 일부 벤처기업에 - 52 -
서 오락용 로봇 개발을 시도하고 있다. - 지금까지의 현황을 종합하면, 일부기업에서의 퍼스널 로봇 과 휴먼로봇과 같 은 기초연구가 중심적이었다는 것을 알 수 있다. 로봇분야 중 Personal Robot 분야, 특히 잠재 시장규모가 큰 가정용로봇에 대한 국가연구지원이 없는 상황이다. 시 장 동 향 현 재 Entertainment robot의 market 경 우 대 부분 이 장난감에 치중되어있다. 2000년도 연말에 나온 USA Today의 기사에 따르면 2000년도의 장난감 market은 1999년도의 US$ 23 billion을 3~4% 상회할 것으로 보았다. 특히 근 2~3년간의 trend를 보았을 때 인간과 interact할 수 있는 로봇들 특히 아이들 에게 장난감과 교육의 목적을 함께 수행 할 있는 인간 친화형의 장난감 로봇 들이 많이 나와있는 실정이다. 이런 로봇들은 일차적으로 애완용 로봇의 모양 으로 시작해서 점차 그 market이 커지고 있다. 1998년도에 선을 보인 Tiger사 의 Furby, 1999년도의 SONY사의 AIBO, 2000년도의 Tiger사의 Poo-Chi, SONY 사의 SD R- 3 X 는 요즘 의 toy robot mark et을 이루고 있는 좋은 예이다. 이런 interactive toy 같은 경우 2000년도 1월부터 11월까지 약 $316 million 정도의 시장성을 보여주었다 (MSNBC). SONY의 2세대 AIBO 같은 경우 $1500의 높은 가격에도 불구하고 45000 대 정도가 전 세계적으로 팔렸다. Nikkei Weekly의 분 석에 따르면 애완용 robot의 mark et은 곧 $ 1 0.9 billion 을 육박 할 것임을 예 상하고 있다. 하지만 toy robot market이 personal / entertainment robot 쪽으로 확산될 경우 market은 이보다 훨씬 더 커질 수밖에 없는 것은 자명한 사실이 다. (그림 23 참조) $(*1억) 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 2002 2005 2010 2015 2020 년도 자료: IFR, 미쓰비시연구소, 일본공엽회, 한국시장자료를 바탕으로 시장규모 추정[2] < 그림 23> Personal Robot M arket Expectation - 53 -
1980년대 초 아주 작게 시작된 personal computer 시장이 20년이 지난 오 늘날 인간 사회에서 없어서는 안될 essential commodity가 된 것처럼 근 2~3년 에 걸쳐 시작된 entertainment robot은 앞으로는 애완용 장난감을 시작으로 해 서 사람의 생활을 윤택하게 할 Personal Robot으로 발전할 것이다. 예를 들어 Honda의 ASIMO 같은 경우 2001년 양로원 도우미로 대당 $100,000에 약 100 대 정도를 팔 계획이 세워져 있다. Product & Technology 현재 시장에서 판매되고 있는 Personal & Entertainment robot은 다음의 표 13에서 보는 바와 같이 robot을 이용해 즐거움을 느끼는 측면을 강조한 완구, 애완용 robot, 로봇축구 관련 robot 그리고 테마 파크나 박물관 전시 등의 목 적을 고려한 전시용 로봇 등의 entertainment robot과 home automation과 연 동기능을 갖거나 가족간의 network망으로서의 기능을 담당하는 personal robot 등으로 크게 구분할 수 있다. 일본의 전자, 완구 메이커를 중심으로 다양한 제 품들이 개발되고 있는 완구, 애완용 로봇의 경우 인간과의 상호작용을 효과적 으로 이루기 위해 다양한 센서를 이용한 기술이 사용되어야 하고 복잡한 동작 을 구현할 수 있어야 하므로 아직은 가격이 고가이고 시장이 완벽히 형성되지 는 않은 것이 현실이다. 로봇축구 관련 robot은 주로 로봇과 더불어 경기에 사 용되는 시스템 전체를 개발, 판매하고 있으며 국내에도 많은 기업들이 진출해 있다. 가족간의 인간적 network을 연결해줄 수 있는 Personal robot도 역 시 국 내 및 일본 등지에서 활발히 연구되고 있으며 이미 제품으로 출시되고 있다. 기초적인 음성인식기술이나 간단한 감성표현기술, 부품 소형화 기술 등은 이미 상용화된 제품에 쓰이기 시작하였으며, 시각정보 인식기능 등도 미약하나마 상 용화되고 있다. 그러나 아직까지는 인간의 생활에 도움을 줄 수 있을 정도에는 이르지 못하고 있다. - 54 -
<표 13> 현재 실용되고 있는 Entertainment & Personal Robot 분류 국내 다진 시스템, 로보블럭 등 완구, 애완용 로봇 SONY (Japan), Bandai (J apan), Lego (D enmark) 등 국외 유진로보틱스, 한울로보틱스, 로커, 마이크로어드벤처 등 국내 Entertainment robot 로봇축구 시스템 Tomy (Japan), Bandai (J apan) 등 국외 로커 국내 테마파크 전시용 로봇 TheTech (USA), Entertainment robots (USA) 등 국외 삼성전자, 우리기술, 조이 로봇, 유진 로보틱스 등 국내 Personal Robot Honda (Japan), NEC (Japan), Fraunhofer IPA (Germany) 등 국외 - 55 -
핵 심 기술 및 개발 방향 Personal Robot 관련기술을 기능별로 나누어보면 다음 표 14와 같이 정리 할 수 있다. 이러한 기술구분에 대해 난이도 평가결과를 표에 나타내었다. 생 활지원/보조로봇은 노약자지원 등 안전 및 신뢰성확보기술이 까다로워 상품화 에는 상당한 시간을 요할 것으로 판단된다. 가정용로봇은 작업기능실현이 어려 워 부분적인 기능실현이 예상된다. Pet로봇은 비교적 난이도가 높지 않은 기술 을 선 정 하여 개발하면 되기 때문에 상품화가 가장 용이하다. 현재 Pet로봇이 가장 먼저 시판되고 있는 것도 이 때문이다. 애완/오락성과 인터넷기능, 실현 가능한 작업기능만으로 구성할 수 있기 때문에, 유 력 한 차 기상품화 대상으로 예견된다. 퍼스널 로봇분야에서 일본은 H/W 중심으로 미국은S/W 중심으로 개발을 진행 중이며, 퍼스널 로봇은 한국에 산업구조에 적합한 차세대 산업이며 시기적으로 지금이 투자의 적기이다. <표 14> Personal Robot관련 핵심기술 구분 핵 심 기 술 고 려 해 야 할 특 성 운동계 이 동 가 능 제한요소(문턱, 현관, 복도등)를 잘 극복할수 있는 이동 메커니즘 작 업 기 능 물체 조작 가능한 소형 경량 매니퓰레이션 시 각 센 싱 기 능 CCD, 적외선센서 감각계 음 성 센 싱 기 능 고감도마이크, 스피커, 입체음향기술 자기위치계측기능 가속도센서, 자이로, 엔코더 환 경 센 싱 기 능 초음파센서, 압력센서, 온도센서등 커뮤니 케이션 통 신 기 능 기기간 및 외 부환경 과의 접속 및 제어 를 위한 네 트 워킹 조 작 기 능 다화자 음성인식 및 합성, 시각인식, 인간오류처리 자 율 제 어 기 능 환경인식, 긴급사항조치 자율성 작 업 인 식 / 판 단 / 학 습 기 능 AI 알 고리 즘 자 기 보 호 기 능 시스템자동복구, 상태체크, 고장경보 에 너 지 자 립 기 능 고밀도 배터리 사용, 자동 충전시스템 인 간 친 화 성 호감을 줄수 있는 친숙한 디자인 및 오락성 안 전 / 신 뢰 성 일반인에 의한 손쉬운 조작 - 56 -
극 한 환 경 용 로봇 개 요 - 위험 작업용 로봇은 대체적으로 대량생산이 요구되지는 않으나 로봇의 활용에 따른 파급효과가 크고, 특히 국가의 생존과 직결되어 있다. - 기술의 특수성 (국가보안, 첨단기술 등)으로 해외 기술도입이 어려움이 있다. - 비정형적인 작업을 완수해야 하므로 이동부, 조작기부, 관측 및 센싱부가 기본적으로 합체된 형태로 개발되어야 하며, 시스템이 복잡해짐에 따라 실시간 제어기술이 선결되어야할 핵심 기술이다. - 또한 다수의 로봇이 협동하여 작업을 수행하는 것이 효율적이므로 협조 제어 기술과 함께 고방사선, 고온, 고압 등 극한기술이 해결되어야 한다. - 본 기술은 IT, MEMS, 소형 모터 등 타 분야와의 긴밀한 연계 하에 개발이 추 진되어야 한다. 기술개발의 필요성 - 우주개발은 국가의 미래를 준비하는 기술로 원격로봇기술은 필수적인 핵심 기술이다. - 삼면이 바다인 우리나라의 실정에서 해양 작업용 로봇개발은 시 급 하며, 적용범위도 광범위하다. 심해 해양 과학 및 자원조사 해저 구조물 설치 해양공간 이용 - 화재, 지진, 해양 및 원자력 사고, 건물붕괴, 화생방 등 산업화 재해와 자 연재해가 빈번해지고 있으며, 인구가 밀집됨에 따른 피해 규모 증가에 대비한 방재로봇은 당면한 문제를 해결할 수 있다. - 국가산업의 기반이 되는 국내전력의 40%를 원자력에너지에 의존함에 따 라 원전의 유지보수 및 감시점검이 안전성 확보차원에서 중요한 사안으 로 부상되고 있다. - 전세계에서 유일하게 군사적 대치상태에 있는 국내의 특수성을 감안할 때 국방용 로봇은 국지전에도 유용할 뿐만 아니라 화생방전 등을 감안할 때 국가의 안전 및 생존과 직결되어 있다. - 57 -
우 주 로봇 우 주 로봇 개발의 개념 및 분 류 현재 우주 로봇의 주 수행임무는 탐사 기능, 우주기지 건설, 우주선 유지 보수, 수송, 우주선 유지 보수 등으로 분류된다. 각 분야별 우주 로봇연구 경 향은 다음과 같다. 제어기술: 환경에 능동적으로 대처하면서 자기 할 일을 찾아하는 로봇이 필요하며 이를 생체모방 제어기술이라 한다. 즉 생명체가 가지 고 있는 지각능력, 변화하는 환경에의 대응능력, 그리고 효율 적이면서 신뢰도 높은 동작특성을 가질 수 있도록 하는 기술 이다. 센서기술: 생명체의 감각에 해당하는 감각 대응센서 개발. 촉각, 시각, 온 도, 거리 등을 감지하여 신호를 처리할 수 있는 센서기술 개발 이다. 특히 극한환경에서 수명을 유지하기 위한 내구성에 관한 연구가 수행되고 있다. 통신기술: 여러 대의 로봇이 사람의 도움없이 주위환경을 이해하면서 원 활하게 공동작업을 수행하기 위하여 로봇사이의 커뮤니케이션 이 필수적이다. 또한 원격조정 시 로봇에 부착된 센서로부터 전달된 정보를 수집하고 로봇에 적절한 명령을 전달할 수 있는 빠르고 정확한 통신기술이 필요하다. 재료공학: 액튜에이터 (작동부)의 개선. 철 이외의 세라믹이나 플라스틱, 형상기억합금, 사람의 생체조직과 유사한 신소재 개발 및 정밀 설계를 통해 같은 소재를 사용하면서도 무게를 줄일 수 있는 방안을 연구한다. 에 너 지: 장기간 탐사하는 로봇의 경우 동력 전달이 문제가 된 다. 태양 에너지 등 주변환경을 이용한 에너지 공급이 주 연구대상이 되 고 있다. 우 주 로봇 개발의 특 성 우주로봇개발에 따른 기술 요구 조건으로 우주선 발사 과정에서의 막대한 추진에너지를 절감하기 위하여 중량을 줄여야 하는 문제와 영상 100 에서 영 - 58 -
하 100 를 오르내리는 극초저온 및 고온에 강한 내구성을 가지며, 무중력 상 태, 우주방사선의 노출에 강한 내방사화 기술이 요구된다[29]. 임무 수행을 위 한 다양한 센서기술과 원거리 무인 제어에 있어서 문제점인 프로그램 명령의 시간 지연의 해결이 필요하고 전달된 명령이 원격지의 우주로봇시스템에 의하 여 해석되고 착오 없이 수행되기 위한 제어방법에 대한 연구가 중요하다. 주 요 선 진 국의 육성정 책 및 기술동 향 미 국 - 소저너: 1997년 패스파인더호의 화성탐사에 사용됐던 소저너 (sojourner)는 그림 24에서 보듯이 길이 63cm, 높이 28cm, 무게 11.5kg의 로봇으로 지 구에서 내린 명령을 받아 6개의 바퀴로 험한 화성을 달리며 각종 기술 테스트를 수행한다. 생체의 제어를 모방한 행위기반 제어방식을 가장 성공적으로 응용한 시스템으로 유명하다. 소저너는 사람이 가본 적이 없는 화성에서 작업을 해야 하므로 어떠한 상황이 일어날지를 대비해 미리 준비해서 일일이 프로그램을 할 수 없었다. 따라서 기존의 수학적 모델링을 근거로 한 고전적인 제어방법보다는 생명체의 행위패턴을 모방 한 행위기반 제어구조를 사용하였다[30]. <그림 41> 소저너의 화성탐사 모습 <그림 42> 로봇뱀 - 로 보: 소저너를 개량한 탐사로봇 로보는 개미의 행동양식을 모방하는 제어기술이 응용되었으며 길을 가다 장애물을 만나면 돌아가는 제어 기 술을 사용한다. 2003년 화성탐사에 탑재할 예정이다. - 로봇뱀: 그림 25에서 보는 바와 같이 나사가 개발중인 로봇뱀 (snakebot)은 가로세로 5cm크기의 육면체 모듈 여러 개가 붙었다 떨어졌다 하면서 - 59 -
평지에선 탱크의 무한궤도 모양으로 굴러가다가, 계단을 만나면 뱀처럼 길게 늘어져 기어올라가고 울퉁불퉁한 곳에서는 거미모양으로 변한다. 예측불능의 화성탐사에 유용하게 활용될 전망이다. 로봇뱀 제작에 앞서 선보인 시험 로봇뱀은 행성 표면의 균열 속으로 쉽게 미끄러져 들어가 거나 복잡한 장애물도 넘을 수 있어 거칠고 가파른 지형을 쉽게 통과할 수 있다. 시험 로봇뱀은 컴퓨터 두뇌와 전원을 나르는 전선으로 구성되 며 관절모양은 모두 동일한 모듈로 만들어졌고 서로 고리처럼 연결되어 있다. 각각의 관절 마디에 모터가 있으며 이 모터를 통해 컴퓨터 두뇌의 신호를 받아 작동이 이루어진다. 또한 로봇 스스로가 자신의 센서를 이 용해 무엇을 할 것인가를 결정할 수 있도록 두 개의 마이크로 제어기와 초소형 컴퓨터가 관절에 부착되어 있다. 향후 인공 플라스틱이나 고무물 질로 로봇뱀의 근육을 제작해 더욱 쉽게 구부릴 수 있도록 할 계획이며 스스로 경험을 통해 배워나갈 수 있는 소프트웨어를 설치하여 학습기능 을 부여하는 연구를 수행 중에 있다[31]. 캐나다 - 캐나담: 우주공간에서 대활약을 보인 캐나담은 그림 26에 소개되어 있으 며 이 분야에서 대표적인 로봇이다[32]. 캐나다의 에어로스페이스사가 개 발한 이 로봇은 우주왕복선에서 통신위성을 발사대로 옮기거나 고장난 위성을 수리하는 데 활용된 원격조종 매니퓰레이터이다. 초기 캐나담은 우주정거장에 영구히 고정된 형태로 설계되었으나 2001년 발사된 엔데버 호에 실려서 국제우주정거장 (ISS)에 장착된 캐나담 2는 영구 고정형이 아니다. 끝 부분에 있는 손가락 형태의 고정물을 이용해 마치 꼬리를 머 리에 오그려 붙이며 몸을 앞으로 기어나가는 자벌레처럼 움직인다. 캐나 담 2에는 자극을 감지할 수 있는 촉각센서가 있으며 주위를 볼 수 있는 카메라와 컴퓨터 시스템이 장착돼 있다. 270 를 자유롭게 움직이는 7개 의 관절을 이용하여 국제 우주정거장을 기어다니면서 각종 난이도 높은 건설작업에 참여할 예정이다. - 60 -
국내현 황 <그림 43> 캐나담2 아직까지 우주로봇에 대한 전반적인 연구가 이루어지고 있지 않으나, 인공 위성 등에 탑재되는 센서 기술 등 부가 기술들에 대한 연구가 단 발적으 로 진 행되고 있으며 이러한 기술들이 축적되어 우주공간에서 임무를 수행할 수 있는 우주 로봇의 기반기술이 탄탄해질 것으로 기대된다. KIST에서는 우주로봇의 지 상제어 시스템 구축에 대한 연구가 수행되었다. 지상에서 만들어진 프로그램 명령은 시간지연을 거쳐 원격지 우주로봇 시스템에 전달됨. 따라서 Telesensor programming 제어 방법에 의하여 목표물을 잡을 수 있는 연구를 수행하고 있 다. 극한 환경에서 인간을 대신할 로봇의 개발은 우주뿐만 아니라 원자력 발전 소 및 수중작업, 극지방 탐사, 방재로봇 등에 필요한 분야이며, 현재 우리나라 에서도 극한 환경에서의 로봇기술의 중요성을 인 지하고 여 러 연구소 및 학교 에 서 연구가 진행 중이다. < 표 15> 우주로봇 기술개발의 SW OT 분석 강 점 약 점 - 전자 부품 및 소자분야에서의 세계적 쟁력 확보 - 폭넓은 분야에 걸친 산업체 전반적 기술수준 발전 정도의 향상 - 인공위성 등 관련 우주연구개발에 대한 정부의 적극적 관심 및 지원 - 우주환경개발 의지 수립에서의 후발성 - 우주 산업분야의 관련 전문가 부족 - 실험환경 등 우주연구시설 미확보 - 우주분야 연구수행에 대한 인식부족 기 회 위 협 - 범 국가적 우주개발 추진에 따른 산업체 전반적 발전 가능성 증대 - 우주 산업의 중요성 확대 및 우주개발에 대한 선진국과의 공동참여 기회제공 - 국가 번영에 기술의 중요도 증가 - 선진국의 기술금수 및 정보차단으로 단 기간 기술 추 월 한계 - 국방관련 기술과의 연계에 대한 선 진 국의 의혹 불식 - 선진국의 기술장벽 강화로 인한 기술적 예속 - 61 -
기술수준 및 시 장 경 쟁 력 분 석 극한 환경용 로봇들, 즉 고 준위 방사선 구역과 극지방 탐사를 위한 로봇개 발들이 이루어지고 있으나 아직 그 결과가 미비한 실정이다. 우주로봇은 특정 임무에 따라 시스템의 설계가 달라지므로, 개발하기 전 임무에 대한 충분한 고 찰이 필요함. 여러 로봇 제어기술들이 한국에서도 개발되고 있으며 무엇보다도 개발된 기술들의 병합과 환경 데이터베이스 구축이 필요함. 우주 로봇의 작업 환경이 일반 지구상의 환경과는 상이한 고기능과 고도의 안전성이 요구되는 극한 구역이므로 앞으로 핵심 기술개발에 상 당 한 노력이 필요하다. 선 택 과 집 중 - 영상 100 에서 영하 100 를 오르내리는 극초저온 및 고온에 강한 내구 성을 가지며, 무중력 상태, 우주방사선의 노출에 강한 내방사화 기술이 요 구된다. - 임무 수행을 위한 다양한 센서기술이 요구된다. (거리 센서, 온도 센서, tactile 센서, vision 센서 등). - 원거리 무인 제어에 있어서 문제점인 프로그램 명령의 시간 지연의 해결 이 필요하다. 전달된 명령이 원격지의 우주 로봇 시스템에 의하여 해석되 고 착 오 없이 수행되기 위한 제어방법에 대한 연구가 요구된 다. - 정밀한 작업을 효율적으로 수행하기 위한 마이크로 로봇개발이 필요하다. 추 진 체 계 - 우주로봇은 특정임무에 따라 시스템의 설계가 달라지므로 수행하기 전 임 무와 작업환경에 대한 충분한 고찰이 요구된다. 현재 여러 연구소와 학교 에서 독자적으로 우주 로봇 관련기술의 일부가 되는 연구들이 수행되고 있으며 무엇보다도 이들 연구의 병합과 기술적인 데이터 베이스 구축이 필요하다고 사려된다. 우주로봇 관련 분야를 크게 재료, 기계, 전자, 센서 등으로 구분하고 서로간의 충분한 토의를 통하여 개발전 로봇 임무에 부 합되는 기술들을 추려 내야한다. - 우주 로봇에 해당되는 전반적인 사항을 모두 개발하는 것 은 현 실 적으 로 불 가능하며 따라서 현재 가지고 있는 경험과 기술에 초점을 맞추어 이를 발전시키는 방법과 전반적인 산업에 영향을 미칠 가장 핵심적인 기술에 중점 투자하는 것이 바람직하다. - 62 -
발전 전 망 및 기대 효 과 - 먼 우주를 탐사하기 위해 지구에서 우주선을 발사한다면 지구 중력 때문 에 어마어마한 추진력을 가진 우주선이 필요하다. 이 러 한 탐사우주선의 개발은 매우 비실용적이며 따라서 우주 공간에서 우주선을 조립하여 발사 하려는 계획을 수립하고 있다. 따라서 이러한 작업에 필요한 좀 더 정 밀 한 마이크로 로봇 등의 개발이 필요할 것으로 예상된다. - 나사에서는 2007년까지 달에 4명 정도의 탐사인력이 상주하는 유인 우주 기지의 건설을 고려하고 있다. 따라서 상주 인들의 옷과 음식을 나르고 건설에 필요한 각종 장비를 이동하는 역할을 수행하는 로봇 개발이 예상 된다. - 먼 행성이나 달에서 장기간 탐사활동을 벌일 수 있는 태양에너지를 동력 원으로 하는 탐사로봇 기술개발. 미래의 에너지원의 개발에 초석이 될 수 있다. - 생체의 지능제어기능을 모방한 지능 로봇 시스템 개발. 지능을 갖는 생명 체의 감각에 해당하는 감각대응센서기술, 감지된 센서신호를 처리하고 여 러 개의 센서 신호를 융합하는 기술, 주변 상황을 통해 행동을 결정하고 과거의 행동 경험으로부터 보다나은 다음행동을 결정하는 학습형 감각제 어기술등의 발전이 예상된다. 목적에 부합되는 바디의 설계가 요구되며, 극한환경 내에서 인간을 대신할 탐사 로봇의 개발이 기대된다. - 우주공간의 특성을 활용하여 지구에서 상상할 수 없는 신물질제조 가능하 다. 우주공간에서는 순도 100 %의 결정체를 만들 수 있고 이를 이용해 반도체 소자를 생산하거나 고순도의 의약품을 제조할 수 있다. 신물질을 제조하는데는 매우 높은 청정도를 요구하기 때문에 우주공간이 적격이다. 실제로 일본은 지구에서 제작이 불가능한 지름 10 μm의 완전한 형태를 갖 춘 라텍스구를 만드는 데 성공한 사례가 있다. 이러한 일련의 작업들은 모두 우주로봇이 인류에게 줄 수 있는 비젼이다. - 63 -
Products Technology Roadmap (우주로봇) 우주탐사로봇 다중센서장치 포획및채취장치 자율주행장치 우주선간/지상우주선간수송장치 통신장치 레이저거리인식장치 통합영상장치 극한환경테스트및보완 지형인식장치/우주선에의한GPS 표면시료채취장치 디지털(힘) 제어기 원거리통신제어장치 동력발생장치 우주선간도킹장치 물자수송장치 수송용로봇제어장치 GPS/통신중계기 영상송수신장치 우주환경분석로봇 입자검출기 분광분석장치 원격고속통신장치 자율주행장치 온도, 촉각, 영상센서 레이더장치 우주입자검출및분석장치 데이터저장장치 극한환경테스트및보완 분광계 분광분석데이터저장장치 데이터인식및학습알고리듬 데이타송수신 통신지연시간제어알고리듬 동력발생/현수장치 형상가변이동기의설계 센서통합기술 동력발생장치 실시간데이터처리기술/ 연구용탐사장치 우주기지건설로봇 위치인식장치 통신장치 촉각센서 구동장치 제어기 다물체통신시스템 다관절자유구동동역학제어기술 레이저및초음파등을이용한위치및거리인식 동력발생/현수장치 극한환경테스트 제어장치 카메라및초소형컴퓨터시스템 다관절자유구동매뉴플레이트 환경변화에강인한제어기술 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 < 그 림 4 4 > 우 주 로봇 기술개발 TRM 수중 로봇 수중 로봇 개발의 개념 및 분 류 수중 로봇의 기술분류는 다음에서 활용 가능하다. - 해양 과학 조사 - 해저 자원 탐사 - 해양구조물 유지보수 - 해양환경 감시 및 보존 - 해양 오염 방제 및 해양폐기물 처리 - 해저 구난 및 해양방위 - 해양수산 응용 및 해양 레저산업 응용 원격제어 방식으로는 케이블을 이용하여 전원공급, 해저 상태 및 영상 취득, 제어입력을 전송하는 방식과 케이블이 없는 상태에서 초음파 통신에 의하여 정보교환을 이루는 무삭식 수중로봇으로 분류할 수 있다. - 64 -
수중 로봇 개발의 특 성 수중 로봇 기술은 아래의 기술계통도에 나타나 있는 바와 같이 심해의 극 한 압력을 견디는 내압기술, 방수 기술, 케이블 및 케이블 핸들링, 원격제어를 위한 광통신 초음파통신, 정밀 위치측정, 수중광학 초음파광학, 수중 로봇 팔, 수중 신호처리, 내압추진 센서 계측, 장거리 항행 및 고효율 전원 기술 등이 복합된 시스템 기술이다[34]. 주 요 선 진 국의 육성정 책 및 기술동 향 국외에서는 민수용의 AUV, ROV, SAUV와 군수용의 MDV가 이미 상품화되 어 시판되고 있으며, 기능의 다양화와 고도화 그리고 시스템의 소형화를 위해 계속인 연구가 수행되고 있다[35]. 미국의 Perry Tritech에서 제작한 중작업용 ROV인 TRITON, GATOR 등은 수중 케이블의 유지보수를 위해 이미 국내에도 도입되어 운용중이고, 스위스에서 제작한 MDV인 PLUTO PLUS도 국내에 도입 되어 해군에서 기뢰제거를 위해 운용 중에 있다. 국외에서 도입된 수중로봇은 기술적인 면에서 국내기술에 비해 앞서 있으나, 가격이 고가이고, 계속적인 유 지 보수를 위해 막대한 외화가 투입되고 있다[36, 37, 38, 39]. 미 국 미국은 해군연구소, 해양과학연구소 (WHOI) 등의 연구기관과 Perry Tritech 등의 산업체, MIT, Univ. of Hawaii 등의 대학을 중심으로 ROV, AUV, 및 SAU V에 대 한 연구가 활 발히 진행되고 있다. Perry Tritech에서는 매니퓰레 이터를 장착한 중작업 ROV와 AUV를 판매하고 있고, MIT에서는 AUV ODYSSAY를 HAWAII 대학에서는 AUV ODINII를 각각 개발하였다. 현재 미국에서는 10,000m의 심해저에서 작업이 가능한 무인잠수정 기술이 개발되 어 있는 상태이며, 상업용으로는 2000m급이 주종을 이루고 있다. 매니퓰레이 터의 경우 해군의 첨단 기술을 기반으로 Woods Hole 해양연구소와 펜실베 니 아 대 학에 서 subs ea teleprogram ming s ys tem 을 개발하여 인터넷 베이스 제어기를 개발한 바 있다. 일 본 일본은 JAMSTEC에서 유인잠수정 SHINKAI 시리즈와, 10,000m급의 중작 업 ROV인 KAIKO의 개발에 성공하였고, 동경대학에서는 1,000m급 AUV인 - 65 -
AE1000을 개발하였다. 현재 일본에서는 2000m급 AUV의 개발이 이미 완료 된 상태이며, 1998년부터 AUV개발을 위한 2 단 계 연구사업으로 동경대학과 JAM STEC의 공동연구가 시작되었다. 또한 매니퓰레이터 기술에 있어서는 공업기술원을 중심으로 극한 작업로봇 프로젝트에서 석유 시추선의 점검 및 보수 유지를 위하여 유압 구동형 제어 시스템을 개발하였고, 또한 이들은 거 리, 시각, 힘, 압력 등의 수중 센서도 자체 개발하고, 매스터 암과 슬레이브 암도 개발하였다. 제어 알고리즘으로 2개 매니퓰레이터의 협조 작동 시스템 도 개발하였다[40]. 영 국 영국은 군사목적으로 활용 가능한 SAUV의 개발을 이 미 완 료 한 상 태 이 며, 성능개선, 기능 다양화 및 초소형화에 대한 연구가 진 행 중 이 있 다. 수 중 매니퓰레이터 분야에 있어서는 Heliot-Watt 대학이 기업과 공동으로 수 중 비파괴 검사, 수중 그라인딩 작업, 커넥터 조립 작업 등을 수행할 수 있 는 위치/힘 혼합제어형 메니퓰레이터를 개발한 바 있 다. 이 밖에도 캐나다, 러시아, 노르웨이, 이태리, 프랑스, 영국, 독일, 중국 등이 무인잠수정에 대한 활발한 연구를 수행하고 있다. 이상의 수중로봇분야의 개발성과에도 불구하고 수중이라는 극한환경에 의 해 육상에서 실현되는 많은 기능들이 제한되고 있으며, 이를 실현시키고, 기 존장비의 소형화 다기능화 고성능화를 위해 세계의 연구소와 학교 기업은 현 재도 연구에 몰입하고 있다. 국내현 황 우리나라는 선진해양국에 비하여 수중로봇 개발 분야에 늦게 뛰어 들었으나, 다양한 선박의 건조기술을 바탕으로 해양장비의 제조 및 시운전기술을 꾸준 히 축적해 가고 있다. 한국해양연구원 - 1986년에 수심 250m급 탐사용 유인 잠수정 해양 250 개발에 성공하여 동해안에서 시운전을 성공적으로 마치어 해양장비개발을 위한 기반 기 - 66 -
술을 확보하였다[34]. - 1989년부터 3년간 과기부의 국책연구사업으로 해양작업시스템 개발 과제 를 수행하였고, 이 결과를 이용하여 1993년에는 수심 300m급 유삭식 무 인탐사기 CROV300을 국내 최초로 개발하였다. CROV300은 자체 개발 된 초음파 고도계와 방위각 센서 및 심도 센서를 내장하고 전 방을 관측 할 수 있는 카메라와 조명장치가 탑재되었다. 수중에서 4자유도 운동제 어 가 가능하고 자동자세제어 및 호버링 (hovering)이 가능하며, 개발기술 이 한국철력(주)에 기술이전되어 상품화된 바 있다[41]. - 1994년부터 과기부와 삼 성중공업의 지원을 받 아 4 년 간의 연구 끝 에 1997 년에는 200m급 자율무인잠수정 (AUV) 테스트베드 (test-bed)인 VORAM 호를 개발하여 수조시험 을 성공적으로 마쳤다. VORAM호는 SSBL과 자 세센서 신호를 융합하고 유속계 신호를 이용하여 항법 필터를 구현한 하 이브리드 (hybrid) 항법 시스템으로 운용되며, 수상선과 수중 음향을 이 용한 통신으로 실시간으로 정보를 교환하는 시스템을 채택하였다[42]. - 1 9 97년부터 2000년까지 과기부의 특정연구 사업으로 고성능 중작업용 수중 로봇의 설계기술을 개발한 바 있으며, 또한, 1999년부터 과학기술부 민군과 제의 일환으로 KIST, 대양전기(주)와 공동으로 반자율무인잠수정(semiautonomous underwater vehicle, SAUV)에 장착되는 전동식 해저 로봇팔 기술 개발과 수중 초음파 관성 항법에 관한 기술개발이 진행되고 있다[43]. - 한국해양연구원은 해양수산부의 지원으로 2001년부터 5개년 연구사업으 로 6,000m급의 심해용 무인잠수정 개발 사업을 진행 중에 있다. 이 무인 잠수정은 수중 진수장치, ROV 및 AUV로 구성되며, 해저의 샘플채취 및 코어링 기능을 보유하며, 심해저의 열수광상을 정밀 조사하고, 해저 과학조사와 해저 자원탐사를 목표로 하고 있다. - 이상과 같이 다양한 수중장비가 개발되고 있어서 수중장비의 3대 분야인 유인잠수정, 무삭식 무인기 및 유삭식 무인기를 모두 개발한 실 적을 보 유하고 있음. 특히 수중장비의 핵심요소기술인 운용 계측 제어 신호처리 항법 수중통신 센서 초음파 응용 소프트웨어 및 하드웨어 Hardware System Integration에 관한 능력이 확보되어 있어서 모든 수중장비의 개 발이 가능한 기술기반이 조성되어 있다. 대우중공업 - 대우중공업은 1993년에 러시아의 IMTP로부터 6,000m급 AUV의 기술을 - 67 -
도입하여 AU V 개발에 필요한 요소기술을 확보하였으며, OKPO-6000 AUV를 개발하였다. AUV에 장치된 Still Camera, TV Camera와 Side Scan Sonar를 이용하여 해저지형 및 해저에 있는 망간단괴 등의 자원 과 가라앉은 선박 등을 탐사할 수 있다. - 대우중공업은 음향위치확보시스템의 핵심 요소인 트랜스폰더를 대우통신 과 공동으로 제작하였으며, 소형의 압력 Chamber를 구입하여 내압선체의 압력실험을 하였고, 시스템 대부분을 자체 제작하였다. 거제만 해역에서 천수시험을 거쳐 동해시험을 수행하였으며, 최근에는 해양연구원과 공동 으로 태평양 클라리온-클리프톤 (C-C) 지역의 탐사에 투입된 바 있다. 삼성중공업 - 수중장비에 대하여 개발된 실적은 없으나, 1994년부터 한국해양연구원 선박해양공학분소와 협동으로 200m급 AUV 개발에 참여한 바 있다. 수 중장비에 대한 제작경험은 없으나, 해저파이프 매설과 관련한 장비의 설 계, 제작 및 운용기술을 확보하고 있다 < 표 16> 수중로봇 기술개발의 SW OT 분석 강 점 약 점 - 수중 로봇개발 관련 산학연 연구체제 기 반 구축 및 해양 산업 체의 수요 방대 -국가적인 R & D 전략모형 미 수립 - 산업체를 중심으로 한 해양기술 개발 경험 -연구개발 분야의 관련 전문가 부족 풍부 -디지털 시대가 도래하여 있음 기 회 위 협 -IT 산업의 성장에 따른 RT 산업 동반 성 -아국의 국가해양산업의 발전에 따른 해 장 분위기 고조 양 선 진국의 견제 수위 고조 -해양산업 중요성 확대 및 해양국가로의 - 특화 기술 (기계요소 설계, 초정 밀가공, 센 선도적 위치 확보 싱기술)의 개발의지 미미 -해양산업의 국가발전 기여도 주도 -선진국의 기술장벽 강화로인한 기술적 예속 -국내 해 양산업 의 세 계 주 도 - 68 -
기술수준 및 시 장 경 쟁 력 분 석 우리나라는 수중로봇의 설계 기술을 보유한 상태이며, 수중로봇의 설계기술 을 활용하여 태평양 심해저에서 활용 가능한 무인잠수정 개발을 진행 중인 수 준에 와 있으나, 특수 목적의 심해 작업을 위한 요소 기술측면에서 기술 수준 이 미진하다. 우리나라는 세계 1위의 조선 선진국으로서 내압선체 설계 제작 및 수중로봇의 동력학 해석 부분은 세계적인 기술 수준이나, 수중로봇의 핵심 기술 중에서 수중 초음파 시각 및 정밀 항행을 위한 센서 기술, 고효율 밧데리 기술, 정밀 위치추적 기술, 해양과학 조사를 위한 수중 계측장비 기술, 초고압 의 해양환경조건을 유지한 상태의 데이터 샘플링 기술, 고정밀 해저면 영상 취 득 기술 등의 분야가 취약한 상태이다. 선 택 과 집 중 우리나라는 삼면이 바다로 접해 있으며, 대륙붕이 넓게 분포되어 있어서 넓 은 해양영역을 보유하고 있고, 국토의 연장인 경제활동의 영역으로서 적법한 절차에 의해 공해상의 자원 개발권을 확보 (예: 태평양 C-C 지역 (75천km2))하 고 있다. 연 근해 대륙붕 및 심해저는 수산식량, 광물, 에너지 및 공간 등 풍부 한 해양자원의 보고로서 21세기 우리의 생존문제와 직결된다. 즉, 전 세계 석 유, 천연가스의 28%가 대륙붕에서 생산되고, 2000년대에는 40%를 상회할 것으 로 예상되며, 심해저 광물, 에너지의 이용률도 급격히 증가할 것으로 예상된다. 최근에는 국가간의 간섭이나 자국의 자원 및 해양환경 보존을 위한 적극적 인 노력이 경주되면서, 200해리 배타적 경제수역의 선포나 공해상의 자원을 선 점하기 위한 경쟁에 따라 UN 해양법 협약을 통한 새로운 해양질서의 개편이 모색되고 있다. UN 해양법, 국내 해양개발 기본법에 따라 효율적인 해양개발, 활용, 해양보존 등에 대한 정책은 국가적 차 원으 로 추진되어야 한다. 해양자원, 해양과학, 해양산업 및 해양외교 등 국가 해양개발 잠재력을 증대시키기 위한 국가적 차원의 해양개발 정책과 체계적인 개발추진이 절실히 요구된다. 이러한 상황에서 해양개발에 대한 수요의 증가와 더불어 다양한 종류의 수 중 로봇의 수요가 증대될 것으로 전망이다. 그러나 수중로봇은 다양한 분야의 기술이 종합된 시스템으로 전 분야의 기술개발을 위 한 일 률 적 인 력 과 재 원의 투자는 비효율적일 뿐만 아니라 성공의 가능성도 적다. 따라서 수중로봇 분야 의 전략 핵심기술을 선정하고 이에 집중된 인력과 재원의 투자가 뒤따라야 한 다. - 69 -
추 진 체 계 지금까지의 수중로봇 기술이 해양산업 혹은 해양개발에 적용되는 사례는 제 한적이었다. 수중로봇의 가장 큰 제약조건은 전파를 이용할 수 없다는 점으로 서, 전파가 수중에 흡수되면서 100-200m 이상 전파되지 못한다. 또한, 수중로 봇이 해양에서 이동하며 작업을 수행하기 위해서는 수상의 지원모선으로부터 전원을 공급받아야 한다. 이러한 형태의 수중로봇에서는 케이블이 수상 모선으 로부터 수중로봇에 연결되어 전원을 공급하고 통신이 용이하게 이루어지나, 케 이블에 작용하는 항력으로 작업이 용이하지 않고 작업범위가 제한되는 단점이 있다. 이러한 난점을 극복한 수중로봇으로서 전원을 내장하여 자 율 적으 로 이 동 이 가능한 형태의 자율형 수중로봇이 개발되고 있으나, 탑재전원의 용량에 작 업시간이 제한되며, 수중에서의 통신문제를 극복해야 하며, 수중시각과 작업용 로봇팔을 제어하면서 정밀 위치제어를 위해서는 수중음향을 이용한 고정밀 센 서 와 지능을 보유한 연산장치가 필요하다. 수중 로봇의 기능 향상을 위한 연구 가 꾸준히 진행되고 있으며, 향후 10-20년 이내에 기술개발이 진전함에 따라 수 중로봇이 다양하면서도 보편적인 기술이 될 것으로 예상된다. 발전 전 망 및 기대 효 과 지난 수십년 동안 무인잠수정의 성능과 응용 분 야 가 꾸준히 발전해 왔으며, 신뢰성이 점차적으로 증대되었다. 앞으로 무인잠수정 기술의 전개 방향을 예측 하기 위하여 다음과 같은 결과를 정리할 수 있다. 가까운 장래에 해저석유산업 분야에서 3,000m급의 작업용 ROV에 관심을 갖게 될 것이다. 해군은 천해역의 기뢰 제거와 연안에서의 정보, 감시, 정찰 기능에 초점을 맞출 것이며, 군사목 적의 심해용 ROV는 우선순위가 떨어지게 될 것이다. 선체의 크기는 더욱 작 게 제작될 것이며, 장착되는 장비가 다양해지고 이를 이용하여 수중에서 수행 하는 작업은 더욱 복잡해질 것이다. 예항체는 여전히 유용한 방편으로 계속 이 용될 것이나, 예인되는 단점 때문에 응용에 한계가 있 을 것이다. AUV의 제작 단가는 더욱 낮아지게 될 것이며, AUV의 성능과 선호도가 계속 증대될 것이 다. 선체에 탑재되는 전원저장 용량과 계산 성능은 점점 향상될 것임. 전기구 동 ROV 및 전동 매니퓰레이터 기술이 완숙기에 접어들어 이러한 시스템이 점 점 보편화될 것이다. 현재 심해 무인잠수정 기술은 전세계 해양 어느 곳에도 진입할 수 있다는 사실이 증명된 상태이며, 미래의 문제는 목적에 부합되는 설계 와 이에 합당한 제정적인 지원 문제이다. 미래에는 반자율 무인잠수정의 기술이 진보하여 심해에서의 유용한 작업을 - 70 -
수행할 수 있는 시대가 도래할 것으로 예상된다. 반자율 ROV 시스템은 전원 을 내장하며 해저에서도 전원 재충전이 이루어질 수 있고, 수상선과는 초소형 의 광 파이버를 이용하거나 초음파 통신으로 정보를 교환하게 될 것이다. 이러 한 반자율 ROV는 해저에 미리 설치된 구조물 및 장비와 조화를 이루어 복잡 한 작업을 수행할 것이다. 전동 ROV의 사용은 여러 분야에 기술적인 발전 을 이끌 것이다. 케이블의 직경은 더욱 작아지며, 선체의 효율은 증대되고, 선체의 탑재장비의 구동장치들이 감소하게 될 것이며, 따라서 선체의 중량이 감소하게 될 것이다. 최소한 10개의 회사 및 연구소가 전동 ROV를 개발 중에 있으며, 일례로 Schilling Robotics는 완전히 새로운 방식의 전동식 ROV Quest를 개발 중에 있으며, 전동식 매니퓰레이터 설계가 계획되어 있다. 영상인식 기술 및 영상처리 기술이 가까운 장래에 결합하게 되면, 전기구동 ROV 기술은 ROV의 발전에 또 다른 전기를 마련할 것임. AUV가 자율성을 더욱 완벽히 확보하게 되면, 무인잠수정의 다음 단계는 AUV와 ROV가 결합된 형태일 것이다. 이것 이 이루어지면 무인잠수정은 미지의 해저 환경에서도 작업을 수행할 수 있으 며 탐사와 조사를 동시에 수행할 수 있게 될 것이다. 최종적으로는 해저에 고 정된 수중 스테이션에서 AUV 형태의 무인잠수정이 전원을 재충전 받으며 수 상선과는 테더 케이블이 연결되지 않는 형태의 시스템이 구현될 것이다. 해양 에서 사용되는 작업용 ROV의 숫자는 더욱 증대될 것이며, 소형이면서도 작업 이 가능한 ROV를 반자율적으로 운용하게 될 것이다. 극한 해양환경에서 작업이 가능한 수중 로봇 기술이 발전 하면, 심해저 열수 광상 조사, 심해 생태계 조사 및 심해 생명과학 연구, 심해 신물질 연구, 해저 지질 조사, 해저 물리 조사 등의 해양과학 기술분야로의 활용을 비롯하여, 능 동형 어뢰, 무인작업 해저 구난 시스템, 기뢰 제거형 자율무인잠수정 등의 해 양 방위기술로의 활용이 가능하고, 해양 오염 감시 시스템, 해양오염 자동 방제 시스템, 해저면 정화 시스템, 어장정화 시스템 등의 자동화가 가능하며, 해저 유전공사, 해저 파이프라인 유지 관리, 해저관측소 설치, 항만공사 감독시스템 등에 활용이 기대된다. - 71 -
Products 해양과학 조사로봇 수중항법 제어 통신장치 수중초음파 계측장치 해저환경인식 시스템 해저 환경시료채취장치 Technology Roadmap (수중 로봇) 수중항법운동제어장치 다중선체 운동제어장치 다중선체 항법시스템 다물체 통신시스템 다중선체 통합제어장치 전방향관측소나 멀티빔 계측장치 Sub-bottom Profiler 지형인식 시스템(영상, 초음파) 실시간 초음파 영상 장치 가시광선-초음파-레이저 통합 영상 시스템 해저환경 활성시료 채취장치 해저 관측소 실시간해양생물분석장치 해저자원 탐사채취로봇 망간단괴 채광장치 해저주행장치 만간단괴 채광시스템 망간단괴 양광 시스템 해저 메탄수화물채집장치 해저 메탄수화물 조사장치 해저 메탄수화물 채집장치 메탄수화물 운송장치 항만 어장 정화로봇 항만 어장 정화장치 해양오염 방제장치, 유회수장치 환경친화형 어장 정화장치 해양폐기물 검사/제거장치 해저 폐기물 조사장치 해양폐기물 제거장치 해양환경 정화 통합 시스템 항만 감시로봇 항만감시장치 자율항주형 항만 감시장치 원거리 항주형 항만감시장치 기뢰제거장치, 능동형 어뢰 해저 기뢰 탐색인식 장치 자율형 기뢰제거 무인잠수정 능동형자율어뢰시스템 피시 로봇, 수중 보행로봇 수중보행로봇 지느러미 구동장치 수중 6족 보행장치 순간고출력 고효율 추진장치 수중 중작업 보행로봇 장거리항행제어장치 해저 기지 항만공사장치 Technology 감지기술 영상 처리기술 분산제어기술 실시간 데이터처리기술 정밀제어기술 수중통신기술 원격조작 힘 제어 조작기술 협조 제어기술 운항제어기술 장애물 회피기술 다각보행기술 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 압력보상형 센서기술 불량시계 관측기술 해저환경 활성생물 관측기술 해저 신물질 분석 기술 극소형 수중센서 기술 초음파영상 실시간 처리 알고리듬, 다체널 소나센서 기술 가시광선-초음파-레이저 통합 영상처리 퓨젼 기술 분산제어기 제작 기술 분산제어 알고리듬 자기고장진단 및 자기극복 기술 실시간신호처리 기술 병렬처리 지능제어기 압력보상 서보기술, 전원 기술 정밀추적시스템, 힘반향제어 기술 초음파 수중 데이터통신 기술 수중초음파영상전송기술 실시간 수중통신 기술 수중 원격 마스터/슬레이브조작 다물체수중호밍도킹기술 수중형 아날로그 토크 콘트롤러 정밀운동추정기술, 다물체 네트웍 제어기술 선체탑재 로봇팔의 정밀 위치/힘 제어 기술 다물체 협조제어 내환경 적응제어기술 초음파항법시스템기술 Long-range 관성항법-초음파항법 퓨젼 정밀 항법기술 장애물감지인식기술 다중선체의 장애물회피 그룹제어기술 4각 보행로봇 설계 정적, 동적 보행 알고리듬 < 그 림 4 5 > 수중 로봇 기술개발 TRM 방재 로봇 방재 로봇 개발의 개념 및 분 류 현실적으로, 화재, 지진, 붕괴사고, 화생방 (화학, 생물, 방사능) 오염, 해양/ 해저 오염 등 각종 재난상황에서 기존 장비를 이용한 방재 요원의 투입이 갖 는 한계점은 이미 잘 알려진 사실이다. 방재 요원들의 안전을 심각하게 위협 하는 요소들이 곳곳에 산재해 있기 때문이다. 이러한 극한 환경에 방재 요원 을 직접 투입하는 대신, 로봇을 활용하는 것은 매우 바람직한 선택이 될 수 있다. 그러나, 이러한 재난 상황에서 로봇을 활용하는 것은 산업 현장에서 로 봇을 활용하는 것보다 훨씬 난이도가 높다고 볼 수 있는 데, 이는 정형화되어 있지 않은 상황에서 비 반복적인 작업을 정교하게 수행해야 하고 동시에 훨 씬 더 높은 신뢰성과 안전성이 요구되기 때문이다[44]. - 72 -
방재 로봇 개발의 특 성 방재 로봇에서 높은 수준의 난이도를 충족시키기 위해서는, 현 시점에서 가 능한 모든 검증된 핵심 기술뿐 아니라, 미래 지향형의 기술들도 발전적으로 검토되어야 하며, 동시에 인간이 가지는 지각과 인지능력도 최대한 이용되어, 이 모든 것이 총체적으로 종합되어야만 가능하다고 판단된다. 따라서 종래의 로봇공학의 검증된 기술 (기계설계, 구동, 제어, 센 서 )들과 첨단기술 (로봇 vision/센싱데이터 처리, 인공지능, 인터넷 기술), 그리고 Human operator에 의 한 원격제어 등을 망라할 필요가 절실히 요구된다. 또한 무엇보다 중요한 것 은, 각각의 재난 상황에 대해 로봇이 수행해야할 사명 (mission)을 정확하게 분석하고, 이러한 사명과 목적에 부합되도록 시스템을 설계하는 접근이다[45]. 주 요 선 진 국의 육성정 책 및 기술동 향 - 1997년 동경 소방청은 지하실에 접근한 후 화점을 조준하여 진화하는 기 능을 보유한 로봇을 전시한 바 있으나, 실용여부는 확인되지 않고 있다. 한편 영국의 웨스트 요크셔 소방청과 JCB special products에 의해 개발 된 FireSpy가 1999년 2월 BBC 온라인에서 보도된 바 있는 데, 이 로봇 은 소방 요원의 접근이 불가능한 빌딩에 투입되어 진화작업을 하는 기능 을 보유하고 있다[46, 47]. - 재난을 지진, 붕괴사고, 화생방오염 등으로 그 범위를 좀더 확장하면, 1983 년부터 1990년까지 일본 통산성 주관으로 추진된 원자력발전소 작업로봇, 해 저 탐사로봇 및 방재로봇을 개발하기 위한 국가 프로젝트를 주목할 수 있는 데, 방사능 오염, 고압, 고온 및 진공환경 등, 극한 작업환경 하에서의 인력대 체를 그 목적으로 하고 있다[48]. - 미국의 경우, 1979년 펜실베니아주 Three Mile Island 원자력발전소에서 방사 능 누출 사고가 발생했을 때 투입된 몇 가지 로봇들의 활약으로 로봇 공학 의 사회 기여 가능성을 훌륭히 입증한 계기가 되었다. 그러나, 국내에서는 소 위 화생방 오염의 위험성이 상존함에도 불구하고, 이러한 수준의 로봇이 자 체 개발되지 못한 실정이다[49]. - 73 -
국내현 황 1980년 중반부터 일반 기업체를 중심으로 산업용 로봇기술은 꾸준히 발전 되고 보급되어왔다. 자동차 용접 및 도장, 가전부품 조립, 반도체 생산라인 등 단순 반복 작업에 로봇이 활용되어 왔다. 한편 국내 대학에서 로봇의 기본이 되 는 핵 심 요소 기술을 연구하여 온 결과, 최 근 제어 기술, 로봇 설 계기술 등 이 꾸준히 향상되어 오고 있다. 그러나 방재용 로봇은 거의 전무한 상태이다. 한국원자력(연)에서는 원전에의 로봇 기술 적용을 목표로 안전성 시설 주위 를 자유롭게 이동할 수 있는 이동 메카니즘 기술과 고 방사 선 환경을 고려한 기계 및 전자 재료 기술에 대한 기초연구를 1989년부터 수행하여 왔으며, 1992 년부터 원자력시설 내 안전성 관련 기기의 유지보수 작업용 로봇 시스 템 및 발전소 내 점검감시를 위한 이동형 경작업 로봇을 원자력 중장기 계획 에 따라 개발 추진하여 왔다. 한국과학기술원은 화재진압용 로봇을 설계하여 프로토타입을 완성한 상태 인 데, 이 로봇은 대형 빌딩의 지하실에서 화재가 발생할 때, 투입되어 초기 진화를 하도록 설계되어있다. 비상 엘리베이터를 통해서 화재현장으로 접근하 여 적외선 센서를 이용하여 화점을 인식하고 소화액을 분사하여 소화하게 된 다. 기술수준 및 시 장 경 쟁 력 분 석 우리나라는 1980년대부터 로봇과 관련된 소 위 첨 단 분야에 비교적 의욕적 인 투자를 해왔다고 보여진다. 그 결과, 제어 기법, machine vision의 응용 등 몇 가지 분야에서는 선진국에 비하여 별로 기술차이가 나지 않는 형편이다. 그러나, 로봇과 같 이 하나 의 s ys tem 을 설 계하고 제작 하는 데 있어서, system 의 목표를 정의하고 그것으로부터 일관된 설계와 제작을 이루어 가는 면에서 는 선진국들에 비해 매우 취약한 형편이다. 뿐만 아니라, actuator 기술, 센서 기술 등의 핵심기술 면에서 아직도 선진국에 많이 뒤지고 있어, 구동기, 센서 등은 선진국에 의존하는 바가 크다. 그리고 가공기술도 미 국, 일 본에 비 해 우 리가 취약한 부분이다. - 74 -
< 표 17> 방재로봇 기술개발의 SW OT 분석 강 점 약 점 -재해에 대한 전반적인 불감증 -비교적 풍부한 고급 전문인력 -국가적, 거시적인 대책의 결여 -IT, 반도체 및 전자기술 등 유관 -체 계적이 고 장기적인 연구투자의 부족 분야의 기술 수준의 향상 -방재 관련 전문가 부족 -비교적 진취적인 정책 의지 -시스템 설계 기술의 취약 기 회 위 협 -각종 대형 재해로 방재 분야 투자의 - 특화 기술(시스 템 및 기계요소설 계, 중 요성 확대 및 연구의 필요성 증대 구동 기, 센싱 기술)의 개발의 지 저 하 -이 분야 기술 선점의 높은 가능성 -선진국의 기술장벽 강화로 인하여 -IT 산업의 성장에 따 른 RT 산업 동 반 시스템 및 요소 기술확보의 어려움 성장 분 위기 고조 선 택 과 집 중 선진국에 비해 여러 가지 면에서 기술적인 열세에 처해있는 것은 기지의 사실이다. 그러나 향후 기술경쟁에서 우위를 점하기 위해서는 좀더 전략적인 사고가 요구된다. 그것은 로보틱스가 많은 사람들에게 주었던 환상을 버리고, 엔지니어링의 기본원리 (특별히 설계의 기본원리 )에 뿌리를 두고, 정확한 목 표선정과 목표지향적 (Target oriented)인 접근을 하는 것을 의미한다. 우선 Task가 비교적 간단한 화재 진압용 로봇으로 출발하여, 연구와 개발과정에서 검증된 각종 기술과 know - how 를 조심스럽게 다른 용도의 로봇의 개발에 원 용하도록 한다. 이것은 로봇은 그 종류에 관계없이 대부분의 핵심기술들이 거 의 공통적이라는 사실과, 그러나 로봇의 설계는 그 목적에 정확하게 부합되어 야한다는 양면성 때문이다. 추 진 체 계 선진국에 비해 여러 가지 면에서 기술적인 열세에 처해있는 것은 기지의 사실이다. 그러나 향후 기술경쟁에서 우위를 점하기 위해서는 좀더 전략적인 사고가 요구된다. 그것은 로보틱스가 많은 사람들에게 주었던 환상을 버리고, 엔지니어링의 기본원리 (특별히 설계의 기본원리 )에 뿌리를 두고, 정확한 목 표선정과 목표지향적 (Target oriented)인 접근을 하는 것을 의미한다. 이러한 - 75 -
목표지향적인 틀에 현재까지 소개된 소위 첨단 기술들 (실시간 vision, 인공지 능)중에서 실용적인 가치가 검증된 것이나, 혹은 가까운 시일 내에 실용화될 개연성이 높은 것들을 선택하여, 정해진 목표에 대한 기여도를 기존의 기술들 과 철저히 비교 평가한 다음 점진적으로 도입 하는 방법 을 제안한다. 방재로봇의 경우, 우선 Task가 비교적 간단한 화재 진압용 로봇으로 출발 하여, 연구와 개발과정에서 검증된 각종 기술과 k now-how를 조심스럽게 다 른 용도 로봇의 개발에 원용하도록 한다. 이것은 로봇은 그 종류에 관계없이 대부분의 핵심기술들이 거의 공통적이라는 사실과, 그러나 로봇의 설계는 그 목적에 정확하게 부합되어야 한다는 양면성 때문이다. 발전 전 망 과 기대 효 과 컴퓨터 공학 및 마이크로프로세서 기술, 그리고 센서 데이터 처리, 정밀 서 보제어, 로봇 비젼 등 첨단 자동화기술이 꾸준히 이루어질 전망이다[50, 51]. 그 결과, 재해용 로봇도 그 성능과 신뢰성이 높 아 지면 서 불확실한 환경에서도 좀더 능숙하고 안전하게 그리고 좀더 자율적으로 작업을 수행하게 되리라 전 망된다. 특히, 최근의 IT, BT, NT 등의 기술발전 으 로부터 방재 용 로봇은 더 욱 큰 도움을 받게될 것이다. Internet이나 위성으로 network화된 방재시스템, BT/NT를 이용한 초소형 로봇의 매몰 현장으로의 투입 등은 단순한 공상의 산물이 아닐 것이다. 그러나, 화재와 지진 등의 종래의 재난은 꾸준히 그 위 력을 떨치고 있을 뿐 아니라, 우리나라와 같이 남북이 첨예하게 대치하고 있는 상황에서, 화생방전의 위험은 상존하고 있음. 이러한 위험들에 대해 contingency plan을 수립하고 대 처하지 않 는 것 은 무 모 한 일 일 것 임. 이 러 한 위험에 대해 효과적으로 대처하는 데, 방재용 로봇이 주요한 역할을 차지할 것이라 전망된다. - 76 -
Products Technology Roadmap (방재 로봇) 화재 진압 로봇 대형 빌딩용 유류/가스/화공약품 탱크용 대형 빌딩 소화용 로봇 저장탱크 진화용 로봇 대형 빌딩 인명구조용 로봇 대형 빌딩 소화/인명구조용 로봇 저장탱크 진화 및 처치용 로봇 매몰자 구조 로봇 빌딩 붕괴 현장 탄광매몰 현장 생존자파악및위치감지용마이크로로봇 붕괴물처리 로봇 생존자파악및위치감지장치 붕괴물 처리 및 인명구조 로봇 붕괴물처리및인명구조로봇 오염 제거 및 청소 로봇 ** 화.생.방 오염 해상 오염제거 로봇 화.생.방 오염제거 로봇 해저 오염제거 로봇 Technology 화점 인식기술 실시간 시각 및 영상 처리기술 위치 결정 기법 화생방 오염원 인식 기법 장애물 승월기술 평지주행기술 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 적외선카메라이용기술 Near IR 카메라이용기술 실시간 시각 및 영상처리 알고리듬 마이크로로봇을 이용한위치결정기법 화생방 오염원 인식 기법 무한궤도 이동기구 제작기술 형상가변 무한궤도 이동기구 제작기술 기구학적 해석 미끄러짐보상 자이로 시스템 기술 힘제어조작기술 협조 조작기술 원격조작기술 마스터/슬레이브조작 서보제어기 아날로그 토크 콘트롤러 디지털 하이브리드 콘트롤러 협조제어 통괄제어 및SW 구조 정밀제어기술 분산제어기술 통신기술 해양 구조물 설계 기술 통괄제어 구조 및 SW 병렬처리 신경제어기 서보기술 최적제어 정밀추적시스템 기술 분산제어기 제작 기술 분산제어 알고리듬 고장극복 RF 통신기술 Pressure Resistant 구조의설계기술 < 그 림 4 6 > 방재 로봇 기술개발 TRM 원자 력 로봇 원자 력 로봇 개발의 개념 및 분 류 극한환경에 인간의 감각과 작업영역을 확장하기 위 한 극 한작 업 원격 로봇 기술은 원자력발전소 방사선 감시 및 점검, 폐기물 처리, 핵연료 취급 등과 같은 비제조업 분야에서도 널리 적용될 수 있는 첨단 기술이 가미된 기반 기 술이다 (표 18 참조). 원자력 시설 내부의 고방사선 구역에서는 고도의 기능 을 구비한 로봇이 극한작업을 신속하고도 효율적으로 처리하게 함으로써 고 방사선 환경 작업으로부터 작업자를 보호하며 작업여건도 개선시킬뿐만 아니 라 원전 이상사태를 효율적으로 감시하고 점검함으로써 원전의 안전성도 향 상시킨다. 이러한 극한작업용 원격로봇은 일반 산업용 로봇에 비해 훨씬 더 높 은 신 뢰성 및 안전성이 요구되므로 원격로봇 기술이 성공적으 로 개발되 기 - 77 -
위해서는 원격제어, 고성능 센서, 센서데이터 처리, 정밀서보제어, 로봇 비젼 등의 첨단 핵심 요소기술들이 총체적으로 종합되어야만 가능한 기술 집 약적 분야이다. <표 18> 원자력 로봇기술 분야별 구분 원자력용 로봇 구성 장치 관련 요소 기술 방사선 감시로봇 -방사선 측정장치 -스케닝장치 -이동장치 -영상처리장치 -방사선 감지/핵종분석/데이터 처리 -2축 스케닝 유니트/ 유니트 제어 -평행주행/ 장애물 승월 -방사선 감지 및 영상화 식별 핵연료 검사로봇 -3축 이송장치 -영상처리장치 -측정장치 -수중감지장치 -3축 유니트 제어 -형상인식 및 캘리브레이션 -3차원 제원 미세측정 및 방사화판정 -수중 모니터링 원자로 내부 세척로봇 -바닥세척 및 이물질 제거장치 -원자로내부 검사장치 -동작 시뮬레이션/ 제염 -영상 처리인식/ 초음파 검사 방사선 비상대응 다목적 로봇 -서보 제어기 -기구부 -환경인식 시스템 -제어시스템 -아날로그 제어기/ 디지털(위치,힘 제어기 -조작기/ 4각 보행 -지형인식(영상, 초음파)/ 방사선 감지(영상매핑)/ -원격관리 제어반/ 실시간 최적제어 원자로 해체 로봇 -해제용 조작기, 절단기 -원격조작 제어장치 -플라즈마 토취 절단/ 고출력 절단용 레이저/ 경중 하중용 조작기 -원격조작기/ 지능형 제어기 원자 력 로봇 개발의 특 성 특히, 로봇의 작업이 방사선환경에서 이루어지므로 방사선 피폭시 심각한 피로와 예상치 못한 오동작을 일으키는 보이는 로봇의 모든 전자부품 등에 대 하여 방사선 영향평가가 선행되어야 하며, 로봇 자체의 내방사선화가 필수 라 는 점 이 일반 산업용 로봇과는 엄격히 구분되는 특성을 나타낸다. 이동장소 가 협소하고 계단 장애물이 존재하므로 이에 적합한 이동부의 개발이 이루어 져야한다. 이동부는 바퀴식, 각식, 무한궤도식이 있을 수 있다. 따라서 각 형 식이 적절히 조합된 이동장치 개발이 선행되어야한다[52, 53, 54]. - 78 -
주 요 선 진 국의 육성정 책 및 기술동 향 미 국 - 극한작업 로봇을 최초로 산업체에 적극적으로 적용되고 개발된 분야는 원자력분야로써 1940년대 미국 맨하탄 프로젝트에 참여한 아르곤 국립연구소 (ANL: Argonne National L aboratory)의 원격 핵물질 취급용 로봇 조작 기 개발을 들 수 있다[55, 60, 61]. - 아르곤 국립연구소는 1950년대에 CP-5 원자로를 해체하기 위하여 원 자로 해체 로봇을 개발하였다. 이 로봇은 6피트 길이의 두 개 금속 팔 은 275파운드까지의 무게를 들어올려 로봇에 달린 부속물이 1,000파운 드의 압력을 가할 수 있는 데 이는 3/8인치 두께의 알루미늄 막대기를 절단하기에 충분한 힘을 가졌다. 또한 이 로봇은 폐쇄회로 TV 카메라 와 마이크 크기의 두 개의 조이스틱을 이용해 운전원의 조작에 의해 운 전 이 가능하며 그 정밀도는 작은 볼트와 스크루를 원하는 위치에 부드 럽게 갖다 놓을 수 있다[56, 57]. - INEEL (Idaho National Engineering and Environmental Laboratory)에 서는 우주시대 용도의 로봇 팔과 다른 여러 가지 첨단 장치를 이용하여 지하 액체 방사성 폐기물 저장 탱크의 내부를 조사하고 1999년 2월에 탱크에서 추출한 폐기물 찌꺼기 샘플을 추출 하였다[58]. - TM I (Three M ile Island) 사고 이후 사후처리용으로 개발이 시작되어 미국 CMU의 RRV, RWV를 필두로 하여 원자력 선진국을 중심으로 비상 대응 시스템이 활발하게 연구 개발되었다. EPRI에서 개발한 Suveyor와 Remotec의 Surbot는 비상대응을 위하여 많은 실증 시험과 현장 적용에 대한 시도가 이루어졌으며, 1990년대에 들어 에너지성 주도로 고준위방 사성 폐기물 탱크 또는 주변토양의 오염상태분석 및 회수작업을 동시 다발적으로 수행하기 위하여 가상현실기법을 이용한 다중로봇 제어기법 에 관한 기술을 개발 중이다[59]. - GEC Alsthom사의 Schilling Robotics Division에서는 TITAN, GAMMA, HYDRA Series 등의 원자력용 유압식 서보매니퓰레이터를 개발하여 상 용화하고 있다. - 79 -
<그림 47> 증기발생기 조작기 <그림 48> 원전 이동형 로봇 - 피츠버그 로봇 연구실에서는 인간이 접근할 수 없는 고온, 고방사능 지 역인 체르노빌 원자로 4호기 탐사를 위해 파이오니어 로봇을 이용하였 다. 이 로봇은 무게가 약 1톤이며 방사선에 저항력이 있도록 피츠버그 소재의 RedZone Robotics사가 제작한 것으로서, 작은 불도저와 같이 구 조물 내의 통로를 따라 움직인다. 파이오니어 로봇은 체르노빌에 투입 된 적이 있는 20~30개 로봇 중에서 가장 저돌적인 로봇이며 시료채취, 환경측정 및 3차원 컴퓨터 모델의 생성을 통해 우크라이나 당국이 청소 작업을 가장 효율적으로 수행할 수 있도록 공구, 센서 및 스테레오 카 메라 꾸러미를 장착함. 이 탐사의 목적은 작업원이나 다른 로봇이 붕괴 조짐을 보이고 있는 석관에 대해 보강작업을 시작할 수 있도록 사고현 장의 청소작업을 수행하는 것이다. 일 본 - 기업체를 중심으로 가시화되고 현장에 적용하고 있다. 1983년부터 1990 년에 걸친 원자력용 다기능 로봇 개발을 통산성 주도로 수행하여 이 분야의 요소 기술 확보에서 선두를 유지하고 있으며, 당시 개발된 기 술은 산업체로 이전되어 미쓰비시사에서 원자력발전소의 적용을 목표 로 개발 중인 로봇만 하여도 50여종에 이르고 있다. - 일본 도시바는 원자력발전소의 배관검사에 이용하는 소형 로봇을 개발 하였다. 이 로봇은 탑재한 비디오 카메라로 내부의 상황을 촬영하는 외에 각종의 검출장치를 연락해 관내를 이동하면서 방사선량 등을 측 정할 수 있으며, 미리 경로를 가르쳐주면 자동운전이 가능하다. 개발한 로봇은 직경 71mm, 길이 270mm의 배관모양으로 원자력발전소에서 많이 사용되고 있는 직경 3인치의 배관을 대상으로 한 크기로 무게는 - 80 -
약 500g이며, 라이트와 41만 화소의 CCD 카메라가 붙어 있고 어두운 관 안을 비추면서 이물질과 관에 금이 가 있는가 등을 발견할 수 있 고, 전후에 각각 4개의 바퀴가 있고 관에 바퀴를 꽉 누르면서 모터로 돌려 전후로 이동한다. 수평으로 된 관 안에서는 최고로 초속 22mm의 빠르기로 움직이며, 몸체부분에는 공기압을 더하면 몸을 흔드는 특수 한 장치가 있고 분기 있는 T자관과 커브로도 적절하게 방향을 바꾸어 목적지로 향할 수 있다. - 일본 원자력 연구소 내의 토카이 연구소에서는 원자력 사고가 일어났을 때 사람을 대신해 현장 상황을 확인하는 로봇을 2001년 3월에 개발하였 다. 정보 원격 수집 로봇은 무한궤도나 타이어 등을 부착하여 이동할 수 있으며, 사고 직후 감마선이나 중성자선 양 등을 계측하는 초기 정보 수 집 로봇 2대와 영상이나 음성, 실내의 장애물 위치도 파악하는 상세 정 보 수집 로봇, 현장에서 발생한 기체나 액체 등 오염물을 채취할 수 있는 시료 등 정보 수집 로봇ꡑ1대 등 모두 4대로 구성되어 있다. - 길이 10mm, 무게 0.5Kg의 마이크로 로봇이 공개됐는 데, 이는 현재까 지 개발된 로봇 중 가장 작은 크기이다. 미니 로봇은 워낙 크기가 작 기 때문에 발전소를 정지시킬 필요가 없어 유 리 하며 화 력 발전소나 원 자력 발전소에 이상이 생겼을 때 파이프라인 틈새로 들어가 수리를 할 수 있다. 유럽 - 영국, 독일, 프랑스 등도 원자력산업용 내방사선 로봇 개발에 착수하여 고 방사성폐기물/부품 등을 선별적으로 회수하기 위 한 로봇을 개발하고 있으며, 프랑스의 Framatar도 시험 가동중인 3개의 발전소에서 실증 시험을 수행하였으며, 독일의 MF-2, 3, 4 등은 체르노빌 사고시 현장 에 투입되었다. - 영국 AEA Technology사의 NEATER Series는 산업용 조작기의 구성 부품을 내방사선 부품으로 교체하여 원자력용 조작기로 상품화하여 사용 하였다. 또한 MAGNOX사에서 개발한 SNAK E는 여 러 자유도를 가진 유지보수용 조작기로 유압을 구동원으로 사용한다. - 81 -
국내현 황 일 반 산업용 로봇기술은 산업체 주도하에 국내 대 학의 메카트로닉스, 기계, 전자, 전산학과 등을 비롯하여 연구소에서 생산성 향상을 위해 단순 작업용 로봇을 1985년부터 개발하여 자동차 용접 및 도장, 가전부품 조립, 반도체 생 산라인 현장에 단순 반복 작업 로봇이 상용화되어 있다. 일반적으로 단순작업 산업로봇은 순차제어기를 사용한 로봇이 주종을 이루어 보급되어 있으며, 반 도 체 기술, 첨단 제어기술, 센싱기술, 로봇 설 계기술 등 의 발전 에 힘입어 선진 국 수준으로 향상되며 다기능 고지능 로봇의 개발로 전환되고 있는 추세이다. 그러나 극한 환경 작업용 로봇에 대한 개발은 미미한 실정이다. 한국MT시스템은 하수관의 누수부분을 측정 하고 유 지하는 이동형 로봇과 대형건물환기구로봇은 중소기업을 중심으로 개발되고 있다. 인간과 유사한 오 감과 지능을 가지고 이동하며 작업하는 자율형 로봇인 휴먼 로봇과 범 용 성을 지닌 로봇은 국가 출연 연구소인 한국과학기술연구소에서 개발이 추진되었고, 해저 탐사용 로봇은 한국기계연구원이 대우 등 여 러 기관과 역 할 분 담하여 연구하였다. 심해저 탐사 및 개발을 위한 수중작업 로봇을 개발 중이며, 개발 기술로서는 200m급 수밀 구조형 ROV 개발, 초음파 신호전달 시스템을 현재 해양연구소에서 개발 중이다. 원전에의 로봇 기술 적용을 목표로 안전성 시설 주위를 자유롭게 이동할 수 있는 이동 메카니즘 기술과 고방사선 환경을 고려한 기계 및 전자 재료 기술에 대한 기초연구를 1989년부터 수행하여 왔으며, 1992년부터 원자력시설 내 안전성 관련 기기의 유지보수 작업용 로봇 시스템 및 발전소내 점검감시 를 위한 이동형 경작업 로봇을 한국 원자력 연구소에서 원자력 중장기 계획 에 따라 개발 추진하여 왔다. 원자로는 일반 기계나 건축물과 달리 고방사선 이라는 특수환경이므로 구석구석까지 자연과 인체에 치명적인 방사능 물질에 오염돼 있는 특징을 가지는 데, 국내 최초의 원자로로서 'Triga Mark Ⅱ, Ⅲ' 의 해체를 위해 원격조종 로봇을 이용하여 분리, 자연증발, 제염기술 등을 활 용하여 2002년까지 원자로를 해체할 계획이다. - 82 -
< 표 19> 원자력로봇 기술개발의 SW OT 분석 강 점 약 점 -반 도체 및 전 자기술 향상 -풍 부한 로봇 전문인 력 양 성 -IT 산업의 집중 적 정 책적 지원 -국가적 전략모형이 미수립 -원자력 산업분야의 관련 전문가 부족 -필요성에 대한 인식 부족 - 산발적인 연구 국부적 수행 기 회 위 협 -일 부 선 진국의 핵심 기술 선점 -IT 산업의 성장에 따른 RT 산업 동반 - 특화기술 (기계요소설계, 초정밀가공, 성장 분위기 고조 센싱기술)의 개발의지 저하 -원자력 산업의 중요성 확대 및 원전의 - 선진국의 기술장벽 강화로 인한 기술적 유지보수 필요성 증대 예속 - 국가 번영에 기술의 중 요도 증가 -국내 원자력 산업의 발전에 따른 선진국의 견제 증대 기술수준 및 시 장 경 쟁 력 분 석 국내에서는 그 동안 주로 단순 반복 작업용 산업 로봇이 학계, 산업계를 중 심으로 개발되어 왔으며 다기능 고지능 로봇 기술수준은 선진국에 비해 현저히 낮은 상태이다. 원자력 로봇의 작업환경이 일반 산업체의 환경과는 상이한 고 기능과 고도의 안전성이 요구되는 고방사선 구역이라는 현실을 감안할 경우 현재의 단순 로봇기술을 원자력 로봇에 적용 하기에 는 상 당 한 무 리 가 있 다. 선 택 과 집 중 우리나라는 일본과 중국의 사이에 위치하여 지정학적으로 또는 역사학적으 로 이들 두 국가의 영향을 받으면서 발전하여 왔다. 중국의 사회개방정책 이 후 첨 단 기술개발에 지대한 투자를 전력함으로써 항공, 우주, 국방 등의 첨단 기술이 눈부시게 날로 발전하고 있다. 이에 영향을 받은 일본은 우리나라에 기술장벽을 높이고 있는 추세이며, 첨단분야는 더욱 심화되고 있다. 특히 원 자력용 로봇 같은 극한작업용 다기능 로봇은 복합 첨단기술과 공학적 엔 지니 어링이 유기적으로 종합되어야만 가능한 기술 집 약적 분 야 로서 기술의 파 급 효 과 와 부가가치가 지대하므로 선진국에서는 기술장벽을 한 차원 높여 방어하 고 있는 실정이다. - 83 -
본 기술이 확립되면 국내의 첨단 자동화기술 수준이 선진국 수준으로 급상 승할 수 있는 기반이 마련되어 고가의 원격조정 장비 수입, 기술 도입비 절 감, 전문가활용 자문비를 극소화할 수 있으며, 더 나아가 국내 기술의 선진국 으로 역수출이 가능케 된다. 이러한 상황을 고려하여 볼 때 모든 기술을 개발 하는 것은 한정된 인력과 재원으로써 불가능할 뿐만 아니라 비효율적이다. 그 러므로 시급하고 개발에 따른 임펙트가 큰 분야부터 선별하여 집중적으로 초 점을 맞춰 개발해야 한다. 하드웨어가 결부되어 있지 않은 단순한 정보 기술 은 궁극적으로 적용의 한계에 도달하게 되므로 소프트웨어와 하드웨어가 결 부되어 시스템 엔지니어링이 이루어진 고부가가치, 기술 집약적인 분야를 선택하 여 집중적으로 개발 추진해야 한다. 성공의 가능성을 높이기 위하여 개발 초기 단 계에 서 분야를 신중히 선택해 야 하며, 개발 후 현장 적용의 가능성과 필요성이 큰 분야에 초점을 맞추어서 재투자를 유도하고 이에 따라 타 로봇 분야에의 투지의지를 촉진시켜야 한다. 우리나라는 부존자원이 빈곤하여 원자력 발전은 필연적으 로 선택할 수밖에 없 는 필연적인 에너지원이다. 이러한 뜻에서 국내의 전력을 40% 이상을 점유 하고 있는 원자력 에너지의 원천이 되는 원자력 발전소의 감시점검 및 유지 보 수는 국가적인 측면에서 중요하다. 고도의 기술이 요구되는 보수, 정비에 대 한 로봇기술을 확립하고 향후 기술적으로 더 욱 복 잡 하고 어려운 다양한 작 업들을 수행할 수 있는 고도의 지능과 조작성 및 이 동 성을 구비 한 고 지능 다 기능 로봇의 개발은 원자력발전소 유지보수작업의 무인화를 앞당길 수 있을 것으로 전망되어 원전의 안전성과 신뢰성을 향상시키는 데 크게 기여할 것으 로 예상된다. 결론적으로 국내의 사정과 국제적인 상황을 비추어 볼 때 우리에게 가장 시급한 것은 안전한 원자력 발전이 밑바탕 되어야 한다. 따라서 극한 환경 작 업 용 고 지능 로봇이 국가적 요청에 부합하는 과제로서 사료되므로 집중적으 로 개발되어야 한다. 추 진 체 계 방사선 감지로봇, 핵연료 검사로봇은 원전의 고 방사 능 지역에서 감시점검 작업을 수행할 수 있으며, 원자로내부 세척로봇, 원자 로 해 체 로봇은 복 잡 하고 위험한 작업을 대신할 수 있다. 방사선 비상대응 다목적로봇은 원자 로 내부의 이상상태를 조기에 발견하고 대처할 수 있게 함으로써 원자력 안전성 향상에 일대 전기를 마련할 수 있을 것이다. 본 기술이 확립되면 국내의 첨단 자동화 - 84 -
기술 수준이 선진국 수준으로 급상승할 수 있는 기반이 마련되어 고가의 원 격조정 장비 수입, 기술 도입비 절감, 전문가활용 자문비를 극소화할 수 있으 며, 더 나아가 국내 기술의 선진국으로 역수출이 가능케 된다. 이러한 상황을 고 려 하여 볼 때 모든 기술을 개발하는 것은 한정 된 인 력 과 재 원으 로써 불 가 능할뿐만 아니라 비효율적이다. 그러므로 시급하고 개발에 따른 임펙트가 큰 분야부터 선별하여 집중적으로 초점을 맞춰 개발해야 한다. 하드웨어가 결부 되어 있지 않은 단순한 정보 기술은 궁극적으로 적용의 한계에 도달하게 되 므로 소프트웨어와 하드웨어가 결부되어 시스템 엔지니어링이 이루어진 고부 가, 기술 집약적인 분야를 선택하여 집중적으로 개발 추진해야 한다. 성공의 가능성을 높이기 위하여 개발 초기 단 계에 서 부터 분야를 신중히 선 택 하여야 하며, 개발 후 현장 적용의 가능성과 필요성이 큰 분야에 초점을 맞추어서 산업체의 재투자를 유도하고 이에 따라 타 로봇 분야로의 확산을 촉진시켜야 한다 결 론적으로 국내에 사정과 국제적인 상황을 비추어 볼 때 우리에게 가장 시급한 것은 안전한 원자력 발전이 밑바탕 되어야 한다. 따라서 극한 환경 작업용 고지능 로봇이 국가적 요청에 부합하는 과제로서 사료되므로 집중적 으로 개발되도록 추진하여야 한다. 발전 전 망 과 기대 효 과 첨단 자동화기술의 발달과 마이크로프로세서 기술의 성장이 지속적으로 이 루어질 것이며 로봇비젼의 핵심요소기술들이 총체적으로 종합 개발됨으로써 단순공정의 제조업분야 로봇은 보다 복잡하고 다양한 작업이 요구되는 극한 작업분야로 적용분야가 가능할 것으로 예측되며 적용 분야도 더욱 확장될 것 으로 전망된다. 이러한 극한환경으로의 작업영역이 확장되면 새로운 형태의 로봇이 개발되고 이에 따른 기술이전이 촉진되어 로봇기술의 비 약적인 향 상 이 예견되고 더욱 더 기술의 향상이 가속화될 것으로 판단되며 이에 따라 군 사분야, 원자력분야, 우주개발, 해저탐사, 방재, 농축산, 수산 등의 비제조업 분야에서도 로봇 기술이 널리 적용될 것이다. 원자력 시설 내부의 고방사선 구역에서는 고도의 지능을 구비한 로봇이 위 험한 작업을 인간을 대신하여 신속하고도 효율적으로 처리함으로써 고방사선 환경 작업으로부터 작업자를 보호하며 작업여건도 개선시킬 것으로 전망된 다. 국내에 적합한 점검감시 및 유지보수용 로봇을 국내 고유모델로 개발하 고 적용함으로써 현재 외국 기술진에 의존하는 장비의 고가 대여비 (예: 원 - 85 -
자로 내부검사: 용역비 10억원, 구입비: 80억원 / 증기발생기 전열관 검사 및 노즐댐 작업비: 장비구입비: 30억원)을 국내에서 자체 해결함으로써 수입 대 체 효과가 크다. 최근 IT, BT, NT라고 일컬어지는 일련의 대형화 기술개발 이 집중적으로 이루어지고 있다. 이들 과제는 국가 주도형 대형 프로젝트로 서 향후 기술의 혁신과 기술의 구축에 따른 신기술의 창조가 이루어질 것이 므로 이들 구축된 기술들은 로봇 분야에 새로운 형태의 기술을 제공할 것으 로 기대된다. 로봇 기술의 수준이 그 나라의 첨단 기술을 나타내는 바로미터 가 될 것이며 로봇이 국방 및 산업에의 주역이 됨으로써 각국마다 로봇 기술 을 보유하기 위해 치열한 경쟁을 벌리는 시기가 머지않아 도래할 것으로 예 상된다. Products 빙사선 감시로봇 방사선측정장치 스캐닝장치 이동장치 영상처리장치 핵연료 검사로봇 3축이송장치 영상처리장치 측정장치 수중감시장치 Technology Roadmap (원자력 로봇) 1세대 로봇 2세대 로봇 (단일기능) (다기능) 방사선감지,핵종분석장치 데이터장치 2축 스캐닝 유니트 유니트 제어장치 평행주행장치 장애물승월용장치 2축 스캐닝 유니트 유니트 제어장치 3축 유니트장치 제어장치 라인영상장치 영상개선장치 제원측정기 감마선측정장치 수중 모니터링 장치 3세대 로봇 (고지능, 다기능) 원자로내부 세척로봇 바닥세척 및 이물질 제거 장치 동작 시뮬레이션장치 기구부 및 제어부 원자로내부 검사장치 영상 처리 장치 내부검사장치 방사선비상대응 다목적로봇 서보제어기 아날로그 제어기 디지털(위치, 힘) 제어기 기구부 환경인식 시스템 제어 시스템 조작기 지형인식 시스템(영상, 초음파) 원격관리 제어반 4각 보행 장치 협조, 최적제어기 실시간 제어장치 원자로 해체로봇 해체용조작기, 절단기 원격조작제어장치 플라즈마 토취 절단기기 고출력 절단용 레이저시스템 원격조작기 경/중하중용 조작기 지능형 제어기 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Technology 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 감지기술 접촉상태 측정 거리,토크측정 영상 처리기술 실시간 영상처리 알고리듬 패턴인식 분산제어기술 실시간 데이터처리기술 정밀제어기술 분산제어기 제작 기술 분산제어 알고리듬 고장극복 병렬처리 서보기술 최적제어 정밀추적시스템 기술 신경제어기 원격조작기술 힘 제어 조작기술 협조 조작기술 평지주행기술 장애물 승월기술 다각보행기술 주/종조작기술 서보제어기 로봇운동평가 아날로그 토크 콘트롤러 디지털 하이브리드 콘트롤러 협조제어 기구학적 해석 미끄러짐보상 자이로 시스템 기술 무한궤도 이동기구 제작기술 형상가변 무한궤도 이동기구 제작기술 4각 보행로봇 설계 정적, 동적 보행 알고리듬 < 그림 32> 원자력 로봇 기술개발의 TRM - 86 -
국방 로봇 국방 로봇 개발의 개념 및 분 류 우리나라는 남북이 군사적으로 대치되어 있는 유일한 국가로서 군사용 로 봇의 개발은 국가의 생존과 직결되어 있다. 최근 지능제어 기술, 마이크로 프 로세서기술, 센싱기술이 극적으로 발전함에 따라 무인 전투로봇이 가능하며 이 분야의 기술확보는 국방력의 척도가 될 것이다. 국방 로봇 개발의 특 성 국방관련 기술은 국가간의 수출금지 항목으 로 분류되어 자체의 기술 개발 에 의존할 수 밖에 없는 분야이며, 현재 여타 기술분야에 비해 개발이 더디게 진행된 상태이다. 특히, 남북이 대치되는 상태와 중국, 일본, 소련 등 열강들 과 지리적으로 가깝게 위치한 우리나라의 현실을 고려할 때 시급히 자체적인 연구개발에 박차를 해야 할 부분이라고 판단된다. 주 요 선 진 국의 육성정 책 및 기술동 향 선진 5개 동맹국에서 첨단센서, 진보적인 의사결정구조, 통신과 네트워크, 로봇공학, 전원과 에너지 분야에 기술개발을 주력하고 있다 (International Defense Review지 2001년 2월호, 표 20 참조). 지능화 기계 시대에 접어들면 서 자동화 로봇의 개발이 군의 전술과 편성 방법을 크게 바꿀 가능성이 매 우 높아짐에 따라 5가지 기술 분야를 효과적으로 적용할 시 앞으로 수십 년간 군사력의 우위를 장악할 수 있다[62, 63, 64]. <표 20> 선진 5개국 국방 관련 연구 개발동향 연 구 과 제 명 특 징 기초연구 응용연구 첨단센서연합 진보적의사결정 아키텍쳐연합 통신,네트워크연합 전원,에너지연합 로봇공학 - 전기광학 지능센서 - 첨단무선통신 - 마이크로 센서 - 정보수집, 분류, 상관성, 집합, 융합, 경고 및 전파 - 행동발생, 전장에서 예비 - 동적, 무선 이동통신 구조제공 - 각 기기간의 네트워킹 - 큰 소형 휴대장치 - 첨단 연료전지 - 지능형 - 소형화 - 87 -
미 국 - 미국의 경우 처음으로 기존의 유인 전투차량의 부분 기능을 분리하여 몇 개의 로봇과 통제를 담당하는 유인통제차량을 혼합 운용하는 미래전투시스 템 (FCS :Future Combat System, 그림 33)을 2000년 5월에 관련업체와 계약하여 D emonstrator를 개발 중이며 국방성의 예산으 로는 로봇분야의 가장 큰 규모의 투자로 2003년 3월에 데모를 수행할 예정이며 설계개념 은 다음의 그림 34에서 보여준다[65]. <그림 33> 미래전투시스템 <그림 34> 미래전투시스템 설계개념 - 미국 내쉬빌의 반더빌트(Vanderbilt) 대학의 가르시아와 골드팝 교수는 크 레딧 카드 크기의 1/3쯤 되는 로봇 곤충을 개발하고 있 는 데 이 는 군사용 및 우주에서의 지능체 채집 목적에 사용될 예정이다. 이 연구는 미 국방고 등 연구기획청 (D ARPA)에 의하여 지원을 받 고 있 는 데, 이들은 군사용 목 적의 날아다닐 수 있고, 크기가 작은 로봇 곤충 (마이크로 플라이어)도 개 발할 계획이다. 이들 곤충은 지뢰밭이나 보병대들이 앞에 있는 언덕 너머 에 무엇이 있는가를 파악하는 데 도움을 주는 것과 같은 해묵은 군사문제 에 큰 도움을 줄 것이다. 만일 적들의 위치와 그 능력을 제대로 파악할 수 있다면, 적절한 위치에 포격을 가할 수도 있을 것이다. - NASA의 제트 추진 연구소 (JPL)에서는 도시에서 운용될 수 있는 소형 전 술용 이동 로봇을 개발하고 있다. 이 기술 개발에 는 약 18 개월 이 소 요될 예정이며, 400만 달러가 투입되는 컨소시움 형태로 된 기술 개발 계약이 다. 여기에서 개발될 로봇의 크기는 약 40cm 정도이며, 이쯤 되면 가방에 넣어 짊어지고 다닐 수을 정도로 가볍고, 기동성이 있고, 네비게이션을 위 한 실시간 인식과 정찰이 가능하게 될 전망이다. 이 로봇은 군인 한 사람 이 들고 다닐 수 있을 정도로 작아질 것인데 철조망에 부딪쳐도 끄덕 없 고 문지방을 넘거나 장애물을 건널 수 있도록 견고하게 제작될 전망이며, 또한 계단이나 장애물을 신속히 오르내리며 정밀한 정찰과 내부 및 외부 - 88 -
환경의 지도 제작과 적군의 위치 감지와 파악 기능을 갖추게 된다. 국내현 황 - 현재 민군 겸용 과제를 통하여 반인반수형 로봇 개발을 유진로보틱스와 공동 으로 KIST가 위험지역 작업용 로봇 기술 개발 중이며, 미국의 FCS 사업 이 로봇 기술을 기반으로 진행 중이므로 미래의 전투시스템에 로봇이 센 서나 무기 등의 작동에 중추적인 역할을 할 것으로 예측된다. 또한 약 7년 정도 자율주행분야의 연구를 학계 (포항공대)를 통하여 진행하여 왔고 시 스 템 개발을 위한 핵심연구는 기초연구가 끝나고 ( 02) 기반 기술이 확보 된 후에 실제 개발 진행이 국방과학 연구소 주 도 로 이루어지고 있다. - 심해저 탐사 및 개발을 위한 수중작업 로봇을 한국해양연구소에서 개발 중이며, 개발 기술로서는 200m급 수밀 구조형 ROV 개발, 초음파 신호전 달 시스템을 개발 중이다. - 한국원자력 연구소에서는 원자력 중장기사업의 원자력 내방사선 로봇 개 발과제 수행을 통해 이동로봇 설계 응용기술과 고 방사선환경 로봇 핵심 기술 개발 과제를 통하여 원격 현장감 구현 기술을 확 보 하였 다. 이 러 한 연 구는 화생방전 발생 시에 실전에 투입되어 상황을 판단하고, 이에 대처하 여 피해를 최소화하는 데 활용 가능하며, 화학 및 생물학 물질 탐지 기능 을 추가함으로써 활용분야를 확대할 수 있고, 위험물 감시, 점검, 유지 및 보수 기술의 국제 경쟁력을 강화시키고 개발된 기술의 산업체로의 이전 및 국외 수출이 가능하다. < 표 21> 국방로봇 기술개발의 SW OT 분석 강 점 약 점 -국가의 안전 보장과 국민의 생존권 수 호 차원에서 필수적으로 추진되어야함 -국과연 중심으로 국방 관련연구가 지속되어 왔으며 풍부한 기술저변 인력 확보되어 있음 -IT 산업에 대한 정부 차원에서의 집중 적 지원이 이루 어지고 있음 -핵심 부품 (센서, 고신뢰도 전자부품 등)의 확보가 어려움 -목적 기반의 시스템 엔지니어링 기반이 구축되어있지 않음 -선진국의 견제로 인한 국방관련 지속적 연구가 저해된 상태 임 기 회 위 협 -학연을 중심으로 장기적인 국방관련 연구 -첨단 국방기술개발에 대한 선진국의 이 수행을 통해 고부가가치의 기반기술 (서 해 대립 및 견제 심화 보제어, 인텔리전스기술) 확보가 가능함 -미국을 중심으로 선진국의 대규모 개발 -기반기술 (IT, 통신, 인공지능 등)이 구축 기획이 기 추진되고 있어 현재 국내 기 되어 있으므로 시스템쪽으로 목표가 설정 술개발이 지연될 경우 국방기술종속을 탈 되면 개발의 성공을 가속화시킬 수 있음 피할 수 없음 - 89 -
기술수준 및 시 장 경 쟁 력 분 석 - 범용성을 지닌 이동 작업 자율형 로봇 등은 국가 출연 연구소인 한국과 학기술연구소나 한국기계연구원 등의 국가 연구소 와 일 부 산업체를 통하 여 연구를 수행하였다. - 국방관련 센서 기술에 관한 소규모의 연구 프로젝트가 국내 대학 연구소 를 통하여 수행된 바 있으나, 종합적 장기 플랜이 수립된 기술 집약적인 중장기 계획은 아직 수행된 바가 없다. 선 택 과 집 중 - 도시형 로봇, 정찰, 수중해양 탐사 등 다양한 로봇개발이 국방분야에서 이루어져야 하며, 이러한 다수 로봇 개발의 어려움에도 불구하고 전 세계 적으로 유일하게 남북 대치상태에 있는 우리 현실에 비추어 볼 때 로봇 개발은 단순한 첨단 기술개발 차원을 넘어 국가 생 존 과 직결된 문제이므 로 시급히 개발되어야 한다. 한국의 지형은 산악으로 구성되어 있고, 하 천 등 시외 지형 또한 로봇의 이동성을 크게 저하시키고 있으므로, 좀더 작동기 기술 수준이 향상되면 한국에 적합한 이동형 로봇으로만 형상 가 변형 무한궤도가 적합하게 향상되면, 소형의 로봇이 새로운 형태의 전술 로봇으로 각광받을 수 있으며, 국내에서 응용이 될 것이다. - 국내에서 개발되어야 하며 로봇도 자동화, 농업 무인화 등 다양분야에서 요구되고 있으나, 국방로봇은 국가의 안전보장과 관련 된 분 야 로서 타 로 봇개발 보다 우선적으로 선택되어 개발추진 되어야 하며, 또한 국외 정세 로 미루어 보다 시급성의 높으므로 집중적이고도 지속적인 국가지원이 요망된다. 추 진 체 계 향후 선진국과의 국방 기술경쟁에서 경쟁력을 가지기 위해서는 보다 전략 적 국방 로봇의 개발이 요구된다. 선진국에 비해 상당히 열세에 놓인 국방 로 봇 기술의 현 기술수준을 감안하여 국내 각 연구 기관과 대 학에 서 보 유 하고 있는 우수한 기술들을 총괄적으로 집대성하고 서로 협력하여 단시간에 집중 가능한 분야를 선별한 다음 기술 개발에 박차를 가한다면 선진국에 비해 단 기간에 관련 기술 개발이 가능하다. - 90 -
성공의 가능성을 높이기 위하여 개발 초기 단 계에 서 분야를 신중히 선택하 여 야 하며, 개발 후 현장 적용의 가능성과 필요성이 큰 분야에 초점을 맞추어 서 산업체의 재투자를 유도하고 이에 따라 타 로봇 분야로의 확산을 촉진시 켜 야 한다. 개발된 국방로봇 관련 우 수 기술을 민 간기업 체 로 이 전 (Spin- Off) 한다면 산업 전반의 전반적인 기술 향상을 가져올 수 있다. Products Technology Roadmap (국방 로봇) 지뢰 탐지/제거 로봇 탐지장치 제거장치 자율주행장치 중성자 탐지/분석장치 지뢰자동제거 유니트 동력발생/현수장치 무선 탐색/감시 로봇 전자광학탐색기 원격고속통신장치 저속자율주행장치 다중대역탐색장치 MMW 탐색장치 무선통신장치장치 동력발생/현수장치 무선 전투차량 로봇 초대역 다중 센서 신호처리기 기구/구동부 고속통신 장치 고속자율주행장치 다중대역 영상 센서 MMW 레이다 레이저 스캐너 신호처리장치 현수장치 초대역 다중 탐색장치 신호처리/센서융합 처리기 장전/무장구동/제어 장치 초고속통신 처리기 동력발생/현수장치 Technology 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 영상센서기술 적외선소자 기술 다대역 영상센서 기술 초대역 영상센서 기술 센서기술 레이저스캔기술 1차원 정밀스캔 기술 2차원스캔기술 2차원 고속/정밀 스캔 기술 MMW레이다기술 센서융합기술 MMIC 설계/제작 기술 적외선+CCD 융합 기술 송수신/신호처리 적외선+CCD+레이다 융합기술 지형/물체 등록 기술 다중대역 영상센서+레이다 융합 기술 신호처리/제어 자동탐지기술 이동물체 탐지 기술 소형 물체/위협 탐지기술 소형/위장 물체/위협 탐지 기술 자동인식기술 이동물체/지형인식 기술 다대역물체/지형인식기술 물체/위협인식및GIS 매칭기술 자동추적기술 힘반향제어기술 정밀서보 및 상태추정 기술 유선원격 힘제어 기술 정밀추적 기술 무선원격 힘제어 기술 다대역/다충물체 추적 기술 무선원격 고대역 힘 다중제어 고속무선통신기술 영상/데이터PTP 무선통신기술 영상/데이터비가시통신기술 영상/데이터Ad-Hoc 실시간통신기술 주행/기구 야지주행제어기술 메카니즘기술 능동제어기술 경량/저소음 궤도기술 지형예견 능동제어 기술 밴드형궤도설계기술 견인및현수통합제어기술 전자기식 독립형 직구동 작동기 기술 < 그림 35> 국방 로봇 기술개발의 TRM - 91 -
2. 3. 1. 3 IT와 결 합 된 지능시 스 템 용 지능형 가전, 주 택 및 건 물 개 요 Intelligent Robotic H om e & B uilding의 개발 기술을 요약하면 Netw ork Agent개발, Intelligent Embedded Robot개발, 그리고 Intelligent Autonomous Robot개발이다. 이는 가정과 건물 내에서 통신 Network, 디지털 정보가전 및 단말기, 그리고 자율 로봇간의 원활한 정보 교환을 통한 지능형 시스템을 구축 하고자 하는 것이다. - 홈네트워크 환경구측을 통한 Network Infra 구축 - 빌딩 자동화 환경 구축을 위한 Network Infra 구축 - Intelligent Em bedded Robot의 기반 기술 개발 - Intelligent Autonomous Robot의 기반기술 개발 - Intelligent Robotic H om e 개발 기술개발의 필요성 Intelligent Robotic H om e 한때 Home Automation이라는 말과 개념이 뜨겁게 다뤄졌던 시기가 있었다. 이 때에는 공장자동화 (Factory Automation)와 더불어 집안에서도 로봇이 등 장하고 이 로봇에 의해 집안의 모든 잡일을 대신하고 자동화 할 수 있을 것이 라고 생각했었다. 그러나 이러한 Home Automation이라는 개념은 실현 가능한 기술의 부재와 가격적인 부담으로 인해 실제 소비자들에까지는 파급효과를 미 치지 못하고 쉽게 시들었다. 하지만, '90년대 후반부터 인터넷이 급속하게 확장 되고, 인터넷이 초고속망을 이용하여 각 가정으로 파급됨에 따라 Home Network라는 개념이 Home Automation을 대신하는 새로운 대안으로 급부상하 게 되었고, 요즘의 아파트에는 사이버 아파트 등의 이름으로 Home Network을 추구하는 가정이 유행처럼 확산되고 있다. 또한 인터넷의 고성장과 홈 네 트 웍 의 구축에 대한 관심이 증가함에 따라 전통적인 가전산업 역시 변화하고 있다. 고속통신 infra가 빠르게 보급되면서 사회 각 분야는 통신 infra와 integration - 92 -
을 이루어 편리성과 효율성을 극대화하려 하고 있다. 통계청 (www.nso.go.kr) 조사에 따르면 가정 내 컴퓨터 보급율은 46.4%로 지난 97년 29%에 비해 3년 사이 17.4%가 증가했고 인터넷 전용선 사용가구가 23.3%에 달했다. 보급률의 증가와 함께 가구 당 보유하고 있는 PC의 수 또한 증 가하고 있다. PC가 늘어나고 데이터와 고속 통신을 공유하기 위해 network을 구축하는 경우가 많아 졌다. 지금까지의 network은 PC간의 연결을 위한 것이 대부분이었다. 하지만, 정보가전기기인 Intelligent Embedded Robot이 하나 둘 씩 출시되면서 단순히 PC간의 연결뿐만 아니라 A/V Networking, Home Automation에까지 적용시키려는 시도들이 국내외에서 활발히 진행되고 있다. Allied Business Intelligence (ABI)는 2005년까지 Net-based home automation and control systems이 3억 달러의 시장을 형성할 것으로 예측했다. 불과 1년 전만하더라도 이 분야의 가치는 약 1.1억 달러의 수준으로 평가받고 있었다는 점을 생각해 볼 때 앞으로의 성장 잠재력을 가늠해 볼 수 있다. 인체의 대동맥 에 해당하는 국가 기간망은 실핏줄에 해당하는 가정으로 연결되고 이는 새로 운 시장을 형성하고 있다. 디지털화와 네트워크화는 기존의 백색가전의 새로운 전 기를 마련하는 한편 고부가가치 산업으로 자리잡을 것이다. 또한 인터넷 정 보가전은 컴퓨터, 통신, 방송, 가전간의 서비스 융합을 촉진시키고, 통합 컨텐 츠 등장을 불러 일으킴으로서 새로운 정보통신 기반을 형성하게 될 것이다. 그 리고 국민에게 막힘없는 정보를 전달하는 수단이 되며, 전자상거래, 온라인 게 임, 멀티미디어 정보 서비스의 활성화를 가져 올 것으로 전망된다. 가정의 네트워크화와 함께 관심을 끌고 있는 것이 네트워크 환경 하에서 다 양한 서비스를 수행할 Intelligent Autonomous Robot이다. 메카트로닉스 기술 의 발전과 더불어 로봇은 사업 현장에서 인간을 대신하여 많은 작업을 수행해 왔다. 로봇은 사람에 비해 일반적으로 정밀하며, 큰 파워를 낼 수 있고, 반복적 인 작업을 수행하는 데 용이하다. 이러한 특성을 십분 활용하여 로봇은 FA (Factory Automation) 분야에서 큰 역할을 수행하고 있다. 하지만, 생산현장을 대상으로 하는 이러한 시장은 이미 성숙단계에 이르렀으며 더 큰 경제적 가치 를 창출해 내는 데 한계를 보이고 있다. 또한 현대 사회로 오면서 컴퓨터 기술 과 제어기술이 발전하면서 로봇은 점점 산업현장에서 벗어나 사람과 함께 생 활하는 수준에 이르게 되었다. 로봇의 초창기 연구부터 꿈꾸어 왔던 사람과 함 께 생활하는 로봇이 현실화되어 가고 있다. 특히 최근에는 가정용 로봇이 실제 로 판매되고 있는 실정이고 사회의 관심은 가정용 컴퓨터가 보급되기 시작했 을 때보다 크다. 종래의 홈오토메이션에 네트워킹기술이 합쳐지면서 이제 네트웍이 가능한 - 93 -
어느 곳에서나 가정에 있는 기기들을 제어할 수 있게 되었다. 이동성과 통신기 능을 가진 가정용 로봇의 응용 분야는 무수히 많다. 어느 정도 일반화된 방범, 방재, 가사보조 등의 기본적인 응용 분야에서, 에어컨과 통신을 수행하면서 집 안의 곳곳을 돌아다니며 장소마다 적절한 온도를 유지시키는 기능 등은 Intelligent Em bedded Robot과 Intelligent Autonom ous Robot의 협동기능이라 볼 수 있 다. PC 기반 Intelligent Embedded Robot이 가정 용 PC 시 장을 잠 식 하면 서 홈 오토메이션의 허브 역할을 수행할 것이라는 예측도 나오고 있다. 초고속 통신망 보급률 세계 1위인 우리나라의 경우 아파트 중심의 밀집형 주택, 2000만 여명이 넘는 인터넷 이용인구, 세계 수준의 Intelligent Embedded Robot 기술과 시작단계의 Intelligent Autonomous Robot 등 상당한 수준의 기 반기술을 갖추고 있다. 이러한 기반의 이점을 충분히 살려 Home Network와 Intelligent Embedded Robot and Intelligent Autonom ous Robot 에 대한 기술을 개발하고 투 자한다면 다양한 효과를 얻을 수 있을 것으로 예상된다. 다음의 그림 36은 Intelligent Robotic H om e 기술개발 필요성을 개괄 적으 로 보여준다[67, 68, 92]. Network Service Agent (Home Server,통합운영시스템 통신망 관리 시스템 ) 편안한가정환경요구 Intelligent Robotic Home Intelligent Embedded Robot (제어 유틸리티, 정보통신 기기, 생활가전 ) 정보화 사회 Intelligent Autonomous Robot (가정관리로봇, 생각인지로봇, 감성로봇 ) 정보획득의 욕구 <그림 36> Intelligent Robotic H om e 기술개발 필요성 - 94 -
Intelligent Robotic B uilding 첨단 정보 빌딩 또는 지능형 빌딩이라 불리어지는 인텔리전트 빌딩 (Intelligent Building)이라는 말은 미국의 UTBS (United Technologies Building System) 사가 미국의 코네티컷주 하트포트에 건설하여 1984년 1월에 완성한 시티 플레 이스 (City Place)에서 처음 사용되었다. 인텔리전트 빌딩을 직역하면 [총명한 두뇌를 가진 빌딩] 또는 [고기능 빌딩] 이라 할 수 있다. 미국에서는 스마트 빌딩 (Smart Building)과 IB가 동의어로 사용되고 있는 데, 미국의 OCS (Office Communication System)사는 인텔리전 트 빌딩을 [한마디로 설명 하기는 어렵지만 대체로 냉 난방, 조명, 전력 시스 템을 통합 운영하는 자동화된 건물로서 자동화재 감지장치, 보안경비, 정보통 신망의 기능이 첨가된 빌딩]이라고 정의하고 있으며, AT&T사도 스마트 개념 (Smart Concepts)을 통해서, 인텔리전트 빌딩을 [일정 기간의 운영비를 최소화 하기 위한 자원의 효율적 관리가 가능하고, 입주자의 사무 능률을 극대화시킬 수 있는 사무 환경을 갖춘 빌딩]으로 정의하고 있다. 일본에서는 IB의 개념을 1986년 3월에 일본 건설성이 설치한 "인텔리전트 콤플렉스 추진 협의회"에서 체계화시켰는 데, 인텔리전트 빌딩이란 21세기를 전망하여 고도 정보화의 진전에 대응할 수 있는 고도 정보화 건축물 또는 정 보 통신 기능의 고도화, 에너지 절감, 인력 절감, 실내 환경의 쾌적성, 정보의 안전성, 신뢰성 확보 등이 완비된 양호한 건축자산 이라 정의하고 있다. 첨단 정보 빌딩 또는 인텔리전트 빌딩이란 건축, 통신, 오피스 자동화, 빌딩 자동화 등의 4가지 시스템을 유기적으로 통합하여 첨단 서비스 기능을 제공함 으 로써, 경제성, 효율성, 쾌적성, 기능성, 신뢰 성, 안전 성을 추 구한 지적 생 산의 장 소 에 적 합 한 빌 딩 이라 정의할 수 있다. 우리나라에서의 인텔리전트 빌딩 (Intelligent Building), 즉 첨단정보빌딩이라는 용어는 1991년 10월 한국통신의 전자운용연구단 건물을 국내 최초로 첨단정보빌딩으로 준공하면서 일반적으로 사용되기 시작하였다. 이러한 첨단정보빌딩들은 점차 블록화 되면서 인텔리전 트 콤플렉스 (Intelligent Complex)를 형성하게 되고 이에 따라 인텔리전트 복 합군 (Complex)를 지원하기 위한 텔레포트 (Teleport)가 형성되었다. 따라서 첨단정보빌딩의 출현은 다가올 정보화 사회에 중요한 경제 활동의 장소를 마 련해 줄 것이며 공장 자동화가 외관상 공장 건물을 그대로 두고 내적으로 생 산라인이나 관리 부문이 자동화되는 것처럼, 도시도 외적으로 크게 변화하지 않고 내적으로만 그 구성 요소의 기능을 자동화시킴으로써 사회 정보화가 추 진되리라 본다. 최근 IBS에서는 폭증하는 자동화 관련 시스템의 관리를 위한 - 95 -
시스템 솔루션에 대한 연구가 진행 중이고, 지금까지의 빌딩의 중앙 통제 방식 은 전체 시스템의 통제를 사람이 일정부분 담당하는 방식으로 완전한 자동화 시스템과는 거리가 있다. 그러므로 시스템의 성능 향상과 안정성 확보를 위하 여 완전히 자동화된 관리 시스템의 개발이 반드시 필요하며, 이 분야에 Network Agent를 기반으로 하여 Intelligent Embedded Robot과 Intelligent Autonom ous Robot 시스템을 적용하려는 연구가 진행 중이다[90]. 오늘날 반도체 산업을 비롯한 전자 산업이 급속하게 진화됨에 따라 정보통 신 산업도 하루가 다르게 발전하여 우리의 사회가 산업 사회에서 정보화 사회 로 이행되어 가고 있다. 정보화 사회 (Information Oriented Society)에서는 모 든 부문에서 필요한 정보를 얼마나 많이, 그리고 빠르게 입수하여 활용하느냐 에 따라 사업의 성패가 좌우될 수 있기 때문에, 기업의 생산성을 높이기 위해 서는 높은 부가가치 (high value added)의 정보가 첨단 정보 시스템을 통하여 효율적으로 유통될 수 있는 환경이 요구됨에 따라 지적 생산성을 극대화할 수 있는 첨단 정보 빌딩 시스템 (IBS, Intelligent Building System)이 필요하게 되었다. 다음의 그림 37은 Intelligent Robotic Building 기술 개발 목적 및 필 요성을 개괄적으로 보여준다. 출현배경 Network Service Agent Intelligent Robotic Building IBS Server, 통신망 관리 시스템 지능형 통합 운영 시스템 쾌적한 환경의 요구 Intelligent Embedded Robot 정보화 사회 생산성 및 효율성의 극대화 요구 Intelligent Autonomous Robot < 그 림 3 7 > Intelligent Robotic B uilding 기술 개발 목적 및 필요성 - 96 -
기술개발의 개념 및 특 성 Intelligent Robotic H om e - Netw ork Service Agent 가정 내 Intelligent Embedded Robot을 모두 첨단 디지털 제품으로 바꾸었다 하더라도 이들 기기를 완벽하게 호환시키지 못하면 네트워킹이 불가능하다. 일 반적으로 가정 내 네트워크뿐만 아니라 외부와 연동되는 확장된 개념의 홈네 트워크를 위해서는 외부의 전용선을 가정 내로 끌어들일 수 있는 게이트웨이 가 필요하고 각 디지털기기 간 접속을 제어할 수 있는 홈서버를 필요로 하게 된다. 따라서 가정 내에서의 홈네트워크를 실현하는 데 있어 핵심기술은 홈서 버, 홈서버에 탑재되는 미들웨어 그리고 디지털기기 간 전송기술이다. 홈 네트 워크는 다양한 종류의 Intelligent Embedded Robot들을 연결하여 댁내에서의 상호 통신 기능을 제공하거나, 이들 Intelligent Embedded Robot들 로 하여 금 외부 액세스망과의 통신 기능을 제공할 수 있도록 구성된 통신망을 일컫는다. 그림 38에서 볼 수 있듯이 가정 내 디지털기기를 실제로 네트워크로 연결해 데이터를 주고 받으려면 전송규격이 통일되어야 한다. 예를 들어 PC에 USB 단자가 있다면 여기에 USB 관련 주변기기를 자유롭게 접속해 쓸 수 있는 것 과 마찬가지로 TV와 냉장고 PC 와 같은 Intelligent Embedded Robot 사이에 정보를 주고 받으려면 전송방식이 동일하거나 호환이 돼야 한다. 유선으로 할 것이냐, 무선으로 할 것이냐 또 속도는 얼마로 할 것이냐에 따라 다양한 방식 의 전송규약이 개발되고 있으며 그룹마다 표준규격 채택을 위해 치열한 경쟁 을 벌이고 있다. 홈서버는 ADSL (비대칭 디지털 가입자 회선)이나 전용선, ISDN (종합 정보 통신망) 등 외부 인터넷 회선과 접속되며 홈PNA, 블루투스, 홈RF 등의 인터 페이스로 가정 내 디지털 기기와 연결시켜주는 역할을 한다. 홈서버의 대표적 후보로는 디지털 TV와 PC가 거론되고 있으며 인터넷 냉장고도 24시간 가동되 고, 홈서버 역할을 하더라도 식품 보관이라는 기본 기능에 방해를 받지 않는다 는 이유로 새로운 후보로 떠오르고 있다. 또 소니의 경우에는 자사의 플레이스 테이션 게임기를 홈서버로 운영할 계획이라고 발표한 바 있다[66, 69, 74]. - 97 -
< 그림 3 8> Intelligent Robotic Hom e에 서 의 Network Service Agent 개요 홈서버에는 외부에서 접근하는 access network 기술, 내부망을 구성하는 hom e network 기술과 M iddleware 기술이 통합적으로 적용된다. 미들웨어란 홈서버를 중심으로 각 디지틸 기기를 운용하기 위한 통신 프로토콜 규격으로 홈서버와 홈네트워크를 구성하는 리빙네트워크, A/V 네트워크, PC 네트워크의 하부 네트워크 특성에 따라 표 22에 나와 있듯이 미들웨어 기술 개발도 다양 하게 진행되고 있다. 그룹마다 개발하는 미들웨어가 다르다 보니 자신이 속한 그룹의 미들웨어를 세계적인 표준으로 만들려는 경쟁이 치열하게 전개되고 있 으며 국가단위로도 독자적인 움직임이 활발하다. 일본의 경우 지난 97년 도시 바와 마쓰시타 샤프 도쿄전력 히타치 등 5개 업체가 독자적으로 AVCC (Audio Video Computer Communication) 네트워크 구축을 위한 '에코넷 (ECHONET: Energy Conservation and Home Care Network)'을 만들었다. 여기에 NEC와 NT T 소니, 국내의 LG전자와 삼성전자 등이 B클래스로 참여하고 있다[66, 69, 74]. <표 22> 미들웨이 기술개발 현황 미들웨어 명칭 참여기업 기술 내용 하비 SONY, Toshiba, Hitachi, MEI, Philips, (HAVI, Home AudioVideo Thomson, Sharp, Grundig, 8개 대형 Interoperability) 가전업체 UPnP MS, Compaq, HP, Intel, Matsushita, (Universal Plug and Play) Philips, Thomson, SONY 등 전송기술로 IEEE1 3 9 4 채택 XML (Extensible Markup Language)로 표현되는 윈도 기반의 프로토콜 SUN, Toshiba, Mitsubishi, Seagate, 지니, OSGi 자바기반 프로토콜 Canon, Sharp, SONY 등 54개 업체 참여 - 98 -
Intelligent E m bedded Robot 홈네트워크 기반 하에 작동되는 Intelligent Embedded Robot 은 가전제품 고 유의 기능을 수행하며 동시에 네트웍과 연동하여 다양한 서비스를 제공한다. 따라서, 아래의 표 23에서 알 수 있듯이 필수적인 기술은 네트웍과의 접속기술 이 며 센 서기술과 사용자와의 편리한 의사소통을 위한 인터페이스기술 제어와 서비스를 수행하기 위한 OS 및 Middleware 기술이라고 할 수 있다[66, 71]. <표 23> Intelligent E mbedded Robot 필수기술 구분 Intelligent Embedded 유무선 통신망 Robot을 위한 인터페이스 기술 실시간OS 기술 미들웨어 기술 사용자의 조작의 편리성을 높이기 위한 User Interface 기술 분산제어 기술 HomePNA PLN IEEE 1394 LonWorks Bluetooth 무선LAN HomeRF Kernel 기술 Library 기술 Multimedia API 개발도구 기술 A/V 미들웨어 기술 정보기기 미들웨어 기술 정보가전 미들웨어 기술 GUI 환경 터치패널 음성입력 실감 imaging 입체 음향 기술 가상 현실 기술 분산제어를 위한 스케쥴 링 기법 Intelligent Autonom ous Robot 네트웍을 기반으로 각종 서비스를 수행할 Intelligent Autonomous Robot은 네트웍 연동기술이 필수적으로 요구된다. 로봇간에 상 호 의사소통을 하기 위한 프로토콜의 개발도 필수적이다. 자율로봇의 특징인 주행, 보행을 위해서는 센 싱 기술과 정밀제어 기술이 요구된다. 학습 및 추 론 등 의 인 공지능 기술을 통 해 고난도의 작업을 가능케 할 수 있다[76]. 네트웍 연동 기술 - 무선 네트웍을 통한 Intelligent Embedded Robot and Intelligent Autonomous Robot과의 연동 및 인터넷과의 연동을 위한 기반을 제공 - 홈 오토메이션과 무선 홈 네트워크 플랫폼 내 로봇 통신 프로토콜 - Intelligent Autonomous Robot의 차세대 이동통신 연동 인터페이스 기술 - 99 -
정밀 제어 기술 - 여러 대의 로봇을 통제 제어하기 위한 분산제어 (스케쥴링, 알고리즘 기법) - 고속 주/보행 시의 실시간 제어 기술 고급 인지 기술 (감성정보처리 기술) 가정용 로봇의 대응행위의 일환으로 감정을 표현하는 행위를 정의하고 이 에 대한 행동계획을 세워야한다. 기본적인 감정표현은 기쁨, 놀람, 슬픔, 혐 오, 노여움, 그리고 두려움의 6가지 기본정서를 표현할 수 있도록 표정이나 말의 어조, 행동 등으로 나타낼 수 있어야 한다. 이러한 표현을 어떤 형태로 할 수 있 는 가를 중점 연구한다. 또한 학습을 통 하여 그 러 한 주 인 과의 관계 가 많을수록 AFM의 기분이나 행동 패턴 등을 주인과 닮게 만들 수도 있을 것이다. 가족들의 행동패턴을 계속 습득하여 이에 대한 통계 결과를 제시하 는 것도 의미가 있을 것이다. 복합영상 정보처리 기술 복합영상으로부터 가족얼굴, 감성제스처, 환경정보를 분류하고 인식해 내 는 기술을 개발한다. 얼굴표정 등을 인식하기 위한 영상인식 기술은 특정 부 위의 영상을 입력영상으로 하여 특정 목적에 부합하는 영상인식 기술에 대 한 연구가 진행되어 왔으나 선택집중 (Selective Attention)에 기반하여 다양 한 정보를 선택적으로 추출해 내는 기법은 미흡한 실정이다. 홈 자동화 기능 수행 명령 인식에 선택집중이 이루어지도록 하며 그 다음에 감성정보에 선 택집중이 이루어지도록 한다. 감성제스처 인식은 여타 다른 화상정보처리와 달리 피사체의 움직임 및 이로부터 추출할 수 있는 움직임의 경향 등을 파 악하여야 하기 때문에 동영상 처리 알고리즘을 필요로 한다. 선택집중 기능 을 수행하기 위해서는 판단추론 기능의 feedback을 받아 이루어진다. 정보의 융합 및 추론 판단기술 영상정보와 음향정보 등을 융합하여 상대하는 사람의 의도를 파악하거나 자율적인 판단에 따라 취해야할 행위를 추론하여 결정하는 기술이다. 추출된 입력정보 중에서 우선적으로 가전 기기제어 명령에 해당하는 기능을 먼저 - 100 -
처리해야 한다. 그 다음에 감성정보에 대응하는 반응 행위 (음성, 얼굴 표정, 꼬리 등의 움직임 등)을 추론하여 실행하도록 계획해야한다. 특별한 입력정 보가 없을 때도 자율적으로 사람에게 먼저 감정 표현을 할 수 있어야한다. 일반적으로 논리적 추론은 기본적인 사실들을 경험으로부터 확인하고 재결합하 는 과정으로 이루어진다. 경험으로부터 추출되는 정보는 매우 특수한 (special) 것들이지만 우리가 원하는 정보는 일종의 규칙화된 일반적인 (general) 것이 다. 제일 일반적인 경우의 정보를 가정하는 것에서 시작하여 경험에 의해 잘 못된 결론들을 논리적으로 배제시켜 적절한 결론을 내릴 수 있는 방법들이 필요하다. 학습 및 성장 기술 가정용 로봇은 가족과의 친근감을 유지해야 하며 오락성을 겸비해야 한다. 이 기능은 스스로 학습을 하고 기능을 성장시 켜 가는 기능이 필요하다. 그 러 나 현재 기술은 미리 한정된 기능을 학습할 수 있도록 미리 프로그래밍 되 어 있는 수준이다. 좀더 지능적인 행위를 보이기 위해서는 주체적인 학습 기 능이 내장되어야한다. 현재까지 연구되어온 학습 방식에는 확률적 추론과 관 련된 귀납추론이 주로 사용되었다. 이에 대해서는 1960년대에서부터 현재까 지 꾸 준 한 연구가 이루어지고 있으며, 기계학습 분야의 여러 가지 학습 알고 리즘들, 예를 들어, CN2, C4.5, AQ15-HCI, AQ15-DCI, 신경회로망에 사용되 는 역전파 학습알고리즘 등은 그 구체적인 성과라고 할 수 있다. 이러한 연 구는 1990년대에 들어 생겨난 거대 데이터베이스에서 유용한 정보를 추출하 는 것을 목표로 하는 지식발견 및 자료수집 (Knowledge Discovery & Data Mining) 분야에서 각광을 받게 되었고 인터넷상의 웹 (Web)을 위한 데이터 베이스 등에서 실제 응용되었다. 이들은 주로 공간적 정보를 학습하는 방법 으 로서 시공간적 정보를 학습하기에는 미흡하다. 체스나 장기를 학습하는 로 봇을 만들기 위해서는 공간적인 패턴 정보뿐 아니라 시간적 패턴의 변화과 정 을 학습하는 시공간적 정보학습기능이 필요하다. 이 에 대 한 연구는 아 직 초 기 단 계로서 아직 가시적인 성과는 없다. 환경인식 기술 멀티모달 센서시스템은 스테레오 비전센서를 중심으로 초음파 센서와 적 외선 센서, 마이크로폰 등으로 구성되며, 각각의 자료 획득과 처리 과정은 - 101 -
하드웨어로 구현되어 상호 보완적인 목적으로 사용된다. 스테레오 비전센서 는 작업환경의 3차원 공간정보 획득과 사람 및 장애물 인식, 목표물 인식 등 의 기능을 수행한다. 초음파센서와 적외선센서는 지도 작성 및 장애물의 존 재여부를 신속하게 탐지하는 기능을 수행한다. 마이크로폰은 사람의 음성명 령이나 침입자 탐지를 위한 소음을 획득하고 판단하는 기능을 수행한다. 특 히 음성명령에 대해서는 전후좌우로 향한 4개의 마이크로폰을 이용하여 명 령자의 방향을 결정한다. 작업환경을 표현하는 맵은 정확한 주행 및 위치확 인을 위하여 효율적이고 수정이 용이하도록 설계되어야 하고, 신속하게 제작 될 수 있도록 생성 방법이 있어야 한다. 초음파 센서는 오차가 상대적으로 큰 반면 자료처리가 용이하므로 초음파 센서를 이용하여 전체적인 맵을 제 작하고 스테레오 비전 센서를 이용하여 정밀하게 보정하는 방법이 필요하다. 멀티 모달 센서시스템을 구성하고 있는 각각의 센서들은 해상도, 정확성, 자 료의 양, 정보의 종류 등 여러 관점에서 독립적인 정보들을 제공한다. 제공 된 환경인식 정보들은 가정용로봇의 기능에 따라 복합적으로 사용됨으로써, 개별적으로 사용되었을 때보다 더욱 정확한 환경인식 정보를 제공할 수 있다. 자율이동 기술 환경인식의 결과로 얻어진 환경정보를 바탕으로 지능적인 자율주행 알고 리즘을 개발한다. 우리나라의 실내 주거환경은 독특하게 매끄러운 지역이 많 고 공간과 공간 사이에 문턱이 있다. 이러한 환경에서는 궤도식 차륜방식도 고려할 만하다. 자율주행로봇의 조향방식은 삼륜구동방식 (Tricycle Steering), 다륜 구동방식 (Multi-Wheel Steering)과 차륜구동방식(Differential Steering)으로 분류할 수 있다. 이 중 차륜구동방식은 양 바퀴의 속도 차를 이용하여 조향하는 방식으 로 조 향 과 구동을 동일한 모터로 수행하므로 기계적인 조작이 간단하고 제 작이 간단하여 실용화하기에 적합하다. 일반적인 차륜구동방식의 주행로봇은 각 구동 루프가 자체의 내부 센서 (엔코더)의 정보에 의해 독립적으로 제어 되기 때문에 한 쪽 루프에만 외란이 인가될 경우에 발생하는 오차를 두 루 프가 동시에 보상할 수 없다. 이러한 두 구동 루프는 주행로봇의 차체를 통 하여 연관되어 있기 때문에 경로오차를 유발하는 원인이 된다. 실내환경에서 추측항법에만 의존하여 자율주행로봇의 위치를 결정하는 경우, 주행로봇이 주행하는 거리에 비례하여 위치오차도 증가한다. 이와 같은 오차를 보정하기 위하여 랜드마크 (Landmark)를 설치하고 이를 인식하거나, CCD 카메라 등 을 이용하여 주변환경의 특징점을 인식함으로써 로봇의 위치를 보정한다. 목 표점을 향한 경로계획과 예기치 않은 장애물에 대한 회피 기능은 가정용로 - 102 -
봇이 반드시 갖추어야 할 기능이다. 맵을 이용하여 실내 환경 표현, 현 위치 로부터 목표점까지 최적의 주행경로를 탐색하는 경로계획, 초음파 센서와 비 전 센서를 이용하여 실내 주거환경에서의 장애물 감지 및 회피 알고리즘 개 발 등이 요구된다. Products Technology Roadmap (Intelligent Robotic Home) Network Service Agent 홈 서버 Home Automation Server M ultim edia Server 지능형 통합 홈 서버 방문자 관리/ 보안 인터넷 원격제어 컬러영상 입출력 장치 적외선 영상 장치 댁내 통합 응용 서비스(Edutainment, 원격진료 등) 유선네트워크(전력선/전화선 통신) Home Gateway 화상/생체 인식 장치 대화형 GUI 가상 현실 장치 무선네트워크(Bluetooth, IEEE802.11) A/V Network(IEEE1394) 및 미들웨어 Lonworks 기반 개방형 OS/미들웨어 개방형 실시간 OS 실시간 DBMS 통합시스템 지식베이스 운용시스템 데이터 관리 장치 고감도 다중 센서 장치 통합 칩셋 통신망 관리 시스템 WAN/LAN 인터페이스 장치 트래픽 관리 및 QoS 지원 미들웨어 단지 통합 응용 서비스 관리 (QoS 지원) IPv4기반 라우터/스위치 IPv4/IPv6 변환, 적용 IPv6 기반 라우터/스위치 단지 사설교환기(PBX) IP기반 사설교환기(IP-PBX) 네트워크 프로세서 단 지 Server Farm 망 보안 광통신장치(FTTH) 통합 운영 시스템 지능형 감시 및 제어 S/W 지능형 감시 및 제어 H/W 응용 서비스 관리 Knowledge Base 알고리즘 지능형 감시 제어 칩셋 전용 RTOS RTOS 관련 개발 도구 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 <그림 3 9 > Intelligent Robotic Home 기술개발 TRM (Network Service Agent) Embedded Robot 제어 유틸리티 홈 콘트롤 시스템 스마트 시큐리티 시스템 실내 환경 조절 시스템 홈 콘트롤 시스템 스마트 시큐리티 시스템 실내 환경 조절 시스템 유무선 I/O 장치 고급 GUI 컬러영상 입출력 장치 적외선 영상 장치 분산 제어기 콘트롤 칩 유무선 I/O 장치 외부망 연동장치 제어 미들웨어 RTOS 데이터 저장 장치 DBMS 생체 인식 장치 화상 인식 장치 고감도 다중 센서 장치 대화형 GUI 가상 현실 장치 DBMS 데이터 관리 장치 분산 제어 장치 안전 진단 장치 정보통신기기 DTV 수신 웹패드 Micro PDA 동시 번역 영상전화기 DTV 수신 웹패드 Micro PDA 동시 번역 영상 전화기 DTV 수신 장치 대화형 장치 고속 DSP 칩 영상 압축 장치 고속 네트워크 장치 I/O 인터페이스 데이터 저장 장치 맥박,혈압 측정 뇌파 측정 장치 영상 압축 장치 무선 네트워크 실시간 제어 장치 GPS 장치 고급 GUI RTOS 멀티미디어 미들웨어 DBMS / RTOS 저장장치 DBMS 영상 처리용 고속 DSP 실시간 번역 장치 음성인식 장치 RTOS 생활가전 Smart 냉장고 Virtual TV Smart 냉장고 입력장치 출력장치 공간인지 장치 냉각장치 DBMS 경보장치 Virtual TV 후각용 가상 현실 장치 촉각용 가상 현실 장치 3D 영상 고속 처리 장치 시청자 위치 인지 장치 음향기기 제어 장치 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 < 그 림 4 0 > Intelligent Robotic Home 기술개발 TRM (E mbedded Robot) - 103 -
Autonomous Robot 가정 관리 로봇 가스 누출 감지 장치 환경 조절 장치 청소 장치 가스 감지 장치 경보, 차단 장치 조명,온도조절장치 공기조절장치 바닦청소장치 유리창청소장치 심부름 로봇 원격 제어 장치 인식 장치 자율주행 장치 물체 조작 장치 실시간원격제어기설계제어 S/W 및 chip 음성인식장치 영상인식장치 가변형 주,보행 장치 촉각 장치 힘제어장치 감성 로봇 감성 장치 보행 장치 학습 장치 감성 인지 장치 고속 자율 보행 장치 자율 학습 장치 유니트 처리 장치 제어장치 관리 장치 대화형 생각 인지 로봇 생각 인지 장치 언어 장치 고급 환경 인지 장치 자율 학습 추론 장치 생각 인지 장치 언어 구사 장치 유니트처리장치 3차원환경스캐닝장치 데이터합성장치 언어 인지 기반 자율 학습 추론 장치 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 < 그 림 4 1 > Intelligent Robotic Home 기술개발 TRM (Autonomous Robot) Technology 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Network Service Agent 인터페이스 기술 연동기술 미들웨어 기술 멀티미디어 기술 OS 기술 제어 기술 표준화기술 Embedded Robot 감지기술 데이터처리기술 미들웨어 기술 OS 기술 인지 및 측정기술 영상처리기술 제어추적기술 가상현실기술 Autonomous Robot 환경정보 생성기술 이동 기술 정밀 제어 기술 소프트웨어 설계기술 인공 지능 기술 장애물회피기술 영상 처리 기술 고급 인지 기술 언어 기술 액세스망 내부망 다중 내외부망 수용 기술 액세스망, 내부망 통합 칩셋 브리지,라우팅 프로토콜변환 IPv6 기술 통합홈구성관리기술 Lonworks 기반 통합 시스템 구축 기술 멀티미디어 스트리밍 기능 멀티미디어 미들웨어 고급 GUI 통합 미들웨어 기술 Embedded Linux 전용 OS 구조 설계 및 기본 S/W 사용소프트웨어 표준화기술 제어기 H/W 개발환경 표준화기술 응용 서비스 관리 기술 설계 및 인터페이스 표준화기술 바코드 공간인지기술 컬러/적외선 영상 입출력 기술 고감도다중센서기술 DBMS 실시간 신호처리 기술 고속데이터처리DSP 기술 제어 미들웨어 Embedded Linux A/V, 멀티미디어 미들웨어 통합 미들웨어 기술 전용 OS 음성 인지 기술 영상 압축 기술 맥박, 혈압, 뇌파 영상 처리용 DSP 생체 인식, 화상 인식 안전 진단 기술 3D 고속영상처리기술 실시간 제어 기술 추적기술 분산제어기술 후각, 촉각 가상현실 기술 스마트센서 개발기술 지능형센싱및퓨전기술 환경종합정보 생성기술 주행기술 가변 주,보행기술 고속보행기술 분산제어및힘제어기술 고속 보행 정밀 제어 기술 시스템 모델링 기술 표준화코드 설계기술 소프트웨어 통합개발환경 기술 공간 지도 작성 기술 추론기술 자율 학습 장치 장애물 인지, 회피 기술 장애물 학습 및 회피 기술 3D 기반 영상 기술 3D 환경 스캐닝 기술 감성 인지 기술 생각 인지 기술 기본언어 설계기술 단계별 복합언어 설계기술 자연어명령처리기술 < 그 림 4 2 > Intelligent Robotic Home 기술개발 TRM (공통핵심기술) - 104 -
Intelligent Robotic B uilding 건물의 인텔리젼트화에 비례하여 빌딩 제어 시스템에는 첨단의 제어 기기와 이를 효과적으로 운용하기 위한 다양한 제어 기법이 요구되며, 시스템이 더욱 복잡한 구조를 갖게 되어 그 설계에 있어 많은 어려움이 따를 뿐 아니라, 이러 한 시스템을 최적으로 설계하고 설치하는 데에는 적지 않은 시간과 비용이 소 모된다. 이와 같이 나날이 복잡해지고 고도화되는 빌딩 제어 시스템을 보다 효 율적으로 설계하고 성능을 초기 단계에서 분석하고 평가할 수 있는 방법이 필 요하며 이를 위해서는 빌딩 제어 시스템의 시뮬레이션에 관한 연구가 필수적 이라 할 수 있다. 기존의 건축 프로세스와 같이, 건축가와 시공업체가 건물 자체를 독립적으로 설계 및 시공하고, 설비관련업체는 대략적인 계산이나 경험에 의존하여 설비의 제원을 결정하고 제반 시스템을 설치하는 방식으로는 높은 효율성과 경제성을 목적으로 하는 IB S의 구현은 불가능하다. 표 24에서 보듯이 IBS는 Network Agency, Intelligent Embedded Robot, Intelligent Autonom ous Robot과 같이 3 가지 요소들로 구성된다 첨단정보빌딩의 기본적인 구성은 표 27에서 볼 수있듯이 Network Agent와 Intelligent E m bedded Robot 시스템 인사무자동화 시스템 (OAS, Office Automation System), 정 보통신 (TC, Te l e c o m m u n i c a t i o n ),빌딩자동화 시스템 (Building Automation System) 등 3개 요소로 분류하고 있으며 Intelligent Autonomous obot R 시스템은 건물관리, 보안서비스 등에 적용되고 있다. < 표 2 4 > Intelligent Robotic B uilding 기술개발의 개념 및 특 성 개요 Network Service Agent Intelligent Autonomous Robot Intelligent Embedded Robot 무선 통신 기술 인터페이스 기술 분산 제어 기술 미들웨어 기술 영상 처리 기술 연동 기술 소프트웨어 설계 기술 OS 기술 인공 지능 기술 지능형 감시 및 제어기술 언어 기술 표준화 기술 이동 기술 데이터 및 광통신 기술 통신 처리 및 센싱 기술 분산 제어 기술 추적 및 제어 기술 표준화 기술 - 105 -
- Netw ork Service Agent LAN (Local Area Network) 시스템 지능형 빌딩에서 필수적인 요소 중의 하나가 빌딩전체를 연결하는 network이 다. 표 25와 그림 43에서 보듯이 문서위주의 정보전달이 점차 정보 시스템을 통한 전달 방식으로 바뀌어 감에 따라 지능형 빌딩에 있어서 network infrastructure 의 역할은 어느 때 보다도 크다고 할 수 있다[66]. <표 25> Local Area Network (LAN) 시스템 개요 구성요소 Computers, Operating system (OS), Network Interface Card (NIC), Switch (Hubs) 구성 특징 제한된 지역적 공간에서 운영되도록 구성 고속의 대역폭을 가진 미디어를 MULTI 접속이 가능하도록 구성 Local 운영하에 개개 네트워크 통제할 수 있도록 구성 서로간의 정보 서비스가 24시간 제공될 수 있도록 구성 이웃하는 장비간에 Physical하게 연결 다양한 통신 장비와의 연결성 높은 데이터 신뢰도 확장 및 재배치의 용이성 다양한 데이터 처리 (Voice, Data, Image 등) 단일기관의 소유 광대역 전송 매체의 사용으로 고속 통신 낮은 에러율 통합적인 정보 처리 기능 <그림 43> LAN(Local Area Network) 시스템 분류 - 106 -
통합배선 시스템 그림 44에서 볼 수 있듯이 건물 내 Network구성을 위한 기간 Infra System으로 Work Location Subsystem, Horizontal Subsystem, Administration Subsystem, Backbone Riser Subsystem, Equipment Subsystem으로 구성된다. 각 구간별 최적의 Cabling을 통하여 최고의 Network 성능을 보장하고, 시스템의 확장, 변 경 시 유연하게 대처하기 위한 구조화된 배선 시스템이다. - Intelligent E m bedded Robot <그림 44> 통합배선 시스템 개요 사무자동화 (Office Automation)는 컴퓨터 등의 각종 기기를 LAN과 같은 정보 통 신 Network와 통합 운용함으로써 정보 처리 및 사무 처리 등을 보다 능률적이 고 경제적으로 수행하는 것을 의미한다. 이러한 사무자동화는 인간-기계 (Man-Machine)간의 상호작용으로서 사무작업 시 기계는 인간과 밀착되어 있 으며 작업자의 일상적인 반복작업과 통합되어야 한다. 따라서, 사무자동화 시 스템의 설계 시에는 기계가 인간능력의 연장선상에 있도록 해야 한다[90]. IBS 통합 IBS 통합 시스템은 IB (Intelligent Building) 시스템이 도입된 빌딩의 효과적 인 운영 및 각종 정보 자료의 공유, 고기능 장비들의 유기적 연동을 통한 통합 운영 방안을 제공함으로써 사용자와 건물 관리자 모두에게 업무의 편리성을 제공하고, 사무 생산성을 극대화시키기 위한 시스템이다. 정보통신(Tele-Communication) 그림 45에서 보듯이 정보통신 시스템은 구내사설교환기 (PBX)를 중심으로 - 107 -
OA 및 BA 기능을 통합 (Integration) 운용하여 사무실, 회사 및 빌딩 내를 네트워크화함은 물론 외부 통신망과의 접속에 의한 정보 교환이 가능토록 함 으 로써 필요한 정보를 얻을 수 있다. 정보통신 시스템은 다기능 전화 이용이 나 FAX 및 화상 통신이 가능한 전송 교 환 서비스, 음성 MAIL과 문서 MAIL 등의 전자 MAIL 서비스, 원격지간 TV 회의를 포함한 통신 회의 서비 스 등을 들 수 있다. 대용량의 고속 디지털 라인으로 경제적이고 효율적인 회 선 사용을 가능케 한다. <그림 45> 정보통신 시스템 개요 빌딩자동화 (Building Automation) 빌딩 자동화 기능은 크게 빌딩 관리 시스템 (BMS, Building Management System), 시큐리티 (Security) 시스템 및 에너지 관리 시스템 (EMS, Energy M anagement Sys tem ) 등 의 세 가지 요소 로 구성되 며 통 신 시스템과 통합 운 용함으로써 고도의 환경 제어에 의한 쾌적화, 빌딩 운용 관리의 경제화, 효율 화를 꾀할 수 있다. 빌딩 관리 시스템은 공조, 전력, 엘리베이터 등의 원격 감 시 및 제어, 컴퓨터에 의한 유지 보수, 자료 관리 및 운용의 최적화를 꾀할 수 있으며 시큐리티 시스템은 빌딩의 안전성을 확보해 주는 것으로써 방범, 방화, 방재 등의 감시 및 제어, CCTV나 각종 센서를 이용한 자동적인 감지, 경보 조치가 가능토록 한다. 에너지 절약 시스템은 IB가 종래의 빌딩에 비하여 냉 방, 난방, 조명, 엘리베이터 운전 등을 최적 제어하고 필요에 따라 전체 제어가 아닌 부분 제어함으로써 에너지 관리를 효율적으로 할 수 있다. 기계설비 자동제어 시스템 개발은 공조, 냉난방, 위생 및 기타 설비의 최적 제어, 운전상태 원격감시는 물론 일지의 작성 및, 보수정비의 분석 등 각각의 기계설비를 효율적으로 운전함으로써 쾌적성, 안정성을 도모하고 에너지 및 관 - 108 -
리 인원의 절감 등을 통해 본 빌딩을 경제성 유지를 하여준다. 전력 자동제어 시스템 개발은 건물내의 각종 전력 설비 (수/배전반, 분전반, 발전기, 정류기, U.P.S, 변압기 등)과 각종 계기류 및 차단기류, 계전기류 등의 제어계측, 감시 기능의 자동화를 구축하여 건물의 가장 큰 에너지원인 전력 에 너지의 효율적인 이용 및 관리와 정전시 자체 내 전원과 발전기를 효율적으로 이용하여 건물 내의 주요 설비 및 장비류가 안정적이고 지속적으로 운전이 가 능하도록 지원한다. 조명 자동제어 시스템 개발은 재래식 방법에 의한 점소등용으로 많은 인원이 투입된 불합리한 조명 관리를 피하고 효과적인 조명 관리를 위해 사용되며, 이 시스템의 도입으로 전기요금 및 관리비용을 줄이고, 개선된 빌딩 관리 체제를 이뤄 보다 쾌적하고 편리한 사무환경을 조성케 한다. - Intelligent Autonom ous Robot IBS 개발환경 하에 작동될 Intelligent Autonomous Robot의 기술로는 시각인지 기 술, 센싱 기술, 인공지능, 분산제어 기술, Internet을 통한모니터링 기술이다. 다음과 같이 Intelligent Autonomous Robot이 갖추어야 기술적 사항이다 (표 26, 27 참조)[76 ]. 시각 인지 기술 <표 26> 시각인지 기술구분 구체 기술 정 의 Stereo vision 2개 이상의 카메라에서 잡은 영상의 시차를 이용해 3차원 깊 이 정보를 복원하는 기술 Motion Estimation 1대 또는 복수대의 카메라로부터 취득한 영상에서 물체의 움 and compensation 직임을 추정, 보상하는 기술 Object Segmentation 대상을 취득한 영상에서 관심 대상물이 차지하는 영역을 얻 는 기술 Motion tracking 동영상의 움직임 정보로부터 움직이는 물체를 추적하는 기술 2D object detection 회전이 없는 2차원 형태 (표지판, 물체 정면 등)을 영상에서 검 and recognition 출 및 인식 하는 기술 3D object detection and recognition 회전이 있는 3차원 물체를 영상에서 검출 및 인식하는 기술 Camera calibration 카메라로부터 위치정보를 얻어 낼 수 있도록 카메라의 변수 를 얻어내는 기술 조명 보상 기술 임의로 변하는 조명환경에 적응하며 알고리즘을 수행할 수 있도록 영상을 조정하는 기술 - 109 -
센싱기술 <표 27> 센싱기술 구분 분 류 기준 센 서 종 류 Active/Passive 에 따른 분류 사용되는 매체에 따른 분류 -Active: 신호를 환경으로 보낸 뒤 신호와 환경과의 상호작용에 의한 값을 측정 예) radar, sonar 등 -Passive: 환경과의 상호작용 없이 일방적으로 환경이 제공하는 신호를 측정 예) camera 등 - 다양한 파장의 전자기파를 기반으로 하는 센서 예) cam era, radar, infrared 등 - 매체의 진동을 기반으로 하는 센서 예) sonar 등 - 물리적인 접촉에 의한 센서 예) whisker, bumper 등 - 화학적인 농도에 의한 센서 예) odor sensor 등 인 공지능 지능형 로봇을 위한 학습 및 추론기술로써 통 계적 방법 론을 활 용 하여 특 수 한 훈련 데이터로부터 일반적인 추세를 발견해 낼 수 있도록 하는 기술이다. - 합리적인 추론 (Plaus ible Reasoning) 통계적인 원칙을 사용하여 여러 형태의 불확실한 정보를 일관된 방법으로 기록할 수 있는 기술이다. - 분산제어 기술 현재 IBS 기반에서 구동되는 Intelligent Autonomous Robot은 독 립적으 로 작동된다. 하지만, 향후에는 한가지 서비스에 특화된 Intelligent Autonomous Robot의 출현이 예상된다. 하나의 Intelligent Autonomous Robot에 여 러 가지 기능을 탑재하는 것은 기술적 측면에서도 어려울 뿐만 아니라 비용의 상승이 뒤따르기 때문이다. 또한, 동시에 서비스를 수행 할 수 없다는 점도 하나의 서비스에 특화된 Intelligent Autonomous Robot 이 필요한 이 유 가 될 수 있 다. 하지만, Intelligent Autonomous Robot 한 대 만을 제어하는 방식과는 다 른 방식이 요구된다. 즉, 동시에 여러 대의 Intelligent Autonomous Robot을 제어하고 Robot들의 스케쥴을 최적화하는 기술이 요구된다. - 110 -
<그림 46> Intelligent Robotic Building 기술개발 TRM (Network Service Agent) < 그림 47> Intelligent Robotic B uilding 기술개발 TRM (Em bedded Robot) - 111 -
<그림 4 8 > Intelligent Robotic Building 기술개발 TRM (Autonomous Robot) < 그림 49> Intelligent Robotic B uilding 기술개발 TRM (공통핵심기술) - 112 -
주 요 선 진 국의 육성정 책 및 기술동 향 Intelligent Robotic H om e - Network Service Agent Home Network 미 국 미국의 홈 네트워킹 산업시장은 세계적으로 가장 튼튼한 정보인프라를 기반 으 로 하여 성장하고 있다. (미국 내 세대당 PC 보급률은 45%, 인터넷 보급률 은 23%). 미국 기업은 이렇게 폭넓게 보급된 PC를 중심으로 하는 홈 네트워크 를 구축하려는 시도를 하고 있으며, 현재의 홈 네트워크의 주 용도는 가정 내 에서 프린터와 인터넷을 공유하도록 하는 것이다. - 최초에 학술연구를 목적으로 탄생한 인터넷에서 사업용 서비스를 가능하게 하기 위한 차세대 인터넷 개발 프로그램을 추진하고 있음 - 차세대 인터넷 개발 전략을 2단계로 나누어 추진 - 1단계는 미국의 주요 대학들의 네트워크 접속환경을 개선함으로써 대학에 서의 차세대 인터넷 기술개발에 박차를 가하는 Internet2 프로젝트 추진 - 2단계는 클린턴 행정부가 미국 내 정보고속도로의 조기 구축을 위한 차세 대 인터넷프로그램 (NGI) 추진 - 우선은 학계가 추진중인 Internet2 프로젝트를 정부와 기업이 적극 지원해 완성한 뒤 이를 토대로 다음 단계인 차세대 시스템을 구축 일 본 인구 고령화와 도시 과밀화를 해결하기 위해서 원격진료 등의 서비스를 제 공하고 주변도시로의 분산과 재택근무 등을 가능케 하는 초고속통신망의 구축 이 시급한 현안으로 등장했다. 전국적으로 초고속정보통신망을 구축하기 위한 신사회자본건설을 구상하고 90년대 중반부터 2010년까지 총 53조엔의 공공자 금을 투입하여 모든 가정에까지 광케이블을 구축하여 첨단 멀티미디어 서비스 가 가능하도록 할 계획을 추진중이다. - 저가이며 실용적인 정보가전 보급을 위해 통신. 방송 융합을 실현하는 정보 가전의 디지털화 및 누구나 편리하게 사용할 수 있는 정보가전 기술의 개 - 113 -
발을 위해 2000년부터 2005년까지 500억엔의 연구개발비 를 투 입 - 우정성 장관 자문위원회에서 고도 댁내 통신 시스템 (IHS: Intelligent Home communication System)에 대한 주요 정책을 수립하고 있으며, 88년부터 산업체 중심으로 HII (Home Information Infrastructure) 컨소시엄을 구성 하여 통신망과 가전기기를 연계한 주택 공간을 시 연 - 멀티미디어 홈링크 연구회: 실증실험, 기술표준화, 설계 시공 가이드라인 책 정, 도입지원 조치의 정비 등을 검토 - 전기통신기술심의회: 가정 고도정보화 위원회를 설치하여 가정 고도정보화 장래상과 연구개발 추 진방안을 심의 - 댁내정보통신 방송고도화 포럼을 발족 ( 99. 7)하고, 가정 내의 다양한 정 보통신단말 기기를 네트워크화하여 보다 고밀도, 효율화된 가정내 정보통 신시스템의 실현을 지향 - 통산성 (MITI) 및 동경대를 중심으로 TRON (The Real-time Operating system Nucleus) 프로젝트를 추진하여 RTOS를 개발 내장형 시스템을 위한 μitron4.0 발표 (1998년) 칩 제작에서 RTOS 개발 및 응용에 이르기까지 모두 지원 - ARIB의 위성 및 지상 디지털방송 시스템 개발부회의 공통분과회에 서버형 방송방식 작업반 결성 ( 99. 10) 홈서버를 축으로 하는 신정보시스템에 관해, 서비스에 적합한 제작 검 색 축적 배선방식의 개발, 표준화를 진행 요구조건 명확화, 참조모델 책정, 콘텐츠유통 지원기술, 전송 축적미디 어에 의존하지 않는 API (Application Program Interface), 요금부과 복 제제어방식 등을 검토 - 댁내정보통신 방송고도화 포럼을 발족 ( 99. 7)하고, 가정 내의 다양한 정 보통신단말 기기를 네트워크화하여 보다 고밀도, 효율화된 가정 내 정보통 신시스템의 실현을 지향 유 럽 - 90년대 중반에 유럽을 중심으로 홈 네트워크를 위한 미들웨어 표준인 CEBUS/CAL을 제정하였으나, 단말에 대한 solution이 지원되지 않아 최근 에 침체된 상태임 - EU는 범유럽 행정기관 정보통신망에 관한 일련의 지침을 작성하였고, 미국 과 유럽대륙을 연결하는 정보망과 전세계적 기술표준 개발 등 핵심 문제들 - 114 -
을 협의하기 시작 - 유럽의 가입자망 서비스는 미국의 POTS를 중심으로 하는 서비스 제공과는 달리, 광대역 서비스의 제공을 목적으로 CATV, ISDN과 같은 시험망이 계 획. 운영되고 있음 - 유럽의 장치 제조사를 중심으로 참여하는 EHS (ESPRIT HomeSystem Project)는 에너지 관리, 보안 방범, 자동 검침 등 응용 서비스 제공 실용화 를 목표로 연구중 - 프랑스는 1997년 조스팽 내각이 구상한 인터넷 대중화를 위한 추진 방안 을 통하여 그동안 미니텔을 통해 추진하여 온 대중 정보통신의 방향을 선 회하는 등 정부의 적극적 개입 강화 미니텔 겸용 인터넷 단말기 보급으로 정보선진국 진입 정보고속도로망 구축을 위해 1만 5천Km의 광통신망을 수만Km로 확장 하고, 현재의 미니텔서비스를 대체할 화상전화기를 개발중 교육, 문화, 상업, 기업, 공공서비스분야의 새로운 입법을 통한 국가 경 쟁력 향상 도모 - 독일은 1996년 3월 독일 의회에 제출한 Info 2000: Deutschlan Informations gesellschaft (Info 2000-정보화 사회로 가는 독일의 길)에서 다음 4가지 주요 육성정책을 제안 네트워크 통합화의 가속화 및 종합 네트워크로의 전환 서비스 종류의 다양화 및 접속기기 시장의 개방 방송, 통신정책의 엄격한 기술 표준화를 토대로 한 서비스의 다양화로 정보가전 기반 구축을 착실히 추진 - 영 국은 유럽 내의 각 연구기관들을 초고속망으로 연동시키기 위해 차세대 인터넷 추진 DANTE가 운영하는 TEN-34 (Trans-European network interconnecting at 34 Mbps) 프로젝트 수행 중 TCP/UDP over high-speed and long delay, SVC (Switched Virtual Connection), ARP (Address Resolution Protocol), NHRP (Next H op Routing Protocol)등의 테스트, 주소문제, 망관리, IP over VBR (Variable B it Rate), RSVP, ATM 보안문제 등의 기술을 시험 - 115 -
Home Server - 웹 브라우저를 통한 가전기기의 제어 기술 홈 서버가 웹 브라우저를 통하여 댁내 가전기기들을 관리 클라이언트/서버 환경에서 특정 운영체제 하에서 동작하는 전용 서비스 프로그램을 통한 원격 관리 홈 서버, 게이트웨이 및 웹 브라우저의 통합 발전 예상 - OSGI (Open Service Gateway Initiative)는 1999년 3월에 제조 회사들을 중심으로 설립되어 Service Provider들이 가정 가입자에게 다양한 서비스들 을 제공하는 Java 기반의 API 규격을 개발중임. 초기 회원으로는 Sun, Ericsson, IBM, NCI, Nortel, Oracle, Philips, Sun, Alcatel, Motorola, Lucent, Enron, Cable and Wireless, EDF, Sybase 및 Toshiba이고 현재는 약 40개 기관이 참여 중이며, 2000년 1월에 서비스 요구 사항 규격을 제정 할 예정임. OSGI의 규격은 응용 계층에 초점을 맞추고 있으며 소프트웨어 스택은 Sun의 Java Virtual Machine 기술에 기반을 두고 있음 M iddleware - 하드웨어와 운영 체제에 독립적이며 실 시간성을 보장하는 실행 환경 구축 - 정보가전을 위한 다양한 표준이 정의되고 있음 가전기기 제어와 Home Automation을 위한 표준은 별도로 진행되고 있음. 가전기기 제어는 HAVi 표준이 우세 국내에서는 HAVi에 대한 필요성은 인식하나 개발에 대 한 투 자 가 미 비 함 - 홈 Automation, 원격 검침 관련 표준은 LonWorks가 가장 우세 X10은 너무 간단하여 활용에 한계가 있음 - 홈 네트워크 관리 S/W는 사용자 개입을 최소화하는 방향으로 진행 내장형 웹서버와 Proxy 개념 도입 가전 기기의 ID 자동 할당 및 동적 네트워크 구성 (PnP) 기능 지원 계층적이고 분산 환경을 갖는 댁내 망용 관리 S/W - Sun사에서는 Sony와 함께 HAVi와 Jini를 연동할 수 있는 프로젝트 시작 - MS사에서는 UPnP와 H AVi를 연동하는 프로젝트 시작 - HP에서는 Jini와 UPnP를 연동하는 프로젝트 시작 Intelligent E m bedded Robot [ 6 6 ] - 일본, 미국, 유럽 등에서 인터넷 정보가전용 디지털 냉장고, 디지털 전자 - 116 -
레인지, 디지털 세탁기, 디지털 VCR, 디지털 카메라, 디지털 캠코더 및 AV 프린터를 개발 중 - 소니, 마쓰시다, 필립스, 톰슨, 샤프 등 가전 업체들이 수동적 미디어인 TV를 가정용 정보 단말기로 발전시킬 예정임 - 마이크로소프트사에서 제시한 PC와 TV의 통합형 멀티미디어 시스템인 PCTV는 가격이 비싸고 사용이 불편하여, 현재 기존 TV에 간단히 연결 할 수 있는 외장형 세트톱박스의 개발이 더욱 활발함 - 소니, 삼성전자, 미쓰비시, 루슨트, LSI 로직, 모토로라, 필립스사 등에서 디지털 TV용 칩세트를 개발 중 - 마이크로소프트사는 정보가전용 운영체제인 윈도 CE를 기반으로, WebTV 네트워크 서비스를 미국, 일본 영국 등지에서 시험 서비스 중 Intelligent Autonomous Robot - Probotics는 우편물 수거, 실내바닥, 감시기능, 인터넷을 통한 원격 조정 기능 을 갖춘 CYE를 개발했으며, irobot의 irobot-l은 초음파로 실내 지도를 작성하며 적외선으로 계단을 감지하는 기능을 가지며, 1시간 정도의 동작 시간을 가진다. 이외에도 컴퓨터와 연결하여 내장된 프로그램 제어가 가 능하고 인터넷을 통한 원격 조정이 가능한 로봇들 이 개발되 고 있으며, 음 성인식률을 높이며 장애물을 피해갈 수 있는 센서, 장시간 혼자 작동할 수 있는 배터리 등의 기술을 개발중이다. Intelligent Robotic B uilding 미 국 첨단정보빌딩 (Intelligent Building)이라는 용어는 1984년 1월에 미국 시티 플레이스 (City place) 빌딩이 준공되면서 UTC (United Technologies Corporation)이 처음 사용하기 시작하였다. 당초에는 인텔리전스의 기능이 한정되어 있었고, 에너지절감 시스템이 중심이 되었지만, 전자 및 통신 기술 의 급속한 진화에 따라 입주자 공용 서비스 (STS, Shared Tenant Service) 산 업과 일체가 되어 향후 거대 시장이 될 것이라는 예측과 함께 점차 외국으 로 전해지게 되었다. UTC사는 사회 개발에서 축적한 전자 기술과 우 주 개 발 기술을 사내에 이전하는 등으로 빌딩 시스템 부문을 육성하여 왔는데, 이 과정에서 종래의 빌딩에서는 개별로 취급되고 있던 빌딩자동화 장치를 하나 - 117 -
의 유기체로 묶어 제어해야 한다는 아이디어를 얻고, 1981년에 UTBS 社 (United Technologies Building System Corporation)을 설립, 인텔리전트 산 업의 전략 거점으로 삼게 되었다. 종래에는 빌딩 내의 통신, OA, BA를 별개의 시스템으로 생각하였으나 빌 딩 전체를 하나의 유기적인 시스템으로 인식하게 되자 이들 개별 시스템에 전 자 기술을 도입하여 통합하는 것을 연구하게 되었는 데, 처음에는 빌딩의 방재, 보안, 에너지 관리 등의 각종 빌딩 제어 기술을 시스템화하여 일원화 시키고, 점차로 OA, BA 통합을 목표로 하였다. 왜냐하면 세 가지 (통신, OA, BA) 영역을 통합하게 되면 운영비를 15~30% 절감시킬 수 있다는 것 을 알았기 때문이다. 이 통합은 IB 산업의 차별화와 연결시킬 수 있다는 전 략이기도 하다. 따라서 UTBS사는 첨단정보빌딩을 [최신의 빌딩 시스템과 정보 통신, 최고의 건축자재, 양질의 건축과 구조 디자인, 경제성이 종합된 빌딩]이라고 정의하고 있다. 그리고 보다 중요한 것은 장래에 대응할 수 있 는 정보화 설비 및 유연성은 물론 첨단 서비스를 적은 비용으로 입주자들이 사용할 수 있도록 해야 한다는 것이다. UTBS사는 처음 IB 시장 조사를 착수했을 때 IB 구성 요소를 인체에 비 유하곤 했는데, 중앙의 컴퓨터는 [뇌]이며, 광 전송로인 통신 시스템은 [신경 계]로 보았다. 이러한 접근 방법으로 빌딩 시스템의 기능은 통신이나 OA 테 넌트 서비스를 통합하는 데는 비용이 많이 들며, 통상의 경우에는 전 시스템 이 가동될 필요가 없으므로 비효율적으로 제공하기 위 해 중 앙 제어 방식 과 분산 제어 방식을 병용하는 것이 바람직하다는 결론을 내리게 되었다. 즉, UTBS사가 당초 생각한 통신과 OA, BAS의 통합은 하나의 개념이며, 현재 로서는 기술의 진보가 보다 효율적인 분산 제어를 가능케 하므로 세 가지 기능의 통합은 미래로 미루는 것이 좋다고 스테헨. C. 셰퍼 사장은 설명하고 있다. 이어서 "첨단정보빌딩은 혁명이 아니라 진화이다"라고 말하고 있다. 왜 냐하면 통신 기술의 진화, 통신과 컴퓨터의 결합에 의한 IBS 수요의 증가 현상은 고도의 기술이 요구되며, 21세기에는 대다수의 빌딩들이 어떤 형태로 든 지능화가 이루어질 것이라는 판단이 서기 때문이다. 결론적으로 볼 때, UTC가 착안한 첨단정보빌딩의 개념은 처음에는 에너 지 절감 시스템의 개선에서 출발했다고는 하나 이것이 계기가 되 어 고 도 정 보화 사회에 대응하는 빌딩으로서 제4세대 빌딩 시대를 맞게 된 것이다[88]. 일 본 일본에서의 첨단정보빌딩은 주로 자사 건물 위주로 구축되고 있으며 미국과 - 118 -
같은 형태의 STS 사업형 임대 빌딩의 정착은 상당한 시간이 소요될 전망이 다. 통신, OA 시스템은 아직까지 Hard적인 면이 강하고 고객의 요구에 따라 소프트웨어를 개발 중에 있으며, BA에 대해서는 종래의 에너지 절약이나 빌 딩 관리 시스템보다 다소 진보되기는 했지만 하이테크 지향적인 오피스 공간 그 자체에 대한 일반 인식 수준은 낮은 상태에 있다고 할 수 있다. 그러나 일 본의 도시 집중화 현상은 오피스 공급 부족 요인이 되었고 이에 따라 도시 구조에 미치는 영향이 심각하게 되었으며, 이러한 환경여건은 첨단정보빌딩과 외부망을 이용하기 위한 INS망 개발 촉진 요인이 되어 범용 서비스의 제공이 가능하게 되었다[76]. INS란 Information Network System (고도정보통신 시스템)의 약자이며, 현 재의 전화를 중심으로 형성되고 있는 아날로그 주체의 각종 통신망을 디지털망 으로 통합해서 고도 정보 사회에 어울리는 서비스를 제공해 나가려는 것이다. - 전화망을 디지털화하여, 전화, 팩시밀리, 가입 전신 등 현재 서비스별로 이 루어져 있는 망을 디지털 네트워크로서 통합 일원화한다. 이용자는 한 회 선을 설치할 뿐으로, 전화, 데이터 통신, 팩시밀리, 비디오 텍스 등 다채로운 서 비스로 자유롭게 이용할 수 있도록 한다. - 요금의 원근 격차를 해소해서 전국이 거의 균일한 요금으로 이용할 수 있 도록 한다. - 다채롭고 고도의 서비스를 현재의 전화 요금 수준과 크게 다르지 않은 요 금으로 풍부하게 이용할 수 있도록 한다. 국내 현 황 Intelligent Robotic H om e - Network Service agent [66] Home Network - 삼보정보통신, 다인텔레콤사 등에서 1/10 Mbps급 HomePNA 시스템을 도 입 판매 중 - LG 에서 E TRI와 함께 H omepna 1. 0을 개발하고 있으며, 향후 HomePNA 2.0을 설계할 예정임 - 기인 텔레콤, 플레넷, PLCOM 등에서 전력선 모뎀을 개발 중 - 119 -
- ETRI, 삼성전자 등에서 Bluetooth 칩 개발 중이며, 아직 시장이 형성되지 않음 Home Server - ETRI, KT, 삼성전자 등에서 국책 연구 과제로 AD SL, U AD SL, VD SL 모뎀 핵심 기술 개발 및 칩셋을 개발하여 상 용 시스템 운용 중 - 삼보정보통신 등 일부 산업체에서 1 Mbps급 HomePNA 도입 판매 - 대우전자, 삼성전자, LG전자에서 IEEE 1394를 기반으로 하는 홈 서버 개발 중 - 삼성전자는 액정 표시 장치를 냉장고에 부착하여, 인터넷 접속과 TV 시 청 이 가능하게 하는 인터넷 냉장고와 인터넷으로 조리 정보를 내려 받아 자동 요리하는 전자레인지 개발 진행 중 M iddleware - 국내에서는 건설업체를 중심으로 LonWorks를 기반으로 한 응용 서비스 개발 중 - HW W, H AVI, U PnP, LonW ork s 등을 디지털 TV 및 AV 기기, 백색 가 전 에 적용하기 위하여 개발 중 Intelligent E m bedded Robot [ 6 6 ] - LG전자에서는 인터넷, 동영상 전화 통화 기능을 가지는 디지털 냉장고 개발을 진행 중이며, 동영상 통신 기술을 처음으로 가전 제품에 적용시킴 - 삼성전자, LG전자, 대우전자 등 가전 3사 중심으로 대형 TV에 인터넷 기 능을 부가한 인터넷 TV를 개발, 시판 중이나 고가의 내장형 인터넷 TV 개발 대신 5백달러 미만의 저가형 인터넷 세트톱박스 개발사업 주력 - 동아일보사와 조선일보사가 중심이 되어 일반 TV에 세트톱박스를 연결하 여 사용하는 WebTV 서비스가 제공 중 - LG전자, 삼성전자, 제이텔 등이 HPC와 PDA를 개발 및 제품 양산 - 제이텔에서는 드래곤볼 프로세서, 셀빅 운영 체제 기반의 셀빅 PDA, 바 코드 스캐너를 내장한 셀빅 스캐너와 셀빅 스마트폰, 셀빅 커뮤니케이터 등 응용 분야별로 차별화된 제품 개발 - 삼성전자와 LG정보통신의 스마트폰은 이동 전화와 개인 정보단말을 결 합, 일반 휴대폰에 비해 약 2배 크기의 액정 화면을 채택하고, 데이터 송 수신, 개인 정보 관리 기능, 인터넷 통신, 영한/영영 사전 및 공학용 계산 기 등 다양한 응용 프로그램들이 탑재된 제품 출시 - 가산전자 및 사이버뱅크사는 각각 밉스, 스트롱암 프로세서와 윈도 CE 기반으로 각 분야별로 특화된 부가 장비들을 장착시켜 무선 인터넷 기반 의 다양한 응용에 적용시킬 수 있는 PDA를 개발 - 120 -
- 지메이트에서는 스트롱암 프로세서와 리눅스 커널 기반의 운영 체제를 사 용하는 요피(YOPY) PDA 개발 Intelligent Autonom ous Robot 우리기술에서는 자체 음성 시각인식기능을 이용해 집안에 들어온 무단침 입자를 식별하며 제품 아래쪽에 설치된 소형 청소기로 정기적인 집안청소까 지 수행 가능한 로봇을 개발했으며, 조이메카는 음성인식형 로봇으로 홈오토 메이션과 보안 청소기능까지 가능한 생활로봇ꡐ조이ꡑ의 개발을 끝냈으며, 직립형 모델로 새로이 로봇 디자인을 진행 중이다. 삼성전자에서도 팬티엄 MMX 266MHz CPU을 내장한 자율이동 및 음성인식이 가능하며 가족 구성원 역할을 할 수 있는 Intelligent Robot을 개발했 다 [ 7 5 ]. Intelligent Robotic B uilding 우리나라에서의 첨단정보 빌딩 (IB)의 출현 배경을 보면 일본과 유사한 형태 임을 알 수 있다. 이미 미국이나 유럽에서는 1980년대 초에 빌딩의 인텔리전트 화를 마무리하고 1990년대에 들어서면서 가정의 자동화를 추진하고 있다. 그러 나 일본의 경우는 1980년대 중반부터 산업 구조의 변화와 통신 시장의 자유화 로 보다 많은 오피스의 수요가 있게 되면서 IB가 시작되었다. 우리나라의 경우 도 전자 기술의 급속한 발전에 따른 통신 산업 구조의 변화와 선진국들의 통신 시장 개방 압력 등으로 기업들은 점차 사업 다각화 전략을 구상하게 되었다. 국내 IB산업은 1991.11월 한국통신의 전자운용연구단 건물에 IBS를 최초로 도 입하면서 본격 시작되었는 데, 이에 BAS 부문에서 축적된 기술을 가지고 있는 대그룹들이 자사 사옥 건설 시 IB기능들을 도입하면서 급성장하는 계기가 되었 다. 최근 국내 주요 그룹들인 한국하니웰, 삼성전자, 대우전자, 현대건설, 롯데 건설 등은 외국전문업체들과 기술제휴를 통하여 본격적인 IBS 기술경쟁에 나 서고 있다. 한국하니웰은 1999년 5월 미국의 하니웰(Honeywell)사가 LG하니웰 을 인수하면서 초고층용 IBS 기술개발에 박차를 가하고, 삼성전자는 미국의 존 슨콘트롤사, GE 등과 기술제휴를 맺고 독자적인 기술개발을 추진 중에 있다[ 90]. 기술수준 및 시 장경 쟁 력 분 석 Intelligent Robotic H om e 표 28에서 보면 국가연구개발사업을 통하여 교환, 광전송, 이동통신기술 등 - 121 -
에 대해서는 전반적으로 시스템기술을 확보하였으며, 제조업 중심의 백색가전 에서는 세계 3위의 생산기술을 확보하였다. 반 면 기초, 기반 기술에 대 한 연구 개발 투자 미흡으로 통신접속 칩, 시스템 원칩 등 핵심 칩의 대부분은 외국 도입에 의존하고 있으며, 표준화, 소프트웨어, 온라인 정보 서비스 등 기술집약 적이고 고부가가치 분야에서는 기술력이 취약하다. 따라서 IM T-2000, 디지털 TV, 초고속인터넷, 인터넷 정보가전, 통합 디지털 컨텐츠, 미디어산업과 통합된 온 라인 정보서비스 등을 유기적으로 연동하는 인터넷 정보가전산업의 종합적인 육성정책이 향후 2000년대 국가경제 발전의 기폭제가 될 것이다[66]. <표 28> 국내 인터넷 정보가전 관련기술 수준 구 분 주요 기술 TDX 교환 기술, 광전송 및 엑세스 기술, CDMA, 이동통신 기술 등 통신망 전반에 대한 시스템 기술 TV, VCR, 냉장고 등 백색 가전 우위기술 Digital TV, 인터넷 셋톱박스, 유 무선(CDMA) 단말기 등 DVD, 모니터, TFT-LCD, 메모리 디지털 방송 서비스 열위기술 PC, 홈서버, 정보단말 플랫폼의 핵심부품 및 설계기술 S/W (OS, 정보가전 미들웨어, UI, 개발툴), 온라인 정보서비스, Networking, 표준화 등 기반기술 Intelligent Robotic B uilding - Network Service Agent BACnet 정보통신 기술의 발달에 힘입어 최근의 대형 빌딩은 급속히 인텔리전트화 되는 경향을 보이고 있어 한 빌딩 내에도 여러 가지 서로 다른 용도의 첨단 제어 장비들의 혼재가 피할 수 없는 현실이다. 사용자의 측면에서는 빌딩의 효율적인 운용을 통해 비용을 절감하고, 기능성을 향상시키기 위하여 빌딩 내에 설치된 다양한 빌딩 자동화 시스템들을 통합 운영할 필요가 있 다. 그 러 나 현재 대부분의 빌딩 자동화 시스템 공급 업체들은 서로 다른 독자적인 통신 프로토콜을 채택하여 시스템을 구성하고 있 어 극소의 간단한 기기를 - 122 -
제외한 대부분의 장비들이 공급업체가 다를 경우 완벽한 통합 운영이 불가 능하다. 즉 이들 대부분이 표준화되어 있지 않는 통신 프로토콜을 채택함으 로써 서로 다른 공급 업체의 시스템과 통신망을 하나의 통합 시스템으로 구 성하는 데 한계가 있을 수밖에 없다. 따라서 사용자는 제품 공급자에게 기술 적으로 종속될 수밖에 없으며, 이는 결국 빌딩 자동화 시스템의 확장과 기능 개선을 막는 주요한 원인이 되고 있다. 이러한 상황이 계속되면서 사용자들 은 점차 기존의 폐쇄적인 시스템의 문제점을 극복할 수 있는 대안을 요구하 게 되었고, 그 대안으로서 제시될 수 있는 것이 BACnet 프로토콜이다. BACnet 프로토콜은 1999년 12월 16일 KS 표준규격 (KSX6909, 빌딩자동화 및 제어통신망 (BACnet))으로 제정되었다. BACnet을 사용함으로써 얻어지 는 이점을 요약하면 다음과 같다. 개방형 프로토콜을 사용함으로써 빌딩자동화 시스템 장비들의 통합이 용이해지고, 상호동작성이 크게 향상된다. 한 업체에 종속되지 않고 시스템을 선택, 혼합하여 사용할 수 있어서, 기존의 투자를 보존하면서 새롭게 출시되는 좋은 시스템들을 추가 구입 할 수 있는 선택권을 가지고, 빌딩자동제어 시스템의 확장, 개보수 및 기능개선을 할 수 있다. 선택의 폭이 넓어지는 만큼 시장 경쟁을 통해 시스템 구입비용을 절감 할 수 있다. 기존 공급 업체의 도산으로 인해 시스템의 유지보수나 시스템 확장이 곤란하게 되는 일이 없다. Network 올 상반기 국내 LAN (근거리통신망) 장비 시장은 경기침체로 인한 투자 위축으로 전년 동기 대비 19.8% 하락한 4,154억원을 기록했으나 하반기에는 상 반 기 대비 41.7% 성장한 5,888억원을 기록, 지난해 1조847억원과 비슷한 1 조42억원의 시장규모를 보일 것으로 전망된다. 또 엑세스 (가입자) 장비시장 은 지난해 상반기 (96만9999회선) 대비 120% 성장한 212만9,000회선으로 예 상되지만 하반기에는 상반기 대비 26.2% 감소한 157만1,000회선을 기록, 성 장세가 한풀 꺾일 것으로 예측된다. 그러나 국내 초고속인터넷 시장은 연말 까지 716만 회선으로 증가할 것으로 예상돼 지난해 누적 대비 106.9% 성장 률을 기록할 것으로 보인다. 삼성전자가 최근 작성한ꡐ2001년 네트워크 부문 경기전망ꡑ보고서에 따르면 올 상반기 LAN제품 중 하이엔드 (대용량) 라우터장 - 123 -
비는 통신사업자 중심의 기간망 및 IDC (Internet D ata C enter)의 투 자 제한으 로 지난 해 상반기 대비 31.2% 하락한 것으로 나타났다. 그러나 경기침체로 인 한 네트워크 산업 위축에도 불구하고 지식정보화산업 인프라 구축, 초고속 정보통신망 사업 등에 의한 매출 연속성 보장으로 지난 해 대비 매출규모 감소는 최소화될 것으로 분석됐다[85]. LAN제품의 경우 국산 장비의 시장점유율은 99년 10.9%, 지난 해 8.0%, 올 1분기 6.5%로 감소세가 지속되고 있으며 엑세스 제품도 시스템 장비 및 부품 의 외산 의존도가 여전히 심한 것으로 지적됐다. 이를 위해 LAN 시장에서는 국산제품에 대한 시장 인식변화, 해외수출을 위한 공동협력, 다양한 솔루션 확보 등이 필요하며 엑세스 시장에서는 국책 개발과제 선정, 사업자간 중복투 자 방지, 저가형 솔루션 개발, 해외시장 개척 등이 절실한 것으로 지적됐다. IBS 개방형 네트워크 기술 실질적인 지능형 빌딩시스템(IBS) 구현을 위한 개방형 제어통신망 기술 도입이 크게 활기를 띨 전망이다. 최근 국내 IBS업체와 관련단체를 중심으 로ꡐ백넷 (BACnet)ꡑ이나ꡐ론웍스 (LonWorks)ꡑ와 같은 개방형 통신 프로토 콜을 빌딩자동화산업 전반에 확대 적용하려는 움직임이 구체화되고 있다. 이 같은 개방형 빌딩자동화 통신기술의 적용은 그동안 서로 다른 설계방식 의 네트워크 구성으로 장비간 호환성 확보에 어려움을 겪었던 문제점이 해 소돼 국내 전체 IBS산업의 표준화는 물론 시장 활성화에도 크게 기여할 것 으로 전망된다. 특히 지난 99년 KS규격으로 확정된 백넷 (Building Automation and Control Network)은 미국의 표준안을 국내 실정에 맞게 접목한 것으로 각종 빌딩제어 관련 기자재의 공동구매 및 호환성 확보 등의 장점을 지녀 전체 빌딩자동화시스템 구축 비용과 시간을 크게 절약할 수 있다. 미국 애쉴 론사가 개발한 개방형 통신 프로토콜인 론웍스기술도 구성 디바이스간 유연 성 및 확장성과 분산처리에 큰 강점을 갖고 있어 빌딩은 물론 공장자동화 (FA) 홈오토메이션 (HA) 선박자동화 등 각종 제어통신분야로 빠르게 확산되고 있다[ 9 0 ]. 이러한 개방형 통신기술의 도입 움직임에 힘입어 백넷과 론웍스기술 전문 업체들이 속속 등장, 국내 빌딩자동제어시장의 개방형 프로토콜 도입 붐을 더욱 가속화하고 있다. 빌딩제어용 컨트롤러 개발업체인 나오디지탈 (대표 김 정욱 http://www.naodigital.com)이 백넷 개발 관련 솔루션 및 툴을 개발하고 본격적인 공급에 나선 가운데 한국하니웰 국제BMS 삼성SDS 등도 관련 제품 개발을 추진중이다. - 124 -
론웍스에 대한 원천기술을 보유한 미국 애쉴론의 한국지사인 애쉴론코리아 (대표 위재건 http://www.lonworks.echelon.com)도 대림정보통신 에버론 등 국내 주요 네트워크통합 (NI) 및 시스템통합 (SI) 업체들과 협력관계를 체결 하고 론웍스기술의 확대 보급에 적극 나서고 있다. 빌딩자동화분야에서 개 방형 표준 프로토콜의 도입은 거스를 수 없는 대세며 국내 IBS시장의 세계 경쟁력 확보를 위해서도 개방형 통신기술 도입을 적극 장려해 나가야 한다. Intelligent Em bedded Robot 종래에는 빌딩 내의 OA, TC, BA를 별개의 시스템으로 생각하였으나, 각 시스템의 기능을 효과적으로 이용하기 위하여 빌딩 전체를 하나의 유기적인 시스템으로 구축하고자 Network기술 및 Computer기술을 도 입 하여 이 들 개별 시스템을 통합함으로써, 빌딩의 관리 및 운영 측면에 있어서 최대의 효과 를 얻는 방향으로 가고 있다. InterOperability를 구현 하기 위 해 B AC net과 LonWorks등의 국제표준을 따른 Open System Architecture를 지향한다. 그 이유는 각각의 벤더들이 약속된 국제 표준을 준수함으로써 벤더 상호간의 호환이 가능하며 고객의 입장에서는 제품선택의 폭이 넓으며 향후 확장 시에도 용이하기 때문이 다. 앞으로 IBS에서의 Intelligent Embedded Robot의 기술 동향은 표준화와 통합화라 할 수 있다. 이미 빌딩 자동제어 관련 통합화는 활발이 진행되고 있다. 공조, 전력, 조명과 같은 에너지 관련 부문과 출입 관리, CC TV, 보 안장 치 등과 같은 방범 부문, 그리고 방재 부문은 모두 빌딩을 관리하는 측면에 서는 동일 범주 속에 포함되기 때문에 적극적인 통합화가 진행되고 있다. 또 한 음성 (TC)와 데이터 통신 (OA)의 전송매체 및 배선을 통합하여 처리하 는 경향이 증가하고 있으며 기술적으로도 IVD L AN (Integrated Voice & D ata L AN)이 가능한 단 계에 와 있 어 TC 와 OA의 통합화도 경제성과 효 율 성이란 관점에서 상당한 진전을 보일 것이라 예상된다. 시스템 통합 올 하반기 국내 SI 시장전망은 상반기보다는 다소 낙관적이라는 전망이 우세하다. 행자부 전자민원 (200억원, 7월), 시군구 행정정보화 (130억원, 8 월), 국방 C4I 2~3단계사업 등과 KTF, SKT 등 이동통신업체들이 ERP, KMS, CRM, EAI 부문에 IT투자를 집중할 것으로 예상된다 (표 29 참조)[78]. - 125 -
<표 29> SI 시장 성장전망 (단위: 억원) 구 분 2000년 2001년 2002년 2003년 2004년 전년대비 성장률(1~4월) 컨설팅 6,629 8,261 10,449 12,523 14,956 21.9% SI 53,356 64,450 80,352 93,965 108,444 18.9% 아웃소싱 19,149 21,859 25,503 30,062 34,876 16.9% 교육 2,619 2,880 3,225 3,614 4,046 12.0% IT서비스합계 81,753 97,451 119,529 140,163 162,322 18.5% 성장률 16.1% 18.5% 14.7% 13.7% 자료: 한국 SW협회, 가트너 2001[80] 또한 금융부문의 경우 구조조정으로 미뤄졌던 프로젝트가 속속 발주되고, 제1금융권의 CRM, EAI, 리스크관리시스템 사업과 보험사의 신정보시스템의 재구축이 가속화될 것으로 전망된다. 신공항 고속철도 및 호남선철도와 관련 된 SI사업과, 건강보험 IC카드사업 등이 SI업계의 중장기 매출에 직접 영향 을 줄 수 있는 주요 변수로 지목되고 있다. 또한 솔루션 위주로 SI프로젝트 의 성격이 변화되고 있는 것도 올 하반기 SI시장을 가늠할 미묘한 변수로 지목됐다. 컨설팅업체및 하드웨어 공급업체들의 SI시장 진출에 따른 업계구 도에도 적지않은 변화가 예상된다. 엑센투어, PwC, KPMG 등 컨설팅업체와 컴팩, HP 등이 SI사업 진출을 가속화할 전망된다. 특히 프로젝트의 발주 업 체 기관들이 최근들어 IT기업의 컨설팅 능력에 큰 비중을 두기 때문에 이 들 외국계 업체의 SI시장 진입을 더욱 가속화시킬 것으로 관측된다[79]. Intelligent Autonomous Robot 동아제어시스템은 상용화 수준에 이른 청소로봇과 새 로운 형태의 계단이 동로봇을 개발했다. 이 회사의 청소로봇은 건물 내 어디든 이동이 가능한 험 한 지형 주행으로 제작됐으며 자체에 CCD카메라를 장착해 원격지에서도 인 터 넷 제어가 가능한 특성을 지니며 화재, 침입감시 등의 기능을 수행할 수 있 다. 또 포토센서, 적외선센서 8개를 내장해 자체적인 위치제어와 장애물 회 피동작이 가능하다. 계단로봇은 4개의 무한궤 도 구동 방식 을 이용해 건물 내 계단을 오르내릴 수 있고 감시용 CCD 카메라를 장착, 계단을 포함한 건물 - 126 -
내 어디든 이동이 가능하기 때문에 보안감시 기능을 획기적으 로 향상시켜준 다. 한울 로보틱스는 좁은 실내공간에서 기동이 용이한 동기식 바퀴이동장치 를 개발했다. 이 기동장치는 360도 전 방향으로 즉시 방향전환이 가능해 청 소 로봇과 실내 보안로봇에 필수적인 부품모듈로 평가받고 있다[86]. 기술개발의 발전 전 망 및 기대 효 과 Intelligent Robotic H om e [ 6 6, 6 7 ] - 국내 기업이 보유한 백색가전에서의 경쟁력을 정보가전에서도 지속될 수 있도록 지원하여 인터넷 정보가전 세계시장에서 경쟁력 우위 확보 현재 국내 가전 3사는 TV, 냉장고, 에어컨 등 백색 가전 분야에서 세계 시장을 주도해 가고 있음 인터넷 정보가전 세계시장은 현재 시장이 형성되기 시작하는 초기 단계임 기술 개발 및 시장 확보를 위한 정책적 지원을 통해 초기 단계에 있는 인터넷 정보가전에서의 경쟁력 우위 확보 - 정보가전용 컨텐트 및 서비스산업의 활성화를 통해 인터넷 정보가전 산 업을 육성 가정에서 쉽게 그리고 유용하게 사용할 수 있는 컨텐트 및 서비스를 확 보하여 인터넷 정보가전의 새로운 수요를 창출 국내 수요를 기반으로 세계시장에 진출하여 수출산업으로 발전시킴 - 국내 업계 표준들을 국가 표준으로 발전시키며 나아가 세계 표준에도 기 여토록 하여 세계 표준과 호환성 있는 기술 확보 - 국내 정보통신 산업의 획기적 발전 유도 외국에 비해 교육열이 높은 것과 비례하여 정보서비스에 대한 욕구가 상대적으로 높은 국내 특성으로 인터넷 정보가전 단말의 출현과 함께 다양한 형태의 정보단말 사용욕구가 발생할 것임 다양한 서비스에 대한 사용자의 요구를 충족시키기 위한 네트워크 서비 스에 대한 욕구증대도 함께 수반될 것임 인터넷 정보가전 단말의 생산성, 가격 경쟁력 확보는 국내 시장에서의 경쟁으로 자연히 확보될 수 있음 외부 통신망 및 내부 홈 네트워크의 표준화 특성으로 세계 시장에서의 경쟁력도 확보될 것임 - 127 -
산업 분 야 기대 효 과 [ 6 6 ] - 신규 시장 창출을 통한 산업의 규모확대 및 고용증대 효과 인터넷 정보가전 시장은 2004년 50조 규모로 성장이 예상됨 인터넷 정보가전 시장의 고용 규모는 2004년 50만명 규모로 예상됨 - 시장 선점에 따른 경쟁력 강화 효과 인터넷 정보가전 시장은 현재 생성 단계에 있으므로, 타 산업에 비해 상 대적으로 선진국과의 기술 격차 및 시장 진입 장벽이 높지 않음. 따라서 효과적인 투자에 의한 초기 시장 진입이 성공할 경우 표준 및 핵심기술 의 선점을 통한 국제적인 경쟁력 확보가 예상됨 - 가전 산업의 활성화 사양화 단계에 있던 백색가전 산업이 최근의 디지털 가전의 등장으로 시장이 확대되고 있음. 이에 더불어 인터넷 정보가전으로 발전할 경우 새 로운 수요가 창출되어 가전산업의 활성화에 기여 할 것 으 로 예상 됨 - 전자 부품산업의 활성화 셋톱박스 및 제어기기 관련 부품 산업의 활성화가 기대됨 - 네트워크의 고도화 및 기술 개발 촉진 가정망의 보급으로 급격한 증가가 예상되는 데이터 통신 수요에 대응하 기 위하여 네트워크의 확충 및 고도화가 요구됨 접속 기술을 중심으로 유/무선 및 전력선 기술 등 새로운 기술 개발의 촉진 및 시장 발전을 유도할 것으로 예상됨 가정 내 통신망 구축에 따른 신규 수요의 창출 - 관련 서비스 산업의 활성화 원격 검침 및 보안, 홈 Edutainment 등의 새로운 서비스 산업의 생성을 유도 다양한 정보가전 단말에 대응하는 특화된 컨텐츠 산업의 활성화가 예상됨 - 소프트웨어 산업의 활성화에 기여 각 정보가전 단말 및 홈서버를 위한 운영 체제 및 응용 소프트웨어 등 의 기술의 발전이 기대됨 - 128 -
경 제적 기대 효 과 [ 6 6, 6 8 ] - 이종 업체 (가전, 통신, 방송, 건설, 서비스 등)간 공조체제 확립을 통한 국 가의 정보통신 산업 경쟁력 강화 (표 30 참조) 2005년 3,600억불 규모로 예측되는 세계 정보가전 시장에서 10% 이상의 시 장 점유율 확보 신 산업 창출을 통한 정보통신 산업의 규모확대 및 고용증대 - 인터넷 정보가전의 보급은 인터넷 서비스, 온라인쇼핑 등의 관련 시장 확 대로 연계되어 2005년 50조원 이상의 시장 창출 효과 예상 - 2004년 인터넷 정보가전 고용인력은 50만명 규모에 이를 것으로 추정 <표 30> 정보 단말 국내 시장 규모 (단위: 백만불) 구 분 1998 1999 2000 2001 개인 정보 단말 91 120 300 885 네트워크 클라이언트 5 8 26 110 통신 단말 34 58 182 730 정보가전 단말 50 115 320 975 계 180 301 828 2,700 자료: IDC, 1998[81] 다음 표 31는 국내 대상 제품에 정보가전용 미들웨어 및 사용자 인터페이 스 부분이 원가의 10%를 차지하는 것으로 적용하였을 때의 시장 전망을 나 타낸 것이다. <표 31> 국내 미들웨어 시장 규모 (단위 억원) 구 분 2000년 2001년 2002년 2003년 2004년 2005년 휴대형 단말 계열 0 7.5 90 750 1000 1250 홈 서버 계열 0 10 80 600 800 1000 PC 및 주변 기기 계열 0 2.5 120 750 850 1000 디지털 AV 기기 계열 0 50 600 5000 7000 9000 백색 가전 기기 계열 0 75 320 1700 1800 1900 계 0 145 1210 8800 11,450 14,150 자료: IDC자료에 근거한 LG전자 및 삼성전자의 자체 전망[82] - 129 -
아래의 표 32, 33에서 보듯이2004년까지 Home Network Agent를 포함한 Intelligent Embedded Robot 시장과 Intelligent Autonomous Robot 시 장은 98조원 이상으 로 예상되며 연평균 성장률을 30%로 보았을 때 2010년에는 약 400조원의 시장을 형성할 것으로 예상됨. <표 32> 국내 정보가전용 실시간 OS의 시장 규모 (단위: 억원) 구 분 2000 2001 2002 2003 2004 2005 정보 가전용 실시간 OS 연평균 성장률 4690 5625 6750 8100 9000 10800 18% 자료: Dataquest(1998), IDC(1998), 한국전자연감(1999)[81, 83, 84] <표 33> Intelligent Autonomous Robot 의 시장 규모 (단위: 억달러) 연도 2002 2005 2010 2015 2020 시장규모 150 400 1000 2000 4000 자료: IFR, 미쓰비시연구소, 일본공업회 자료를 바탕으로 한 시장규모 추정[1, 2] 기술적 기대 효 과 [ 6 8 ] - 선진국에서도 산업 발아기 단계에 있는 인터넷 정보가전 분야 개발을 중점 추진하여, 표준과 핵심기술 선점을 통한 국제 경쟁력 확보 - 정보가전 분야의 신기술을 조기에 개발함으로써 이에 대한 국제 표준, 특허 권 등을 확보하여 관련 산업의 국제 영향력 확보 국가/ 사 회 적 기대 효 과 [ 7 3 ] - 국민 복지 증가 노년층 및 장애자의 사회활동 참여 유도 원격 의료, 원격 교육 등의 복지 서비스 혜택 확대 - 전국민을 대상으로 한 통신 인프라 구축의 촉진 전 가정의 가정망 확보 및 공중망으로의 접속 설비 확보가 기대됨 확보된 가정망과 정부망을 연동하여 정부 서비스 등의 제공이 가능 - 130 -
- 재난 등 비상 사태를 대비한 신속한 대응 체계의 확립 가능 병원, 소방서, 경찰서 등 관련 기관과의 연결을 통해 가정 내 비상 사태 시 신 속한 대응 가능 홍수, 재해 등 공공의 비상 사태 시의 대응체계 확립에 이용 가능함 - 전국민적인 정보화 마인드 확산 정보화 소외 계층에 손쉽게 정보에 접근할 수 있는 수단 제공 정보격차의 극복에 기여할 것으로 예상됨 - Cyber Village 및 Cyber Community의 형성을 통한 삶의 질 향상 산업사회의 발달로 가족간, 지역공동체 간의 관계에 소외감 발생 이의 극복을 위해 인터넷 정보가전의 공유화를 통한 지역공동체 형성으로 유대감 형성 - 기존 경쟁우위 산업의 경쟁력 유지 통 신 및 가전 산업은 국제적으로 경쟁력을 확보한 산업임 이들 산업의 공조에 의하여 각 산업의 경쟁력을 지속적으로 유지할 수 있음 Intelligent Robotic B uilding IBS는 고도 정보화 사회의 오피스 업무에 적합한 쾌적하고 유연성이 있는 공간을 제공하는 곳으로, 업무의 개성이나 향후 설비 변경에 대응할 수 있는 합리적이고 효율적인 운용관리체계를 갖추는 것이 필요하다. 따라서 이에 대한 빌딩의 특성을 보면 다음과 같다[90]. 경 제성(E conom ic) IB는 일반 빌딩에 비해서 냉 난방, 전기 수도 등 에너지 분야에서 20% 비 용 절감, BA시설의 운용 및 유지분야에서 20% 절감, 사무 생산성 20~30% 향 상 등 직 간접적 경제성이 큰 것으로 나타나고 있으나 초기 투자비가 많이 소 용되는 것이 단점이다. 일본의 경우를 살펴보면 빌딩의 인텔리전트 수준, 즉 각 종 서비스 항목의 그레이드 (Grade)에 따라 일반 빌딩의 건설비에 비해 10~ 20% 정도의 초기 투자비가 추가되는 것으로 나타나고 있다. 그러나 고가의 첨 단시설 및 서비스를 저렴한 가격으로 공용할 수 있는 이점으로 첨단정보빌딩의 임대료가 일반 빌딩에 비해 20~30 상승해도 입주를 원하는 기업이 늘고 있다. - 131 -
생산성(Productivity) 빌딩을 인텔리전트화 하면 그곳에서 일하는 사람들의 노동 생산성이 향상 되어야만 한다고 주장하는 사람들이 많다. 그러므로 IB에는 정보 통신과 OA 의 결합으로 각종 업무의 자동화, 전산화를 통하여 24시간 업무가 가능케 되 고 사 람 과 기계가 공존하는 공간을 모듈화하여 운용할 수 있도록 함으로써 지적 생산성을 제고시킬 수 있는 시스템이 구축되어야 한다. 여기서 사무자동 화 (OA)는 사무작업을 수행하는 데 기계나 장비의 도움을 빌려 수행하는 것 을 의미하며, 이는 컴퓨터를 비롯한 각종 전자식 장비를 사용하여 정보를 저 장, 처리 검색하고 전달하는 과정을 포함한다. 이러한 사무자동화의 주요목적 은 사무작업의 효율화와 생산성 향상에 있다. 즉, 인간공학적인 측면에서는 최소의 육체적, 정신적인 노력을 투입하여 최대의 작업성과를 거두는 것을 의 미 하기도 한다. 유 연성(F lex ibility) 향후 기업의 조직이나 업무 체계는 단기간 사이에 변화함과 동시에, 통신기 술의 진화, 새로운 단말기의 설치, 사무실 이전 변경에 따른 설치, 모듈 개편 에 따른 시스템 확장 등에 따라 첨단정보빌딩의 각 시스템이 유연성 있게 운 영 유지되어야 할 필요성이 있다. 쾌 적성(Amenity) 쾌적성은 아트리움, 휴게실, 체육 시설 등 쾌적한 사무환경조성에 필요한 편 의 시설을 최대한 확보, 운용함으로써 업무 수행 중 누적되는 스트레스를 해 소하고 자유롭게 창조적인 작업을 할 수 있게 하며 사무용 가구의 선택이나 배치도, 인간 공학적인 관점을 최대한 반영시킨 계획이라 할 수 있다. 최근에 는 사회가 정보화, 국제화됨에 따라 24시간 체제에 대응할 수 있는 환경이 필 요하게 되어 사무 기능뿐만 아니라 의식주가 동시에 해결될 수 있는 종합 서 비 스 (One Stop Service)가 가능한 빌 딩 구조 로 변 모 하고 있 다. 이 제, 사 무 환 경 은 단 순한 기능성, 쾌적성을 넘어 주위활동과 조화까지 고려되고 있다. 산업분야 기대효과 - 신규 시장 창출을 통한 산업의 규모확대 및 고용증대 효과 - 리노베이션 시장의 확대 - 전자산업의 활성화 - 네트워크의 고도화 및 기술 개발 촉진 - 132 -
- 소프트웨어 산업의 활성화에 기여 - 표준화를 통한 관련 산업간의 시너지 효과 창출 - 메카트로닉스, 기계, 정보통신 기술의 결합으로 신산업 창출 경 제적 기대효과 - 오늘의 사회는 과거 어느 때와 비교할 수 없을 정도로 급속하고 다양하게 변화하고 있다. 이러한 변화는 20세기로부터 21세기로 이행하는 단순한 세 기적 변화가 아니고, 산업구조의 재편과 함께 전통적인 직업구조를 붕괴시 키면서 새로운 문명의 패러다임 변화를 예고하고 있다. 국가 사회적, 정책적 기대효과 교통난의 경감 IB는 사무자동화 (OA) 및 정보통신 (TC) 기기의 도입으로 근무자의 생산 성 향상을 기하므로 건물 단위면적당 최소의 인원이 근무하는 사무환경이 형 성된다. 따라서 건물의 규모에 비하여 근무자 수의 감소로 인해 상대적인 교 통량이 감소될 뿐만 아니라 외부와 정보 네트워크화를 통한 다량의 정보를 원 거리에서 취득할 수 있으므로 교통량의 감소를 가져온다. 도시집중 완화 도시에 집중되던 각종 정보는 광역정보 네트워크를 통하여 효율적으로 분 산될 수 있으며, 환경이 좋고 지가가 싼 도심에서 벗어난 지역에 IB를 건설해 도 다양한 정보를 이용할 수 있으므로 구태여 도심에 건물이 집중될 필요성 이 없어지게 된다. 관련산업의 발전 IB에 연관된 산업의 범위는 대단히 넓다. 컴퓨터 관련산업, 통신 관련산업, 각종 마이크로프로세스, PLC 뿐만 아니라 사무용 가구, 조명 기기, 주차, 보 안, CATV, 위성 기술 등 모든 기술을 망라하는 각종 산업분야의 제품을 통 하여 IB 가 구성된다. 도시 환경의 정비 IB는 기존 빌딩과는 달리 환경적인 측면이나 개성적인 측면이 강조된다. - 133 -
획일적인 건물형태에서 벗어나서 색조, 형상 등에 미적인 감각을 배려하므로 아름다운 도시환경에 기여하는 바가 크다. 도심의 건물에 아트리움이나 조경 시설을 도입하여 공용의 휴식공간을 마련하여 줄뿐만 아니라 공해의 발생이나 배출을 극소화하여 도시환경에 기여하는 바가 크다. 정보의 일반화 대중화에 기여 각종 정보의 전달이나 가공, 수집이 용이하여 일부기업이나 기관에 집중되 던 정보의 효율적인 공유가 가능하게 된다. 따라서 정보의 수집 및 전달이나 판매를 하는 새로운 산업의 출현이 가능하게 되 며 이 를 통 하여 새 로운 형 태 의 작 업 수요의 창출이 가능하게 된다. 정보의 일반화 대중화는 급변하는 국 제정세에 능동적으로 대처하는 계기를 마련해줄 것이며, 국가나 기업의 의사 결정에 기여하는 바가 클 것이다. 시장 규모 - IBS 구축에 대한 조사를 통한 예측 IBS의 구축규모 예측에 따라 현재 우리나라에서 구축되고 있거나 구축예 정인 IBS에 대한 실례조사를 통하여 연도별 건설상황을 적용한 건물 내 종 합정보통신 산업시장의 규모의 추정은 다음 표 34과 같다. <표 34> 첨단정보빌딩 설치 년도별 1993 1994 1995 1996 1997 1998 건물수(동) 13 19 25 30 33 34 건물당 평균 연면 적 연면 적(평) 305,304 396,714 539,144 644,940 725,547 760,547 22,369 주: 한국통신 진흥협회, 건물내 종합정보통신 활성화 방안에 관한 연구, 1993[89] - 업무용 건물 연면적 추정에 따른 신 부문 투자비용 규모예상 여기에서는 업무용 건물 중 첨단정보화 가능 빌딩의 연면적 예측을 근거 로 예상 건물 동수 (건물당 평균연면적: 22,400평)을 추정하고 각 첨단정보 빌딩 1개동 당 정보추정부문 투자비 기준을 약 54억원으로 산정 하였다. 그 결과로 98년까지 약 1조 2,400억원 정도(누적)의 시장규모가 예상되었다 (표 35 참조). - 134 -
<표 3 5 > 첨단정보 빌딩의 정보통신 부분 투자규모 ( )은 당해연도 순증가분임 구 분 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 업무용건물 연면적(천평) 25,335 (3,626) 29,566 (4,23 1) 34,504 (4,838) 40,266 (5,762) 46,991 (6,742) 54,383 (7,847) 63,996 (9,15 8) 74,683 (10,687) 첨단정보화 기능 5,067 205 6,901 8,053 9,389 10,968 12,799 14,937 연면 적(천평) (72 5) (846) (988) (1,152) (1,345) (1,569) (1,83 2) (2,13 7) 추정 빌딩수 (동) 176 (25) 205 (2 9) 240 (34 ) 280 (40 ) 326 (47 ) 381 (54) 444 (6 4) 519 (7 4) 첨단정보화투자규모(억원) 1,360 2,946 (1,58 7) 4,798 (1,852) 6,959 (2,161) 9,480 (2,522) 12,423 (2,943) 15,857 (3,43 4) 119,865 (4,00 8) 주: 한국통신 진흥협회, 건물내 종합정보통신 활성화 방안에 관한 연구, 1993[89] IBS 의 수요 원(단위 : 억) 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 년 도 <그림 50> IBS 수요 우리나라의 정보화 수준은 선진국에 비하여 아직 낮지만, 최근 국가 차원 에서 2010년까지 초고속국가정보통신망 구축사업에 총 45조원을 투자하는 정 보화 기반시설 촉진정책에 힘입어 연평균 약 40%의 높은 정보화 수준 증가 율을 보이고 있다 (그림 51 참조). IBS 구축비용도 건물의 대형화와 시스템의 고급화가 급진전되면서 크게 높아지고 있다. 일본 NTT와 한국통신이 밝힌 한국형 IBS 구축 소요 예산을 기준으로 보면 건물당 IBS 구축비용은 평균 1백25억원선에 이른다. 최근들어 IBS가 BAS 위주에서 정보통신과 OA를 포 괄하는 SI 위주로 전환되면서 업체들이 내놓은 시장전망은 천차만별이나 지 난 90년 국내에 IBS가 본격도입된 이후 매년 30% 이상씩 성장했다는 것을 - 135 -
감안하면 적어도 오는 2010년까지는 연평균 28% 이상 성장할 것이라고 업계 전문가들은 전망한다 (그림 50 참조). 2000년 첨단 정보화 투자 규모가 한국통신 진흥협회의 조사에 따르면 12 조원에 달하므로, 연평균 28%의 성장률을 감안하면 2010년 경 첨단 정보화 투자된 빌딩의 시장규모는 141조원에 달한다. 그리고 Intelligent Autonomous Robot의 시장규모가 2010년 130조원으로 예상되므로 2010년 전체 시장규모는 대략 271조원이 될 것으로 예상된다. 미국의 경우에도 초고속정보통신망에 의 한 국가정보기반구축을 최우선 국가정책 과제로 선 정 하고 2015년까지 4천 5 백억 달러를 투자하여 관공서, 학교, 병원, 기업, 가정 등을 광케이블망으로 연결한다는 계획을 가지고 있다. <그림 51> 주요 국가간 정보화수준의 비교 (정보화지수: 한국의 1990년도 정보화지수를 100으로 했을 때의 비교) IB는 텔레포트 (Teleport)의 구축과 연계되어 정보통신의 거점으로써 지 역 정보화와 경제발전의 핵심이 될 것으로 예상되고 있다. 즉 빌딩간은 물론 도 시 간 또는 국가간을 네트워크화 함으로써 정보의 교류가 활발해져 주변산 업의 활성화뿐만 아니라 새로운 산업의 발전, 육성에도 크게 기여해, 고도 정보화 사회를 조기에 정착시키는 데 큰 몫을 차지할 것으로 전망된다. 이와 아울러 정보통신기기의 급속한 보급과 초고속 정보통신기반의 구축은 교육 및 의료부문에서도 적극적으로 활용될 것으로 예측되고 있다. 최근의 인터넷 을 비롯한 멀티미디어 사용인구의 급속한 증가는 예측되고 있다. 최근의 인 - 136 -
터넷을 비롯한 멀티미디어 사용인구의 급속한 증가는 첨단통신장비의 보급 과 함께 원격교육, 재택 수업 등과 같은 새로운 교육환경을 창출해내고 있 다. 교육정보화의 목표는 정보통신의 효율적인 이용을 통해 효과적인 교육환 경 조 성과 학술연구의 생산성을 향상시키는 데 있다. 해외에서는 정보통신기 술을 교육에 적극 활용하는 노력과 양방향 원격교육, 개별화 수업, 더 나아 가 가상대학 (Virtual University)를 구현하기 위한 교육시설의 정보화 및 인 텔리전트화의 구축이 추진되고 있다. 의료분야에서는 초고속 전용통신망을 기본으로 첨단멀티미디어 기술을 통하여 의학영상전송 시스템, 처방전달 시스템, 원격진료 시스템 등과 같은 병원정보화 시스템 구축이 이루어지고 있다. 인텔리전트 병원은 각 기능의 유기적인 연결을 통하여 효율을 극대화시키는 것으로 국내의 경우 1999년까 지 서울 등 5대 광역 시에 네트워크를 이용한 통합외래진료 예약시스템을 구축하는 등의 의료정보화사업이 추진되고 있다. 과거 기존 빌딩과 차별화를 위한 방법으로 건물의 마감자재를 고급화하는 경향이 많았으나, 현재 가장 중요한 건물의 차별화 전략은 건물의 외형보다는 건물내부설비를 인텔리전 트화하는 방향으로 나아갈 것으로 예측되고 있다. 이러한 현상은 빌딩에 부 가가치가 더해지면 입주자들에게는 보다 나은 서비스의 제공이 가능하고, 건 물주에게는 빌딩 자체의 자산가치가 더 높아지는 이득이 있기 때문인 것으 로 판단된다. 따라서 향후 IB는 사무실 수요가 많 은 지역 의 대 형 건물에서부 터 시작하여 도시로 확산될 것이며, 입주자는 통신 및 사무 기기와 컴퓨터가 결합된 고부가가치 서비스를 경제적으로 공용할 수 있는 입주자 공용서비스 (STS: Shared Tenant Service)의 이점을 충분히 활용할 수 있게 될 것이다. 앞으로 정보화의 진전에 따른 국내 환경에 맞는 한국형 IBS의 개념정립 및 유형별 (오피스, 학교, 병원, 호텔 등)에 따른 저비용, 고효율 인텔리전트화 방안이 시급하다. 지능형 기계, 차 량 및 교 통 시 스 템 개 요 정보를 신속하고 원할하게 전달할 수 있는 통신 인프라 구축, 제품을 소비 자 요구에 맞게 다품종 소량으로 저렴하게 생산할 수 있는 지능화된 최첨단 생산공정 수립, 그리고 물류를 신속하고 빠르게 배달할 수 있는 최첨단 교통 인프 라 구축을 목적으로 한다. 또한 Intelligent Machine에서는 지능화 기계 시스템 - 137 -
의 요소기술을 개발하여 지능화 생산 시스템을 구축하며, Intelligent Vehicle Robot에서는 지능 로봇 개념을 적용한 첨단 분류 시스템 개발, 그리고 Intelligent Transportation에서는 지능형 종합 교통관리 시스템을 구축하고자 한다. 정 보 화 기술과 기계기술을 결합한 지적 사고 기반 의 지능화 기계 시스템의 요소 기술을 개발하고, 이를 통합화하여 Intelligent Turning System, 지능화 복합 가공시스템 등 자동차, IT 산업등 우리나라의 차세대 주력산업에 활용될 수 있는 지능화 생산시스템을 사례연구로 개발하고 자 함이다. 기존 물류 운반하역 시스템에 지능 로봇 개념을 도입하여 생산성과 효 율 성 을 갖는 지능형 차량 로봇을 개발하여, 이것을 국내 항만에 적용하여 관련 핵 심기술 및 상품화 기술을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 최첨단 물류시스템을 갖는 동북아 최고의 물류 및 정보 중심 국가로의 발전 이 최 종 목표이다. 제안하는 사 업 및 기술개발의 필요성 지능형 기계 세계적으로도 IMS (Intelligent Manufacturing System)을 비롯하여 관련 기술 에 대한 다양한 개발 프로그램이 추진되고 있다. 앞 으 로도 무인화 공장 기술, 무 인 부품가공에 따른 돌발 상황에 대한 대처, 품질 목표의 확보에 대처하는 능 력을 가지고 생산성을 향상시키기 위한 수단으로서 공작기계의 지능화가 필 수적이다. 우수한 성능의 공작기계를 확보함은 그 자체로도 하나의 수출산업 이 되는 것은 물론, 이러한 우수한 공작기계를 활용할 수 있는 국내 제조업의 국제경쟁력 확보를 위해 필수적이다. G7 첨단생산시스템 개발 사업을 통해 확보된 공작기계 및 시스템 원천기술을 기반으로 지속적인 발전을 추진할 필 요가 있다. 국내의 공작기계 산업은 현재의 하드웨어 기술 중심에서 시스템 및 지적 소프트웨어 기술 중심으로 발전시켜 부가가치 를 높 일 필요가 있 다. 지능형 차 량 로봇 한국의 동북아 지정학적 위치를 감안할 때 물류 및 정보 중심 국가로 발전 할 가능성이 가장 크므로 국가정책 차원에서 최우선 순위로 전략책정이 필요 하다. 현재 세계 5위의 컨테이너 처리 물동량을 갖는 부산항과 광양항 (자동 화 항만 예정), 부산신항 (반자동화 항만), 인천남항, 인천공항 등이 하나의 첨 단 물류 벨트를 형성할 때 고부가가치 산업인 동북아의 물류산업의 중심지로 - 138 -
형성될 수 있다. 최근 동북아의 환경변화, 즉, 한반도 종단철도 (TKR)와 러시 아 시베리아 횡단철도 (TSR)의 연계, 중국의 대대적인 항만건설 등을 감안 할 때 동북아 물류 거점기지 확보에 대한 국제적 경쟁이 치열할 것으로 예상 되므로 선점의 효과를 최대한 발휘할 필요가 있 다. 80년대 세계 1위 컨테이너 생산국, 세계 1위 컨테이너 크레인 생산국이었 으 나 지금은 기술성의 한계로 중국에 추월되고 있는 중이며, 지금 세계 1 위 의 선박 건조국이지만 멀지 않은 시점에 이것도 중국으로 넘어갈 가능성이 많아 미래를 대비하는 차원에서 물류산업의 근간을 이루는 최첨단 물류 시스 템을 시급히 개발할 필요가 있다 (표 36 참조). <표 3 6 > 물류 및 정보 중심 국가로의 전략적 마래를 보는 관점 동북아 물류 및 정보 중심국 첨단 물류시스템의 Infra 구축 물류시스템의 지능화, Intermodel 첨단 핵심물류 시스템 기술 확보 - 지능형 Intermodel 시스템 - 물류 시스템 지능화, 정보화 - 생 산성과 효율성 극복을 위해 물류 시스템에 지능 로봇개념을 도입 운송업계 및 화주의 물류 체증 해소의 요구, 물류비용 절감의 요구, 신속 정확한 서비스 요구 등의 다양한 양질의 서비스 요구에 대한 대응이 필요하 다. 동북아의 물류 및 정보 중심국이 되기 위해서는 컨테이너 취급 물동량 2,000만 TEU를 소화할 수 있는 물류 시스템을 갖추어야 하므로, 이를 위해서 는 운반하역 시스템의 지능화, 내륙 연계 운송시스템의 효율화, 물류 시스템 의 정보화 등이 이루어져야 한다. 컨테이너 선박의 초대형화 추세, 즉, 현재 8,000 TEU 급에서 12,000 TEU - 139 -
급으로 급변하게 변해 가는 과정이고, 컨테이너 크레인의 시간당 요구작업량 이 50 TEU에서 150~200 TEU로 변해갈 것으로 예상된다. 그러므로, 그림 52에 나타나 있듯이 현재의 시스템에 대비하여 생산성이 3~4배 이상으로 증 가하여야 한다. 생산성 향상 요구에 대처하기 위해서는 지능 로봇 개념을 도 입하여 물류시스템의 지능화 및 정보화가 이루어져야 한다. Market S-Curve Development TEU 2,000만 1,000만 컨테이너 물동량 항만물류 고속물류 철송물류 항공물류 Intermodal 2001 2010 2020 <그림 55> 물류 시장의 성장 예측 (광양항3단계 자동화 컨테이너 터미널 개발 기본계획) 산업이 발전함에 따라 수출입 화물량이 급격하게 증가하고 있으나 여기에 비해 물류 처리시설 능력은 한정되어 있고 항만 및 도로를 비롯한 사회 간 접자본 시설도 화물량의 증가에 비해 크게 부족한 실정이다. 따라서, 빠른 시간에 수출입 화물을 처리할 수 없으며 이는 바로 물류비의 상승을 의미하 며 국가 경쟁력을 약화시키는 것이다. 그러므로 항만에서 수출입 화물의 취 급을 자동화하여 시간과 비용을 절감시킴으로써 물류비가 차지하는 비율을 낮추어 국가 경쟁력을 극대화시키는 것이 국가적인 과제로 대두되고 있다. 이를 위하여 네덜란드, 싱가폴 및 일본 등 항만 선진국에서는 이미 항만의 자동화가 많이 이루어졌으며, 현재도 여기에 관한 연구를 지속적으로 추진하 고 있다. 또한 최근 세계 각국에서는 항만의 자동화에 대하여 범국가적인 사 업으로 진행하고 있는 실정이다. 따라서 국내에서도 항만물류 자동화에 관련 된 하역운반용 장비로 사용되는 지능형 운반차량, 지능형 핸들링 로봇 등에 대하여 최우선적으로 국가지원으로 연구개발이 수행되어야 할 필요성이 있 다. - 140 -
<그림 56> 물류 시스템의 기술발전 단계 및 경 향 주: 컨테이너 터미널 자동화 기술 연구기획 조사, 과기부, 1999.12[91] 지능형 교 통 시 스 템 ITS America의 Project Book에 따르면 Intelligent Transportation은 최근 무인 자동화기술의 발달과 마이크로프로세서 기술의 혁신적인 성장에 힘입어 철도, 항공, 항만에서부터 도시 및 전국의 산업현장 및 일반 가정에 이르는 물류현장에서 사용되는 시스템을 로봇 기술에서 개발된 다양한 기술을 활용 하고자 하는 분야이다. Intelligent Transportation은 각종 물류이동을 종합관 리하고, 그것에 필요한 기반시설을 확충함으로 궁극적으로 지능화 및 자동화 단계에까지 이르도록 하는 기술로, 국가의 경쟁력을 한차원 높일 수 있는 기 반이 되지만, 초기단계에 막대한 개발비가 소모되나, 상업적 가치가 점점 증 가하여, 최첨단 기술의 파생효과가 매우 크고, 로봇 기술력을 반드시 필요로 하는 분야이다. 그림 54에서 보인 바와 같이 교통류 및 차량 등을 감지하는 노상교통설비와 여러 가지 교통정보를 송수신하는 교통통신장비, 그리고 고 속전철 및 자기부상열차 등의 진보된 철도 시스템, 항만 내 물류이동 기반인 Combi-road System, 그리고 이것을 통합 관리 제어하는 ITS 종합설비는 각 요소에서의 핵심기술 및 핵심부품의 기술력이 그 효용성을 좌우하며, 기존에 알려진 기술의 적용 또한 많은 연구를 필요로 한다. Intelligent Trans portation의 개발은 산업적 파급효과와 부가가치가 지대할뿐만 아니라 국가의 경쟁력을 좌우하는 기반시설로 그 기능을 충분히 할 수 있어, 이 기술의 개발 적용이 절실하다[92, 99]. - 141 -
Market S-Curve Development 130,000 억원 70,000 ITS 시장규모 (한국) 도로 항만 지능화 물류 2001 2005 2010 2020 무인 통합 물류 시스템 항공 물류 항만,도로,철도 지능형 통합 물류 < 그림 57> Intelligent Transportation의 시장증가 추이 제안하는 사 업 및 기술개발의 개념 및 특 성 지능형 기계 기계기술에 있어서의 미래 발전방향의 하나는 기계의 지능화 기술이다. 즉, 인 공지능(AI: Artificial Intelligence)를 보 유 한 자율화 기계나, 인간과의 대 화 가 가능한 또는 인간이 보다 사용하기 쉬 운 영 리 한 기계로의 발전 이 예 측되고 있다. 지능화 기계란 아직도 학술적으 로 명 확 한 개념 이 정 립되 지는 않았지만, 과학 소설에 많이 등장하는 인간에 유사한 기능을 갖는 지능 로 봇 에서 그 개 념 을 상상해 볼 수 있다. 지능화 기계의 기본개념은 그림 55 에 보인 바와 같이 인간이 갖고 있는 감각기능, 지식과 경험, 의사결정기능, 대 화 기능과 같은 지적기능을 기계에 부여함과 아울러 이러한 지적기능을 종 래 의 운 동기능과 합쳐 기계전체의 시스템을 최적으로 구성하는 시스템 기술 인 것이다. 다시 말한다면 인간의 모든 생산활동 기능을 기계에 대체토록 하 고자 하는 기술인 것이다. 이와 같은 지능화기계로는 지능화 로봇, 지능화 공작기계를 비롯하여 생산 자동화시스템의 각 구성기기에 서 많 은 사례를 찾 아 볼 수 있으며, 장래에는 대부분의 기계로 확 장되 어 나 갈 것이다. - 142 -
<그림 58> 지능화 생산시스템의 개념도 현재 NC 공작기계에서 추구되고 있는 지능화 기능을 살펴보면 가공조건의 자 동설정, 공구 경로의 자동설정, 감시, 진단을 위한 참고 정보의 생성, 각종 센 서 로부터 얻는 감지기능, 감지된 신호에 의한 감시, 진단과 복구 기능, 지식베 이스와 의사 결정 기능 등이 연구되고 있다. 다음 그림 56은 NC 공작기계에서 구현될 것으로 기대되는 지능화 개념의 구성도이다. 자동 CL Data 생성 절 삭 부하 자 동 조 정 센 서 융 합 절 삭 상 태 감 시 Intelligent Machine Tool 지능화 공구 학습 제어 공구마 모 자 동 보 정 열 변 위 예측 보 정 < 그 림 5 9 > 지능화 공작기계의 구성 개념도 - 143 -
지능형 차 량 지능 차량로봇 (IVR: Intelligent Vehicle Robot)은 자체적으로 진행 방향을 변경할 수 있는 자동 조향 기능을 갖고 기계적인 유 도 방식 이 아 닌 주행경로 를 자동적으로 인식/계획/생성하여 최적 경로를 따라 주행하는 무궤도 자율주 행 차량에 로봇개념이 적용된 것을 말한다. 외부의 지령 (배차 지령)을 수신하 여 유도 경로를 따라 특정 지점까지 주행하여 운반물의 적재/이재 작업을 자 동적으로 수행하는 장치이다. 즉, 무인 운반차량에 Microcomputer를 내장하여 주행, 자동 적재/이재 작업 등의 기능을 수행한다. 차량 본체에 수작업이나 자 동으로 화물을 적재, 또는 그 대차를 견인해서 지정된 장소까지 자동 주행하 고, 수동 또는 자동에 의해 운반물을 내리게 하는 무궤도 대차를 말한다. 즉, 그림 57에서 보면 넓은 의미로서 무인 자동화된 견인차량/크레인, 포크리프트 등이 이에 속하며 통칭해서 지능 차량로봇이라 한다. 첨단 기술의 발전에 따 라 등장한 무인 자율 주행 차량으로서, 자체의 지능과 동 력 원으 로 이 동 하는 차량 로봇을 말하며 주로 물류 및 이동 자동화에 사용되는 시스템이다 (표 37 참조). 지능 로봇 개념도입 기존 AGV 기 존 Crane 기존 차량 Autonomous Mobile Robot Intelligent Handling Robot Intelligent Vehicle 생산성과 효율성을 위한 지능형 물류 시스템 <그림 60> 물류시스템에 지능로봇 개념 도입 - 144 -
< 표 3 7 > 지능 차량로봇의 분류 차량로봇 분류 구성 장치 관련 주요 요소 기술 자율주행 로봇 (Autonom ous M obile Robot) - 경로 인 식 /계획 생성 장치 - 구동 제어 장치 - 무선 통신장치 - 자체 동력원 - 화상/레이저 기술 - 자동 스터링 제어 기술 - Navigation/ G PS 기술 - 지능/예측 제어 기술 지능 핸 들링 로봇 (Intelligent H andling Robot) - 핸들링 장치 - 경로 인 식 /계획 생성 장치 - 구동 제어 장치 - 무선 통신장치 - 자체 동력원 - 화상/레이저 기술 - 자동 고속정밀 제동 기술 - Anti-Sway 제어기술 - Navigation/ G PS 기술 - 구동 부 지능/ 예측 제어 기술 지능 차량 (Intelligent Vehicle) - 경로 인 식 /계획 생성 장치 - 제동 제어 장치 - 차량 안전 시스템 - 하이브리드 에너지 장치 - 고속 무선 통신장치 - 화상/거리센서 기술 - Navigation/ G PS 기술 - 다방향/크랩 구동 메카니즘 - 충격 완화장치 - 구동 부 지능/ 예측 제어 기술 지능형 교 통 시 스 템 노상교통설비는 레이저, CCD 카메라, GPS, 전자식 중량계, 바이오 센서, 적외선 카메라 RF ID 등의 다양한 센서들을 활용하여, 교통류, 차량중량, 차 량 주행 상태, 승차인원, 차량 종류 등을 감지하는 시스템으로 종합적인 Intelligent Transportation에 필요한 정보를 제공하는 기초 기술이 다. 그 림 58 에 나타나 있듯이 기존의 상업용 통신설비와 도로 및 노변에 설치한 Beacon 과의 근거리 및 원거리 통신 시스템을 구축하는 교통 통신 장비는 무선으로 차량의 정보를 송수신하고, 노변과 차량과의 통신으로 자율주행에 이르는 기 반을 확보하고, 각 차량에서 현재위치의 교통영상을 전송하는 시스템과 통합 관리국에서 수신된 정보를 분석한 결과를 각 차량으로 전송하는 교통 정보 송수신 시스템 등으로 구성되어 있다.표 38에 있는 바와 같이 고속전철 및 자기부상열차의 고속화, 경량화, 안전화 등을 추구하는 Advanced RailRoad System, 항만 내 물류이동의 자율화를 목적으로 하는 Combi-road system은 차량 무선통신 장치와 차량 주행, 제동, 조향장치 등의 개발이 필요하며, 관 련 시스템 핵심부품의 국산화도 시급하다. 각 서브시스템의 정보를 종합관리 분석하는 ITS 종합설비는 네트워크 기술, 통신 설비, 차량 제어기술 등을 활 용하여 궁극적인 지능형 자율교통 시스템의 관리제어를 담당하게 된다. - 145 -
< 그림 61> Intelligent Transportation 요소 <표 3 8 > Intelligent Transportation 로봇기술로서 기술적인 개발이 필요한 분야 Intelligent Trans portation 노상 교통 설비 교통 통신 장비 구성 장치 관련 요소 기술 -교통류 감지 장치 -감지센서기술 -차량 중량/주행상태/승차인원 -실시간 영상 처리 기술 감지 장치 -바이오 센서 응용 기술 -차량 종류 감지 장치 -센서 융합 기술 -영상처리장치 -교통정보 송수신 장치 -RF 무선 통신기술 -무선 식별 장치 -형상인식 및 캘리브레이션 -노변 차량간 통신 장치 -네트워크 및 비콘 -영상 송수신 장치 -무선 식별 ID 프로토콜 ITS 종 합 설비 Advanced RailRoad Sys tem C om bi- Road Sys tem -종합교통관리제어 장치 -자동 검사/단속 장치 -고속 추진 장치 -부상 장치 -차량 진단 시스템 -지능형 제동 장치 -자동주행 제어 장치 -차량 무선 통신 장치 - 분산 지능 제어 -정밀 추적/검사 장치 -지상/차상 제어 기술 -경량화 분산식 추진 기술 -부상/안내력 겸용기술 -고속 견인 전동기 기술 -원격관리 제어반/ 실시간 최적제어 -고속 안전 제동 기술 - 정지물 체/ 이동 물 체 감지기술 - 원격 조 작기/ 지능형 제어기 -다중주행로 감지 기술 - 146 -
주 요 선 진 국의 육성정 책 및 기술동 향 지능형 기계 생산라인의 자동화 기술분야 (FMS, FA)에는 CAD/CAM/CAE를 이용한 설계자동화 기술, 모니터링 및 인터페이스 기술을 이용한 공정제어 및 감시/ 진단기술, 조립/검사기술, 물류 운반자동화 기술 등이 포함된다. 통합시스템 기술분야로는 1980년대 들어 기술의 한 축을 차지하고 있는 FMS기술에 정 보기술의 영향을 받아 현장중심의 자동화 기술에서 판매 및 경영정보, 생산 관리의 통합화 기능을 컴퓨터에 의해 통합하는 컴퓨터통합 생산시스템 (CIM)기술이 지금까지 주도하며, 제조업의 기술도입 및 이전에 필요한 경 영 정보시스템, 기술정보시스템, 생산관리시스템 등이 이기술범위에 포함되고, 이들 기술의 통합을 담당할 데이터베이스 기술, 네트워크기술 개발 등이 요 구되고 있다. 그러나 90년대 들어 통합시스템 기술에도 그림 59에 도식된 생 산자동화의 세대진보처럼 단순한 정보통신 차원을 넘어 진단 및 보정기술 등의 지능화 기술, 센싱 및 실시간 지식베이스를 활용한 고정도, 생산성 향 상 기술과 인간존엄성을 고려한 기술이 도입된 지능형 생산시스템 (IMS)기술 이 향 후 개발수요를 주도할 것으로 사료된다. <그림 62> 생산자동화 기술의 세대진보 - 147 -
선진국의 경우 자동화 관련기술의 개발이 약화된 제조업의 경쟁력을 회복 시킬 수 있는 절호의 대책으로 보고 기술보급을 위한 정책지원을 강화하고 있으며, 표 39에 제시된 주요 기술개발사례처럼 정 부 주 도 로 기술개발이 이 루어지고 있다. 선진국의 지능화기술분야에서 추구하는 기술체계도를 보면 지능형 생산시스템에서 거론되는 기술환경 방향과 함께 자동화 요소기술, 자 동화 및 시스템 기술, 기계지능화 및 자율화기술과 복합화 및 일체화 기술로 크 게 세 분하여 기술개발방향을 설정해 놓고 있다. < 표 3 9 > 선진국의 주요 지능형 기계관련 대형 프 로젝 트 구분 프로젝트명칭 (주관기관) 특징(목표 및 내용) 예 산 기 간 일본 IM S(통 산성/ IROF A) MAP(GE) 현재기술의 표준화, 체계화, 지능화 차세대 고도생산시스템 개발 Top-down방식으로 CIM접근 시스템 통합을 위한 Architecture 및 요소제 품의 상품화 추진 10억$ 90-99 - - 미국 AM RF(NIST) F M S/CIM 관련 기술(로봇, Cell제어, 물 류 자동화, 시스템 통합기술 등)연구 - - NIIIP(TRP/ IB M 외 ) Virtual Enterprise를 실현시키려는 프 로젝트로 Open Industrial S/W 프로토 콜 개발 등을 연구 - 96-2005 (1 단계) E SPRIT (E C/ ESPRIT위원회 ) 정보처리 기술고도화(시스템 설계기 술, 지식공학, 고도시스템 아키텍쳐, 신호처리기술 개발) 8억$ (1 단계) 83-87 (1 단계) 87-92 (2 단계) -중소기업의 기술력 향상을 위한 생 유럽 BRITE (EC/BRITE위원회) 산기술개발 -의복, 제화, 선박, 금형 등의 CAD 17억$ (2 단계) - /CAM 및 C IM기술 개발 EUREKA (EC/EUREKA위원회) - 기업경쟁력 제고를 위한 첨단기술 개발 -정보처리, 로봇, 유전공학, 신소재, 통신, 레이져분야 미래형 공장연구 70억$ - - 148 -
특히 메카트로닉스기술의 결정체라고 할 수 있는 CIM기술의 구현에 장애 요인으로 남아있는 정보시스템의 통합과 이 기종간의 접속을 효율적으로 하 기 위해서 정보 및 통신 프로토콜의 표준화에 대한 기술개발이 이루어지고 있 다. 그 대 표 적인 연구가 NIIIP프 로젝트이다. NIIIP (National Industrial Information Infrastructure Protocols) 프로젝트는 전사적인 레벨에서 유사 혹 은 동종의 제조 및 공급자를 위한 Open Industrial Software Protocols를 개발하 고자 미연방정부의 승인 하에 구성된 협동연구단체로서 최종 목적은 효과적 이고, 전사적으로 경쟁력을 갖추는 Virtual Enterprises"를 실현시키려는 프 로젝트이다. 본 프로젝트는 1996년 착수하여 연구기간을 1 단 계 10년 계획 하에 그림 60 에 제시 된 것 처럼 크게 4개의 Sub-project로 구성되어 Government's Technology Reinvestment Project (TRP)의 재정지원 (6천만$-1차년도) 하에 18개 산 학 연 연구기관으로 구성되어 진행되고 있다. NIIIP프로젝트의 대표적인 목 적 및 목표를 열거하면 다음과 같다. - 미국 내 제조업의 상호보완적이며, 통합분산적인 Computing Environment 을 지원하는 개방적, 표준화에 기초한 Software Infrastructure Protocol를 실현 - NIIIP Reference Architecture 제시 및 Virtual Manufacturing Enterprise 실행 - Com merical & D efense Enterprise의 Pilot Plant를 통한 시스템 구현 - Virtual Manufacturing Enterprise를 구현할 수 있는 components와 tool 개발 - Software vendors, 시스템 통합자, end users를 통한 NIIIP기술의 적용/확산 등 Electronic Commerce Technologies Distributes Collaborative Engineering Product/Process Data Driven Manufacturing Outsourcing Over Nll Virtual Enterprises SMART NIIIP Integration EDI & Internal System Technical Data Exchange NIIIP AMMPLE SHIIP Electronic Data Interchange (EDI) < 그림 6 3 > NIIIP 프로젝트의 개념 및 구성도 - 149 -
지능형 차 량 - 미국에서는 1950년 대에 Barret Electronic사에서 최초로 개발을 시작하여 지속적인 발전을 거듭한 결과, 1969년 스웨덴에서 최초로 무인 운반 차량 을 공장에 설치하였고, 1978년 대에 유럽에서는 첨단기술을 도입하여 물류 배송 센터에 Computer On-Line의 무인 운반 차량 시스템을 도입한 이래 물류용 무인 운반 차량의 시장이 급증하였다. - 일본에서는 1965년에 미국과 기술 제휴로 申 鋼 전기가 일본 최초로 무인 운반 차량을 제작하기 시작하여 세계 최대의 공장용 무인 운반차량 생산 국이 되었다. - 유럽 공동체에서는 프로메테우스 (PROMETEUS)라는 공동프로젝트를 진행하고 있는데, 주로 차량의 자율주행 시스템 개발에 역점을 두고 있다 (그림 61, 62 참조). 미국에서는 IVHS (Intelligent Vehicle Highway System)개발을, 일 본에서는 ASV (Advanced Safety Vehicle) 개발을 위해 산학 연계를 통 해 활발한 연구를 수행하고 있으며, 1996년 3월 제1기 5개년 계획 연구성 과 보고회와 ASV 시제차 16대의 발표회가 있었다. 미국은 도로수송 효율화 법 안 (ISTEA - 1991년 제정)에 근거하여, 1992년부터 연방도로관리국 (FHWA) 를 중심으로 공공의 교통관리 기관, 국내외 자동차 전자 기기 관련 기업, 방 위 산업 관련기업 및 대학연구소 등 수 많은 기관들이컨소시엄 (NAHSC)를 설 립하여 연구 개발을 하여 왔다. <그림 64> 초코렛 칩 혼합 드럼 리프트 지그탑재 형 무인 운반 차량 (Netherlands, Egemin BV) <그림 65> 300Kg 섬유 롤 측면 적재용 무인 운반 차량 (Spain, Puig Codina) - 그림 63과 같이 항만용 무인 운반차량을 설치하여 운영하고 있는 항만은 - 150 -
네덜란드의 ECT 항이며, 싱가포르의 PSA 항에서는 차량 테스트를 포함한 항만의 자동화에 대해 연구개발을 지속적으 로 추 진 하고 있 다. 필요한 장비 들은 독일의 MDF (Mannesmann Demag Fördertechnik) 및 Kamag사, 그리고 일본 의 MES (Mitsui Engineering & Shipbuilding)에서 생산되어 공급하고 있다. 이들의 원천기술은 MDF가 보유하고 있으며, 장기적으 로 현재의 기술보다 개량 발전된 기술로 향상시키기 위하여 이론을 바탕으로 한 보다 체계적인 기술의 개발이 필요하다. <그림 66> ECT 항만 적용사례 세계 유명 항만의 컨테이너 처리량은 1위 홍콩에서부터 싱가폴, 카오슝, 로테르담, 다음으로 부산이 5위를 차지하고 있다. 이들은 해마다 평균 15% 가량 증가하는 실정이다. 또한 국내에서는 부산항 이외에도 광양항을 포함하 여 2011년까지 1,922/1,887 만 TEU/년 (화물량/처리능력)을 계획하고 있 는 실정이며, 항만 내의 물류 흐름의 효율성 및 처리능력 향상을 위하여 항만용 무인운반차량과 무인 핸들링 시스템의 도입이 시급한 실정이다. 네덜란드는 이미 항만 무인 운반차량을 도입하여 화물처리량의 향상과 이윤의 극대화를 추진하고 있으며, 세계 10대 항만들도 무인 운반차량을 도입하여 항만의 자 동화를 추진할 계획이다. 이에 따라 발빠른 무인 운반차량 제작기술의 습득 은 기술력 수출에 의한 외화 획득에 커다란 기여를 할 것으로 본다. 따라서 무인 운반차량 메카니즘의 개발은 자동차 및 중장비의 설계능력을 활용하고, 또한, 외국의 개발사례를 분석한다면 충분히 앞선 기술의 개발이 이루어질 것으로 생각된다. 향후 신항만 건설에 도입 채택되어진다면 항만용 무인 운반차량의 국산화는 국내의 기술로서 개발되 어 수입대체 효과가 클 것으로 생각된다. 또한 항만 외의 공항이나 기타 분야에서도 활용할 수 있는 기술로 발전시킬 수 있다. - 151 -
지능형 교 통 시 스 템 냉전체제의 종식과 함께, 구미국가에서는 교통분야가 첨단정보화기술의 핵 심 적 수요처로 부상하였고, 미국, 유럽, 일본 등 선진외국에서는 80년대 중반 부터 정부주도로 민,학,연,관이 공동참여하여 intelligent transportation 기술 개발을 범국가적으로 추진하고 있다. 미 국 [95] - 연방정부 교통성 주관 하에 산 학 연의 ITS America를 중심으로 추진 하고 있다. - FAST-TRAC에서는 SCATS, Ali-Scout의 노선안내시스템을 중심으로 교통정보를 수집, 처리하는 시스템을 개발하였다. Path finder시스템은 교 통상황 지도를 표시하고, 운전자가 스스로 선택하도록 하는 방식을 로스 앤젤레스에서 시험하였고, NAVICAR 시스템은 CD장치, 음성서비스, 비 디오 맵, 도로 안내, GPS 등을 활용하여 교통정보를 사용자에게 알려주 는 것으로 Florida에서 시험하였고, Trav TeK Advance시스템은 현재위 치, 최적 노선 제안, 호텔 정보 등을 음성으로 알려주는 것으로 Chicago 교외 간선지역에서 서비스하고 있다. - RBDS, STIC 등의 FM 부산송파 송수신 시스템으로, 교통전용방송을 연 구하였다. 또한 이동전화를 이용하거나 TRS를 이용한 교통정보 전송에 관한 연구를 추진하였고, 양방향 저속 데이터 전송용 OmniTRACS 시스 템을 이용하여, 위성정보 송수신 시스템을 상용화하였다. - 분산제어기법으로 실시간 신호변경을 하는 OPAC시스템을 개발하여, 현 장테스트를 거친 상태로, 차량인식 및 추적, 자동요금 징수 등의 기술을 확보하였다. - 1992년부터 연방정부 주도로 NMI를 구성하여 본격적으로 자기부상열차에 대한 연구를 수행하였고, 3.3Km의 시험트랙, 각종 시뮬레이션 및 설계를 위 한 프 로그 램 개발, 시험장치, 전자파 환경시험 등의 환경을구성하였고, 벡텔사, Grumann 항공사, Foster-Miller사, Magne Plane사가 각각 초전도반발식, 초 전도/상전도 병용식 등의 개념 설계를 완료하였다. 일 본 [97] - 건설성, 통산성, 경찰청, 운수성 등 관련부처의 주관으로, 산 학 연의 VERTIS/IMC를 중심으로 추진하고 있다. - 152 -
- 노상교통 설비로 ATCS 시스템은 초음파 센서를 이용하여 주요 교차로 를 제어하는 시스템을 구현하였다. AMTICS 시스템, CACS 시스템, RACS 시스템은 교통상황 지도를 표시하였을 때, 운전자가 노선을 선택 하도록 하였고, 팩스 음성 수신 등이 가능하며, 노차간 정보를 교환할 수 있는 것으로 오사카에서 운행중이다. - 자동차 탑재용 위성방송 수신용 이동체 안테나를 시험 제작하였고, 무선 식별 (IDRF) 스마트 카드 등을 이용한 제품을 개발하고 있으며, DARC 시스템과 같은 FM 부반송파 송수신 시스템도 개발되었다. - 광역신호제어 및 정보를 제공하며, 중앙에서 제어하는 ATCS 시스템을 개발하 여 시험운영을 하였다. 차량 검지, 자동요금 징수 등의 요소기술을 확보하였고, 수출단계에 와 있다. - 자기부상열차로 중저속용으로 상전도 방식의 HSST모델, 초고속용으로 초전도반발식의 MLU 모델을 개발하여 90년대 초반까지 시험운행을 하 였으나, 1997년 MLX-01 모델을 야마나시 시험선로에서 개발하여 시 속 550km/h를 달성한 바가 있다. - 일본 고속전철은 동력분산식 차량을 선택하였고, 차체의 경량화 및 전장 품의 경량화를 이루어 효율적인 운영이 가능하도록 하였다. 신칸선 700 계의 가장 큰 특징이 에너지 절감형 고속전철이다. 유 럽 [96, 98] - 유럽공동체 EU주관으로 산 학 연의 ERTICO 중심으로 추진되고 있으 며, 자동차 대상의 PROMETHEUS와 도로시설 및 관련 정보 통신 시설 확충에 관한 DRIVE로 나누어 진행되고 있다. - 노상교통 설비로, Euro-Scout는 비콘에 여행 및 대기시간을 전송하여 노 선안내정보를 제공하고 있다. 영국에서는 Auto Guide 시스템을 런던에서 시험운행 하였는 데, 운전자에게 최적노선을 직접 안내하였으며, 독일 뮌헨 에서도 비슷한 시스템을 운행 중이다. - RDS 시스템으로 FM 부반송파 송수신 시스템을 구현하였고, 이동전화를 이용한 교통정보 송수신에 관한 연구, 자동 과금 시스템, 노변 차량간 통 신 장치 개발 등을 활발히 진행하였다. - 영국은 SCOOT 시스템을 1983년부터 운행중인 데, 실시간 신호변경을 구현 하였다. 이탈리아의 UTOPIA 시스템은 분산제어시스템의 계층구조를 개발 하였고, 프랑스의 PRODYN 시스템도 비슷한 구조로 첨단신호시스템으로 첨단교통관리 시스템을 구현하였다. - 153 -
- 자기부상열차에 관해 독일은 1969년부터 본격적인 연구개발을 시 작 하여 1984년에 도시형인 M-Bahn 모델을 베를린에 실용화한 바 있으며, 최근에는 고속모델인 Trans rapid- 0 7 모델의 실용화 준비를 완료하였다. 영국은 세 계에서 가장 먼저 자기부상열차를 1984년에 상용화 모델로 버밍햄 공항 내 셔틀로 사용하였다. - 독일 고속전철의 특징은 추진시스템으로 4상한 PWM 컨버터와 PWM 인버터로 구성되는 전력회로이며, 동력분산식을 채택하였다. 프랑스는 현재, TGV NG 모델로 magnetic induction brake를 추가하였고, 6개의 동력차 를 사용하며, 전동기를 개별제어하고, 알루미늄 차체를 이용하여 경량화 설계를 구현하였다. 국내현 황 지능형 기계 지능화 기계 기술분야를 대표한다고 할 수 있는 FMS, CIM기술 중 국내기업 이 필요로 하는 요소 기술을 열 거 하기 위해, 업종별로 조사한 자료 (그림 64)에 따르면 조립금속 제조업의 경우 CAPP 분야와 CNC, 로봇분야에서 높게 나타 났으며, 기계제조업의 경우는 CAD/CAM 분야, 전기 전자기기 제조업에서는 CAPP 분야와 생산관리 기술분야 등으로 조사되었다. 이러한 현상은 아직까 지 국내 자동화 산업이 공정자동화 기술에 중점을 두고 발전하고 있다는 것 을 실증하고 있으나 향후에는 점차적으로 하드웨어 중심의 기술발전에서 토 털솔루션을 요구하는 시스템기술과 소프트웨어 기술의 균형적인 개발을 필요 로 할 것으로 예측, 보고되고 있다. <그림 67> 국내기업이 필요로 하는 메카트로닉스 요소기술 - 154 -
현재 국내에서는 NC 공작기계에 지능화 기능을 부가한 공작 기계는 생 산되 고 있 지 아니하며, 학술적인 연구로는 G 7 첨단생산시스템 과제에서 일부 공 작기계의 지능화와 관련된 연구를 추진하고는 있으나, 공구파손 검출, 열변형 보정 등 일부 제한된 범위 내에 그치고 있으며, 본격적으로 기계에 지능을 부 가할 수 있는 기술에 대한 연구는 아직 이루어지고 있지 못한 실정이다. 우리 나 라 공작기계기술의 기술수준을 선진 외국과 비 교 하여 보 면 표40과 같이 표 현할 수 있다. < 표 4 0 > 공작기계 요소기술별 기술력 수준의 비 교 주 요 기 술 국가별 기술수준 비교 일 본 독 일 미 국 한 국 제어기술(CNC ) 지능화 기술 고속화기술 복합화기술 신소재/난삭재 가공 고정밀/고강성 위에서 살펴 본 바와 같이 우리나라의 공작기계기술은 선 진 국에 비 하여 비 교적 열세에 있으며, 그 중에서도 특히 제어기술 즉 CNC 제어장치는 90% 이 상을 해외에 의존하고 있는 실정으로 특히 취약한 부분이라 할 수 있다. 더욱 이 이러한 제어장치 기술을 토대로 한 지능화 기술은 미국이나 일본에 비하 여 매우 뒤떨어진 분야가 되고 있다. 앞으로 공작기계의 성능이 하드웨어적인 부분에서 벗어나 소프트웨어의 성능에 의하여 좌우될 시기가 온다면 국내 공 작기계 산업은 세계 시장에서 경쟁력의 열세를 벗어나지 못할 우려가 있다. 지능형 차 량 대부분의 국내 무인 운반차량 제조업체는 주로 공장 자동화에 적용되는 소형 (10톤 이하)를 제작하고 있다. 소형에 대해서는 자체적으로 기술개발을 하여 선 진국에 근접한 기력을 확보하고 있으나, 대형 (10톤 이상)에 대해서는 아직도 기 술력을 확보하고 있지 못하고 대부분이 유럽에서 수입하여 사용하고 있다. - AMS (Advanced Machine System) 제조회사는 주로 공장 자동화에 적용 되는 소형 무인 운반차량을 생산하고 있다. 생산하는 종류와 크기는 다음 그림 65~68과 같다. - 155 -
<그림 68> 공장 물류 이동용 무인 운 반차량 (300Kg 이하) <그림 69> 공장 물류 이동용 무인 운 반 차량 (500Kg 이하) <그림 70> 공장 물류 이동용 무인 운 반차량(2~5톤 이하) <그림 7 1 > 공장용 무인 운반 차량 (5톤 이하) - E LogiPlus 제조회사에서 생산하는 무인 운반차량으로는 무인운반차, 무인 견인차, 무인 지게차 등이 있으며, 또한 기계조립라인, 가공라인, 물품이송 라인, 자동창고, 유연 생산 시스템 (FMS) 등에서 공정간 물류 이송이나 자 동 창고 내의 물품운반을 위하여 사용되는 것을 생산하고 있으며, 근래에 는 병원 등의 산업현장 이외의 지역에서도 사용되며 주문을 받아 생산하고 있다. 60년대 말 스웨덴에서 처음으로 개발된 이래 70년대 후반에 접어들 어 구미, 일본에서 사용이 늘어나기 시작하였으며 국내에는 80년대 초에 소개되기 시작하였다. 초기에는 주로 수입에 의존하였으나 지금은 외국사 와의 제휴 및 자체 개발을 통한 공급이 이루어지고 있다. 사용에 따른 장 점으로는 자동화에 따른 인력의 감소와 생산성의 증가, 품질의 향상 및 작 업 환경의 개선을 들 수 있다. 무인운반차량은 탑승 운전자가 필요 없어 유지관리비용이 낮은 반면 장비가격이 일반 지게차보다 높아 초기 투자비 용이 상대적으로 크므로 작업여건 (2교대 등의 작업부하, 작업장의 안전성 확보 등), 요구품질 및 전반적인 경제성 관점에서의 도입여부를 판단함이 필요하다고 본다. 무인 운반차량의 구성요소는 본체, 주행장치, 제어장치, - 156 -
전원공급 장치 등으로 구성되며, 일반적으로 전자유도 제어방식이 사용되 나 전자 테이프 반사방식, 레이저 빔 유도방식, 영구자석방식 등 다양한 유 도방식이 사용되고 있다. 이들 유도방식은 자유로운 경로 설정이 가능하므 로 주변 시스템과의 연결 및 확장이 쉽고 프로그래밍에 의한 작업 모드 수 정이 용이하다. 창고하역 및 보관작업을 위한 무인지게차는 도입초기에는 자사의 기술과시 및 홍보차원에서 해외전시회 등에 자주 소개 되었고 근자 에 이르러 운반하역 자동화를 위한 창고물류 관리시스템의 일부로서 도입 응용되고 있으나, 아직 시장수요는 제한적이라 하겠 다. - 금성자동화 회사는 물류 자동화를 더욱 편리하게 하는 무인 운반차량과 체 계적이고 효율적인 물류 흐름의 조절 및 처리 능력을 가진 시스템을 생산 하는 제조회사이다. 그림 69~70에서 보듯이 무인 운반차량은 바닥에 매설된 유도선을 따라 지정된 위치에 운반물을 이/적재하며, 다양한 반송 조건에 따라 이/적재 장치를 적절히 대응할 수 있도록 하고 있다. <그림 7 2 > 무인 운반 차량 (금성자동화 社 ) (1) < 그림 7 3 > 무인 운반 차량 (금성자동화 社 ) (2) - 신흥기계 주식회사는 그림 71과 같이 자동창고시스템의 가장 큰 장점인 좁 은 공간에 많은 보관물을 안전하고 효과적으로 보관할 수 있도록 하는 무 인 운반 차량을 생산하고 있다. 여기에 운반 자동화를 위한 장치, 관리를 위한 컴퓨터시스템 등의 자동화 기기를 연계하여 시스템의 효율을 극대화 시킬 수 있으며 보다 쾌적한 작업환경을 이룩할 수 있다. 50,000개가 넘는 초대형 시스템까지 다양한 산업분야에서 국내 최다수의 실적을 보유하고 있으며, 어떠한 고객의 요구에도 부응하는 시스템을 공급하고 있다. - 157 -
<그림 74> 무인 운반 차량 (신흥기계 社 ) 국내 연구로는 한국과학재단의 연구과제가 몇 몇 있 었 지만 개념 에 대 한 연구 수준에 머무르는 정도이다. 지능형 차량의 알고리즘에 관해서는 차량 의 충돌 위험감지 및 경보 시스템에 대한 개발을 위해 레이저 및 초음파를 이용하여 장애물을 감지하는 시스템의 연구가 있 었 지만 관련 된 기구부의 메카니즘인 Axle Assembly Module, Power Pack Module 및 Energy Pack Module에 대한 상품화 및 Know-how의 축적은 거의 이루어지지 않은 상태 이다. 그리고, 항만용 운반차량은 대형 Tractor와 마찬가지로 일반 Dies el 엔 진 을 동력원으로 활용하고 있으며 제어하기가 용 이 하도 록 유압을 이용하는 것이 핵심기술 중의 하나이다. 이러한 시스템은 현재 산업용 장비에만 활용 되어지고 있지만 운반차량용 장비에는 채택되지 못하고 있다. 국내에서는 이러한 기술에 대한 연구는 거의 이루어지지 않고 있으며 또한 시스템도 개발이 이루어지지 않고 있다. 따라서, 대형 자동차, 중장비의 Chassis 기술 및 산업용 운반차량의 개발기술 등을 중심으로 하여 연구하여 야 필요성이 있다. 국내 무인 운반 차량 제조 기술력은 대부분이 공장 자동화용 혹은 자동 창고용 소형(10톤 이하) 차량에 집중되어 있으며, 이것은 기술적 난이도가 비 교 적 낮은 단계의 기술을 필요로 하기 때문이 다. 그리고, 국내 시장이 비 교적 확보되어 있는 상태이기 때문에 시장 개척에 어려움이 없기 때문이다. 공장과 창고 자동화 기술의 발전과 더불어 소형 무인 운반차량의 지능화 기술은 지속적으로 발전이 되고 있으며, 또한 신뢰성 확보도 이루어지고 있 다. 앞 으 로 지속적인 연구개발을 하면 국제 경쟁력을 확보하기에 충분한 여 건이 갖추어져 있다. 문제는 지속적인 연구개발에 의 한 기술력 확보이며, 대 부분 업체가 중소기업이기 때문에 연구개발 비 용 과 인 구인력을 확보하지 - 158 -
못하고 있는 실정이다. 대형 (10톤 이상) 무인 운반 차량은 관련된 핵심 부 품이 국내 생산이 되지 못하고 있기 때문에 국내 생산이 어려운 상황이나, 최근 일부 업체에서 자체적으로 생산 기술력을 확보하기 위해 노력을 하고 있다. 그러나, 관련 핵심부품은 외국으로부터 수입하여 사용하고 있다. 표 41에서 보듯이 대형 무인 운반차량에 대한 기술의 경쟁력은 핵심 부품을 값싸게 확보하는 데 달려 있으며 아직도 소형에 비해 지능화 기술력은 전 혀 확보가 되어 있지 못하고 있다. <표 41> 선진국과의 대형 무인 운반차량 기술수준 비 교 주요 핵심기술 국가별 기술수준 비교(완성도:100%) [대중량 운반차량 : 10톤 이상] 일본 독일 네델란드 한국 자율주행 제어기술 50 80 100 50 주행 환경 인식기술 50 60 80 50 차 체 설 계기술 90 100 80 80 구동메카니즘 설계기술 90 100 80 70 무선 통신기술 70 90 100 70 안전/진 동 제어기술 70 90 90 60 동력원/에너지 기술 100 100 100 80 지능형 교 통 시 스 템 1994년 SOC 주관으로 건설교통부, 경찰청 공동으로 ITS 국가 기본계획을 수립하였고, SMART CAR 프로젝트가 G7과제로 추진되었다. 신신호 체계를 도로교통 안전협회 주관으로 1994년 개발하였고, 한국도로공사 주관으로 고속 도로 교통관리체계를 개발하였다. 국내의 교통정보 수집은 주로 루프 센서에 의존하고 있으며, 다양한 지능형 감지 기술개발이 요구되 고 있 다. 정 부에 서 국가 G IS 계획을 수립하여, 수치 지도 작 성, 첨단교통체계 핵심요소 기술을 개 발하였고, 업계에서 GPS를 이용하여 Navigation System을 개발완료 하였으 며, 삼성전자에서 Smart Card를 개발하였다. 진보엔지니어링에는 차량추적시 - 159 -
스템을 개발하였다. KBS에서 RDS를 이용한 교통방송을 하고 있으며, 현재 상용 이동통신 단말기를 통한 교통정보 안내 서비스가 시행되고 있다 (표 43 참조). 기타 통신 장비에서는 국내의 기반 기술이 취약하다. 표 42에서 보는 바와 같이 첨단 대중교통 시스템이 미비하고, 교통방송의 내용도 정체구간 안 내, 교통사고 안내 등의 초보적인 수준이며, 첨단교통관리 시스템을 외국에서 도입하여, 국내 기술 이전이 부실하다. 차량검지, 화상인식, 시스템통합 등의 핵심기술은 선진국에 비해 낙후되어 있다. 한국형 고속전철을 개발하기 위 해 산 학 연의 연구결과로 견인전동기로 1100KW급의 3상유도전동기를 국산화 기술로 개발하였고, 최신 개발소자인 IGCT를 채택한 PWM 컨버터와 PWM 인버터로 구성되는 전력변환장치를 국산화하였다. 이후, 통합시험을 통해 계 속 국산화를 이룩할 예정이다. 자기부상열차는 도시형 자기부상열차 UTM모 델을 현재 개발중이며, 제1호 시험차량이 한국기계연구원 내에 서 시운전된 바 있다[92, 93, 94]. <표 42> 선진국과의 지능형 교통시스템 기술수준 비 교 주요 핵심기술 국가별 기술수준 비교(완성도:100%) [Intelligent Trans portation] 일본 미국 유럽 한국 감지 센서 기술 70 80 90 30 실시간 영상처리 기술 70 70 80 70 바이오 센서 응용기술 50 50 50 40 무선통신 기술 70 80 80 70 네트워크 시스템 기술 70 90 80 70 고속견인/부상 기술 90 70 95 50 정밀 제어/분산 제어기술 90 80 90 80-160 -
<표 43> 지능형 교통시스템 (ITS) 개발과제 현 황 [ 80 ] 개발과제 비고 ITS구축을 위한 초음파 교통량 검지기 기술개발 '98.12 GPS와 무선통신을 이용한 구간 소통정보산정 기술개발 '98.12 구간별 운행시간 산정을 위한 차량인식기술개발 '98.12 노측별 정보제공을 위한 인간공학적 UI 및 표시기술개발 '98.12 무선통신망을 이용한 다기능 안내정보판 개발 '98.12 도로와 차량간 상호정보교환을 통한 자율주행기술 및 인터페이스 개발 '98.12 DGPS를 활용한 교통정보기술 RFID를 활용한 차량인식기술 진행중 초음파 등을 이용한 첨단검지기술 진행중 3차원 그래픽을 통한 ITS용 시뮬레이션 기술 진행중 도로와 차량간 RF통신을 이용한 속도제한 경보시스템 기술 진행중 Hybrid Neuro-Fuzzy모형을 이용한 실시간 여행시간 추정용 자료합성기술 개발 '98.12 혼잡패턴 분석을 이용한 지능형차량 통행시간예측 모형 개발 '98.12 자동차량 위치측정기법 (AVL)을 이용한 버스의 실시간 운행관리 알고리즘 개발 '98.12 AVL시스템을 이용한 버스운영관리 및 이용자를 위한 버스정보시스템 개발 '98.12 도시교통류 미시적 시뮬레이션 모형의 개발 교통소통상태판정 알고리즘 개발 '98.12 우회전략도출 및 우회정보내용 판단기법 개발 진행중 실시간 도로운행상황 판단 및 정보제공 알고리즘 개발 진행중 종합여행정보제공 기술 개발 진행중 긴급차량 파견 알고리즘 및 S/W개발 진행중 도시고속도로축 통합 최적제어 모형에 관한 연구 '98.12 퍼지시스템에 의한 고속도로 유고응답 모형에 관한 연구 '98.12 자동과속단속시스템이 교통류의 특성에 미치는 영향에 관한 연구 '98.12 ATIS적용을 위한 동적 통행모형의 응용에 관한 연구 '98.12 교통류 분산유도시스템의 데이터특성, 경로유도방식 및 통신체제 연구 '98.12 저가 AVI를 활용한 도시고속도로 통행시간 산정 알고리즘 연구 '98.12 소음검지기를 이용한 교통신호등 자동제어 기법 개발에 관한 연구 '98.12 교통정보 및 DGPS 보정신호의 효율적인 전송을 위한 FM부반송파 특성에 관한 연구 '98.12 무선망을 이용한 실시간 교통정보 지역별 전달 알고리즘에 관한 기초연구 '98.12 스마트카드의 국내적용평가 '98.12 개인 휴대전화를 이용한 버스노선 정보제공용 사용자 인터페이스 설계를 위한 연구 '98.12 삼차원 이미지 센서를 이용한 실시간 차종분류에 관한 연구 '98.12 동 영상의 실시간 처리에 의한 차량속도의 계측에 관한 연구 '98.12 항법용지도단말기의 차량 위치좌표 보정 및 궤적추적알고리즘에 관한 연구 '98.12 무선데이터 통신망을 이용한 실시간 화물운행정보 관리방안에 관한 연구 '98.12 무선통신을 통한 화물차량에의 물류정보 제공기법에 관한 연구 '98.12 위험물차량관리를 위한 노선 위험도 평가 및 CVO 적용방안에 관한 연구 '98.12 실시간도로주행 정보처리용 화상보드의 아키텍쳐설계 및 검토에 관한 연구 '98.12 인터넷을 이용한 실시간 교통정보의 획득 및 활용기반 구축에 관한 연구 '98.12 주파수 분석을 이용한 실시간 교통정보 인터넷 영상전송압축 기술개발에 관한 연구 '98.12-161 -
발전 전 망 및 기대 효 과 지능형 기계 지능화 기계의 발전은 메카트로닉스 기술의 발전선상에 놓여 있다고 볼 수 있으며, 메카트로닉스기술의 소프트웨어기술과 하드웨어기술의 복합체로 구성 된다. 그림 72에 제시된 바와 같이 메카트로닉스의 융합화 과정은 50년대에 종래의 메카니즘을 위주로 한 기계에 일렉트로닉스를 첨가하여 제어기능을 부가하는 것으로부터 시작되어 7~80년대 와서는 기계와 전자 그리고 소프트 웨어 기능이 복합화되어 기계의 고성능화, 다기능화로 진전되었으며, 90년대 이후에는 이 세가지가 일체화된 구조로 발전되어 왔다. M: Mechanics, E: Electronics, X: Software <그림 75> 메카트로닉스의 융합화 과정 아울러 기계의 기능적 측면에서 볼 때는 그림 73의 공작기계의 발전추이 에 서 제시된 바와 같이 단순제어기능의 부가에 서 출발하여 21세기에는 컴퓨 터를 응용한 학습 판단 등 이른바 지능, 자율성을 갖는 기계 로의 발전이 이 루어지고 있다. 이와 같이 지능 자율화 기술이 전개되면서 과거 60년대의 기 전 일체화 중심의 기술전개 시기보다 소프트웨어 및 시스템 기술의 비중이 점차 높아져 왔으며, 앞으로는 기계제품의 우열이 기계가 갖 고 있는 지능 의 우열에 의하여 결정되게 될 것이다. 人 力 機 械 動 力 機 械 아나로그/ 기계식제어 ( 메커니즘) NC 機 械 디지탈제어 (N C 서보)(액츄에이터)(세서) 고능률화 고속화 고정밀화 운동제어의 고속화 다기능화/ 복합화 시스템화 適 應 制 御 工 作 機 械 ( 평가함수/ 구속조건)(센서) 知 能 化 工 作 機 械 ( 지식정보처리)(통신기능) 가공 프로세스의 최적화 신뢰성의 향상 가공정보의 처리 가공의 최 적화 경험적 지식의 활용 학습에 의한 제 어의 고도화 미리 결정돤 바에 따라 가공하는 기계 자율적 의지결정에 따라 가공하는 기계 <그림 76> NC공작기계의 발전 추이 - 162 -
또한 이러한 지능화 기술은 NC 공작기계와 로봇 등 단위기계의 지능화 를 토대로하여 생산시스템 전체의 지능화가 추구되고 있으며, 이러한 생산 자동화의 진보 동향은 그림 74에 보인 바와 같다. Software Advanced Subjects Future Subjects Generalized Subjects II. Machine Intelligence with Knowledge-intensive Type CIM of AI Type CAD/CAM with Expert System Maintenance Technology with Experts System CIM Ex. Analysis of Thinking Way/ Pattern of Mature Designer / Engineer CAD/CAM CNC Machine Tools NC Machine Tools Micro-interpreter III. High Operability I. Multiple-function/compact Ex. Intelligent Machine Machine Tools compatible with FMS Generalized Subjects Advanced Subjects Future Subjects Hardware <그림 77> 지능화 가공 시스템 기술의 발전 동향 지능형 차 량 첨단 지능화기술의 발달과 함께 물류산업의 성장이 지속적으로 이루어질 것이며, 이에 따라 이들을 필요로 하는 시장은 더 욱 급 변 하게 성장을 하게 될 것이다. 이에 대한 지능 로봇 적용 기술과 정보화 기술도 함께 발전하게 될 것이다. 지능 로봇 개념을 첨단 물류시스템에 적용함으로서 물류 시스템 의 생산성 및 효율성을 증대시켜 물류비용 절감, 양질의 물류 서비스 등을 통 해 고 부가가치 산업인 물류산업을 활성화시켜 국가 경쟁력 향상 및 동북 아 물 류 및 정보 거점 국가로 발전될 것으로 기대 가 된 다. 세 계 최고의 물류 선진국인 네델란드와 국내 산업환경을 비교할 때 연구개발에 국가적인 투 자 를 할 경우 충분히 경쟁력을 확보할 수 있는 분야이다. 지능형 교 통 시 스 템 첨단 자동화기술의 발달과 마이크로프로세서 기술의 성장이 지속적으로 이루어질 것이며 로봇 기술 발전의 기반이 되는 시설 및 물류관리 시스템도 함께 발전될 것이다. 지능형 물류 시스템을 기반으로, 기존의 도로교통과 항 만, 항공을 연결하는 시스템으로 통합될 것이며, 차세대 물류 시스템으로 지 - 163 -
능형 자동차, 고속 전철, 고속 대형 항공기와 결합되어 발전할 것으로 예상 된다. 기술이 점차 발전하면서, 현재의 물류가 대부분 도로교통에 의존하지 만, 점점 고속 전철과 같은 철도의 비중이 커지고, 나아가 2020년 이후에는 항공물류 수송이 주를 이루어 발전할 것이다. 지능형 교통 관제 시스템은 도 로, 항만, 철도, 항공으로 통합될 수 있는 표준을 가지고 발전될 것이다. 정 보 화 기술과 결합하여, 첨단 정보화 기술의 핵심 수요처가 될 것 으 로 기대 된 다. 교통시설 운용의 효율성 증대로 인한 국가 경쟁력 향상 및 대기오염 감 소, 교통 혼잡 감소, 교통사고 예방 등의 기대가 예상된다. Products Technology Roadmap (Intelligent Machines) [정보화단계] [지능화단계] [자율화단계] 지능화공작기계 지능형공작기계[도입단계] 지능형공작기계[실용화단계] 지능형공작기계[고도화단계] 지능화NC 선반 지능화NC 선반(2축) 지능화NC 선반(복합가공) 지능화머시닝센터 지능화머시닝센터(2-3축) 지능화머시닝센터(3+축) 지능화가공시스템 지능형가공시스템[도입단계] 지능형가공시스템[실용화단계] 지능형가공시스템[고도화단계] Intelligent Turning System Intelligent Turning System Intelligent Machining System Technology Intelligent Machining System(TC+MC) 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 가공정보자동생성기술 상태감시진단기술 가공경로/가공조건자동생성기술(2D) 절삭부하/공구마모/파손/절삭상태감시진단기술 진동상태의인식기술 가공경로/가공조건자동생성기술(3D) 감시진단자동복구기술 정도예측보정기술 열변형예측및보정기술(TC) 공구변형예측및보정기술(MC) 열변형예측및보정기술(MC) 지능화공구기술 센서융합기술 지능제어기술 공구경로제어오차예측및보정기술(TC) 선삭용지능화공구 센서융합/신호처리 PC-NC응용적응제어기술 선삭가공경로/조건자동제어기술 공구경로제어오차예측및보정기술(MC) MC용지능화공구 다기능복합화센서 PC-NC응용지능제어기술 학습제어기술 MC가공경로/조건자동제어기술 Inprocess Measurement 지능화기반기술 선삭가공정도/가공면품위측정기술 AI 응용기술/Knowledge Base 기술 MC 가공정도/가공면품위측정기술 시스템화기술 선삭가공시스템통합제어및 기계군Network화기술 MC가공시스템통합제어및Network화기술 < 그 림 7 8 > 지능형 기계 기술개발 TRM - 164 -
Technology Roadmap (Intelligent Vehicle) Products [정보화단계] [지능화단계] [자율화단계] 자율주행로봇(AMR) 경로인식/계획장치 구동제어장치 통신장치 동력원 지능핸들링로봇 경로인식/계획장치 구동제어장치 통신장치 동력원 핸들링기구/구동부 지능형차량 경로인식/계획장치 제어장치 고속통신장치 제동제어장치 항만/공장용[도입] 물류기지/사무실/병원용[실용] 유도선/ Transponder/초음파 레이저/카메라/DGPS/Navigator 유공압/AC/DC 모터 CAN/Wireless LAN/무선 디젤/배터리 항만/공장용[도입] 항만/공장용[실용] 유인/유도선/레일 카메라/GPS/Navigator 수동/카메라/PID PID/지능제어 CAN/Wireless LAN/무선 CAN/RF무선통신 디젤/DC/AC 모터 로프/스프레더 Arm/스프레더 안전차량시스템[도입] 차세대지능형차량시스템[실용] 거리센서/카메라 Radar/카메라/GPS 속도/제동/조향제어장치 CAN/RF 무선통신 CAN/RF 무선통신 기계식/유압제동장치 유압/마그네틱제동장치 RF/CAN/무선통신 물류/건설/군사용[성숙] 적외선카메라/GPS/Navigator 초음파/DC/AC 모터 항만/공장용[성숙] 카메라/GPS PID/지능/예측제어 CAN/RF무선통신 레이저에너지공급장치 Arm/Gripper 무인차량시스템[실용] MMW/카메라/GPS/Navigator 지능형속도/제동/조향제어장치 RF 무선통신 지능형제동장치 하이브리드에너지장치 전기자동차/저공해장치 연료전지/고용량축전지 연료전지 Technology 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 센서응용기술 화상센서기술 레이저기술 MMW레이다기술 복합센서융합기술 자동탐지기술 제어/인식기술 자동인식기술 자동추적기술 힘제어기술 실시간통신기술 주행/메카니즘 주행제어기술 구동메카니즘기술 파워/연료 고효율에너지기술 2D 화상기술 3D 화상기술 3D 스캔기술 3D 스캔+ VR 기술 MMIC 설계/제작기술 송수신/신호처리 지형/물체등록기술 적외선+CCD+레이저융합기술 이동물체/장애물탐지기술 이동물체/환경인식기술 이동경로추적기술 적외선+CCD+레이다융합기술 화상+레이다+ GPS 융합기술 다중이동물체/장애물탐지기술 다중물체/환경인식기술 다중이동경로추적기술 지능힘제어기술 화상/데이터PTP 무선통신기술 화상/데이터고속통신기술 복합제어기술 예측/지능제어기술 경량화/훨구동메카니즘기술 다방향/크랩구동메커니즘기술 저공해/고효율에너지기술 안전성/고속충전공급기술 다중물체/환경/피아인식기술 다중이동경로/피아추적기술 자율힘제어기술 화상/데이터실시간통신기술 자율/지능/예측통합제어기술 자유방향구동메커니즘기술 경량화/능동저장매체기술 < 그 림 7 9 > 지능형 차 량 로봇 기술개발 TRM - 165 -
Technology Roadmap (Intelligent Transportation) Products [정보화 단계] [지능화 단계] [자율화 단계] 노상 교통 설비 교통설비 설치 및 정보화[도입기 단계] 교통 설비 지능화[실용화 단계] 교통 설비 자율제어 [성숙기 단계] 교통류 감지 시스템 레이저 스캔너 장치 CCD 카메라 및 레이더 장치 레이저 스캔너/CCD 카메라/레이더 혼합 장치 차량 중량 감지 시스템 기계식 중량계 계측 장치 전자식 중량계 계측장치 전자식중량계/RF ID 장치 차량 주행상태 감지 시스템 CCD/GPS 통합장치 GPS/GIS 응용송수신장치 GPS/GIS/상업용 통신설비 장치 승차인원 감지 시스템 차량종류 감지 시스템 CCD 카메라 및 신호처리 장치 바이오 센서 시스템 CCD/RF ID 장치 적외선 카메라/실시간 신호처리 장치 CCD/적외선/RF ID 시스템 교통 통신 장비 교통 통신 장치 설치[도입기 단계] 교통 통신 장비 지능화[실용화 단계] 교통 통신 장비 통합 제어 [성숙기 단계] 교통 정보 송수신 시스템 RF/CDMA 송수신 장치 RF ID/IMT2000 시스템 IMT2000/Network 통합솔루션 무선 식별 시스템 IR/Beacon 송수신장치 RF ID 시스템 Network/RF ID 통합시스템 노변/차량간 통신 시스템 교통 영상 정보 송수신 시스템 RF/Beacon 송수신장치 CCD/RF 송수신시스템 RF ID/Beacon 송수신장치 CCD/IMT2000 통합시스템 Network/IMT2000 시스템 Satellite 감시/RF ID 송수신장치 ITS 종합설비 ITS 종합설비도입[도입기단계] ITS 종합설비활용[실용화단계] ITS 종합설비자율제어 [성숙기단계] 종합 교통관리 시스템 차량 단속 시스템 자동교통제어 시스템 Advanced Rail Road System Network제어기/Traffic제어기 CCD/IR 시스템 IR/RF/Beacon 장치 육상 물류 이동[도입기 단계] Network/IMT2000 시스템 Network/Remote Control 시스템 Bio/원격추적/RF ID 송수신시스템 Remote Control/RF 장치 Network/Remote Control 장치 육상 물류 이동[실용화 단계] 육상 물류 이동[성숙기 단계] 고속 전철 시스템 자기부상열차시스템 고속 추진 장치 열차진단/네크워크 시스템 GPS/GIS/차상 컴퓨터 시스템 부상/추진/제동 장치 도시형 설계/고속 부상 추진 장치 안전시스템/차량진단시스템/네트워크장치 Combi-Road System 항만 내 물류 이동[도입기 단계] 항만간 물류 이동[실용화 단계] 물류기지간 이동[성숙기 단계] 차량 주행/제동/조향 제어장치 GPS/유압장치/DC 모터장치 카메라/GPS/마그네틱시스템 GPS/GIS/카메라/DC 시스템 차량 무선통신 장치 CAN/RF 무선통신시스템 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 <그림 80> 지능형 교통시스템 기술개발 TRM Technology 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 감지 센서 기술 접촉상태 측정 거리,토크측정 불량 시계 감지 센서 영상 처리기술 2D 실시간 영상처리 알고리듬 3D 화상 패턴인식 운영 제어기술 실시간 데이터 처리기술 정밀제어기술 원격 제어기술 힘제어기술 협조 제어기술 지능 제어 기술 분산 지능제어 본산 통합 지능제어 기술 병렬처리 신경제어기 서보기술 최적제어 정밀추적시스템 기술 인간형학습제어기술 주/종조작기술 서보제어기 운동평가 가상현실 응용 원격제어 시스템 기술 보상 제어 기술 아날로그 토크 콘트롤러 다중 협조제어 기술 디지털 하이브리드 콘트롤러 주행기술 주행로 감지기술 다중주행로 감지기술 다중 주행로 최적 선택 주행 기술 장애물 회피 기술 정지물체/이동물체 감지기술 정지물체/이동물체 회피 기술 복잡한 동적 환경에서의 장애물 회피기술 통신네트워크기술 상용통신/네트워크연계기술 ITS 통합통신표준/개체간연계기술 위성/네트워크/지역/개체간통합제어 시스템 진단 제어 기술 지상제어/차상제어 기술 차상 컴퓨터 기술/안전도 진단 기술 네트워크 제어/ 원격 제어 기술 고속 추진/부상 기술 경량화/분산식 견인 추진 기술 부상 및 안내력 겸용 기술/ 고속 견인 전동기 기술 고속 안전 제동 기술/경제성 향상 <그림 81> 지능형 교통 시스템 공통핵심기술개발 TRM - 166 -
2. 3. 1. 4 NT, B T와 의 연계용 마 이 크 로 및 나 노 로봇 개 요 전 세계적으로 마이크로/나노 로봇 분야는 아직 뚜렷한 정의가 내려지지 않 은 신생 분야로서 특수한 목적을 위하여 개발되어지는 로봇의 새로운 분야의 하나이다. 이러한 마이크로/나노 로봇의 정의를 내린다면 3가지 정도로 이야기 할 수 있다. 첫째로, 조작 대상의 크기가 마이크로/나노 사이즈일 경우이다. 즉 우리가 작업하고자 하는 대상, 예를 들어 마이크로 사이즈의 부품이나 나노 사 이즈의 분자 등을 다루고자 할 때, 사용되는 로봇을 마이크로/나노 로봇이라고 정의한다. 둘째로, 로봇의 사이즈가 마이크로/나노 사이즈일 경우이고 탑재된 부품들이 마이크로/나노 기술에 의하여 제조된 부품들로 이루어진 경우, 그리 고 세번째는 구동기의 정밀제어정도가 마이크로/나노 레벨일 경우이다. 1980년대 말 이후 기존의 반도체 제조 공정이 발전하면서 더욱 정밀한 가공 및 페터닝 기술이 기반이 된 반도체 공정을 이용한 극미세 전자 기계 시스템 (Micro Electro Mechanical System) 기술이 도입되어 시장이 큰 압력센서나 가속도센서 등 자동차용 부품의 대량생산을 위한 연구가 추진되었고 개발이 완료되어 자동차에 탑재되고 있다. 이러한 MEMS 기술의 발전은 초소형 마이 크로/나노 부품의 개발을 가능하게 하고 있으며 이러한 부품을 탑재하여 특수 한 환 경 하에서 작업 및 조사가 가능한 마이크로/나노 로봇의 개발을 가능하 게 하고 있다. 특히 바이오 및 환경 분야의 MEMS 소자의 응용은 독자적인 시스템 자체의 시장이 워낙 커 많은 투자가 이루어지고 있으며 이러한 시스템 을 마이크로/나노 크기의 로봇에 탑재할 경우 기존의 매크로 로봇이 수행 불 가능한 아주 좁고, 복잡한 특수한 환경, 즉, 인 체 내와 같 은 환경에 특별한 수 술이 필요 없이 인체 내에 삽입이 가능하게 하여 다 양 한 기능을 수행 할 수 있 게 할 것으로 기대할 수 있다. 또한 각종 마이크로/나노 센서를 탑재한 다양한 마이크로/나노 로봇은 수중이나 혹은 대기중의 오염원을 손쉽게 조사 할 수 있을 것이며, 특히 사람이 접근할 수 없는 특수한 상황에서도 용이하게 사용될 수 있을 것이다. M EM S 기술과 접목한 마이크로/나노 로봇 기술은 단순히 공학 분야뿐만 아 니라 의료산업, 생명공학 산업 등 다양한 분야에 적용되어 큰 파급효과, 많은 부가가치를 생산해 낼 것이라고 전망되고 있으며, 이와 더불어 마이크로/나노 - 167 -
로봇 분야의 산업화 필요성도 매우 높아지고 있 다. 따라서 본 연구에서는 이러 한 마이크로/나노 로봇을 개발하여 기존의 부품 으 로는 불 가능한 다 양 한 기능 을 수행할 수 있는 작지만 강력한 기능을 수행 할 수 있는 다양한 형태의 마 이크로/나노로봇을 개발하고자 하며 이를 이용하여 인체 내나 혹은 기존의 수 마이크론 이하의 크기를 다루는 생체분야에 응용하여 DNA나 혹은 셀 등을 조 작할 수 있는 신개념 로봇을 개발함으로써, 바이오 메디칼 분야, 환경분야, 식 품, 의약 분야 등 인간의 복지와 환경과 같은 삶의 질 향상에 이바지 하고자 한다[101]. 바 이 오 메 디 칼 응 용 마 이 크 로 로봇 [ 1 0 2 ] - 시스템 크기 1 mm 이하, 운동 제어 범위 sub-micrometer인 외형 및 운동 특징을 가지며 혈관 내 이상을 진단하고 약물 주입, 이 물질 제거의 기능을 수행하는 로봇 제작 - 신경 보철 시스템 크기가 10 mm 이하, 신경 신호를 전달 받아 신체의 운 동을 돕는 관절 로봇의 크기가 100 mm 이하이며, 보조 장치를 이용한 신 체 운동 제어 범위 10 mm 이하인 운동 제어 특징을 갖는 인조 생체 신경 로봇 제작 - micro/nano 운동제어 범위를 가지는 조작기구, 이들 운동을 원격 제어하기 위한 제어 기술, 이들 운동을 확인하기 위한 비전 시스템으로 이루어진 바 이오 조작 시스템 제작 - micro/nano 크기의 생체에너지를 이용하기 위한 시스템, 약물 주입 및 검 사를 할 수 있는 lab chip 등이 탑재된 자족형 생체 칩 제작 환 경 응 용 마 이 크 로 로봇 - 수 mm 수 cm 크기로 대기 및 수중에서 오염원을 감지 할 수 있는 로봇 제작 - 수 mm 수 cm 크기로 자연에서 쉽게 분해되는 재료를 이용 자연친화적인 마이크로 로봇 제작 (1회용으로 특정분야 응용 후 회수하지 않 고 버리더라 도 쉽게 분해되어 스스로 오염원이 되지 않는 로봇) 나 노 로보 틱 스 - 나노미터 단위의 운동 제어 범위를 가지며, NT (nano technology)를 기반 으로 한 SPM (s canning probe microscope)와 NSOM (near field scanning - 168 -
optical microscope)를 이용하여 나노미터 단위의 미세 구조체인 원자, 탄소 나노튜브, DNA strand 등을 조작함으로써 고기능성 나 노 구조체, 고기능성 전자 소자, 특성화된 DNA 등을 제작하는 기능을 수행하는 로봇 제작 제안하는 사 업 및 기술개발의 필요성 마이크로/나노로봇의 연구 배경 및 필요성을 바이오 메디칼, 환경 응용 마 이 크 로로봇과 나노로보틱스 분야의 각각에 대하여 살펴보면 다음과 같다. 바 이 오 메 디 칼 분 야 점점 늘어나는 심혈관계 질환에 관련된 질병의 치료 및 감지 장치의 개발 을 들 수 있다. 서구화된 음식, 산업 사회에서의 운동 부족, 흡연, 비만, 당뇨 병 의 증 가, 평균 수명의 연장과 노령 인구의 증 가로 인 하여 관상 동 맥 질환을 비롯한 동맥경화성 질환이 늘면서 심혈관계 질환이 국민 보건에서 매우 중요 해지고 있으며, 질병을 가진 채 살아가는 환자가 많아지면서 심각한 의료 문 제가 되고 있다. 표 44에 보이는 바와 같이 2020년에는 노인 인구가 현재의 약 2배에 이르며 이와 더불어 콜레스테롤에 의한 혈관 계통 질환 인구는 더 욱 늘어날 것으로 예측된다. 혈관 계통 질병의 대표적 예로는 동맥경화증이 있으며, 심장이 뛸 수 있도록 영양분을 공급하는 관상동맥의 질환은 생명에 큰 위협요소가 된다. 관상동맥이 콜레스테롤, 혈전 등에 의해 좁아지게 되면 협심증, 심근경색 등의 병이 수반되어 생명이 위태롭게 된다. 미국에서는 매 년 심혈관계 질환으로 25-50만 명이 사망하고 있으며 인구의 50% 이상이 콜 레스테롤 수치가 높은 위험군에 속해 있다. 또한 심혈관계 질환으로 발생하는 소요비용만 490억 달러에 이르고 있다. 이와 같은 위험 요소는 한국의 경우에 도 적용되어 순환기 계통의 질병으로 사망하는 경우가 전체의 25%를 차지하 여 사망률 중 가장 높은 비율을 차지하고 있다. <표 44> 노령인구 증가 추이 구 분 2000년 2010년 2020년 65세 이상 인구 337 만명 503 만명 690 만명 노년 부양비 10.0 % 14.2 % 18.9 % 자료: 생활시간조사에 나타난 국민의 생활모습, 통계청, 2000. 12[103] 주 : 노년부양비율 = (65세 이상 인구) / (15-64세 인구) x 100-169 -
현재 관상동맥 질환의 치료방법으로 약물 치료, 풍선요법, 관상동맥우회로술 등이 있으나 근본적인 치료보다는 임시 방편적인 치료에 가깝다. 게다가 수술 에 의한 치료는 위험요소가 많고 병이 재발할 가능성이 항상 있다. 관상동맥 질환의 근본적인 치료는 직접 혈관 내의 불순물을 제거하는 것이며, 이를 실현 하기 위해서는 혈관 내부를 자율적으로 이동할 수 있는 마이크로/나노 로봇의 개발이 필수적이다. 이 로봇은 혈액의 흐름을 방해하지 않으면서 자율적으로 혈관 내부를 이동하여 콜레스테롤에 의해 좁아진 관상동맥을 치료하는 역할을 수행할 것이다. 관상동맥 질환을 효과적이고도 간단한 방법으로 치료할 수 있 는 마이크로/나노 로봇의 개발은 매우 큰 의료 시장을 선점할 수 있는 기회를 마련할 것이다. 또한 관상 동맥 질환을 비롯한 다양한 유사 질환에 대해서도 적용이 가능하며, 중간 단계에 각종 관 (pipe) 내부를 다닐 수 있는 자율주행 로봇이 개발되어 산업적으로도 이용이 가능하리라 생각된다. 또 다른 예로는 예기치 않은 사고나 질환 등으로 인해 신체의 움직임에 장 애를 가진 사람들에 대한 보족의 장치로서의 응용을 들 수 있다. 표 45에서 보는 바와 같이 우리나라의 경우 2000년에 조사된 장애인구는 총 1,449 천 여 명에 이르며 이는 전 인구의 3.09 %에 해당하는 수치이다. 표 46에서 보듯이 다른 국가들의 장애인구도 우리와 비슷하거나 많아서 미국의 경우 약 7배에 이른다. 우리나라의 장애인구 중에서 지체 장애인구는 전 인구 대비 출현 율 1.35 %로써 전체 장애인구의 43.7 %를 차지한다. 지체 장애를 겪고 사람들의 대 부분은 다른 장애와 마찬가지로 후천적 원인 에 의 해 장애 가 유 발되었으며 표 47에서 보듯이 2000년에 96.3 %에 이른다. 이와 같은 수치는 이전부터 지 속적으로 증가하는 수치이며, 산업화에 따라 삶의 수준이 증가할수록 장애인 구는 더욱 늘어갈 것이다. 지체 장애 중에서 많은 경우 정상적인 뇌 및 신경 계의 작용에도 불구하고 신경 전달 경로가 끊기거나 마비가 되어 움직이기 어려운 상태이다. 이러한 경우에 뇌 및 척추에서 전달되는 신경신호를 이어서 수족에 전달해 주고 수족이 움직이는 데 도움을 주는 장치가 있다면 정상적 인 활동을 기대할 수 있게 된다. 구분 <표 45> 2000년도 전국 장애인 추정수 (단위: %, 천명) 1995년 2000년 계 재 가장애 인 시설장애인 계 재가장애인 시설장애인 장애인 수 1,053.5 1,028.8 24.6 1,449.5 1,398.2 51.3 구성비 100.0 97.7 2.3 100.0 96.5 3.5 출현율 2.35 3.09 자료: "2000년도 장애인 실태조사", 보건사회연구원, 2001[104] 주: 장애인 출현율 = (인구 100명당 장애인수) - 170 -
<표 46> 주요국의 장애 출현율 (단위 : %) 구분 한국 (1995) 한국 (2000) 일본 (1995) 독일 (1991) 미국 (1995) 호주(1993) 출현 율 2.35 3.09 4.8 8.4 20.6 18.0 자료: 장애범주확대방안 및 장애분류, 등급판정기준에 관한 연구", 한국장애인복지체육회, 1999[105] <표 47> 장애유형별 장애원인 (단위 : %) 구분 지체 뇌병변 시각 청각 언어 정신 신장 심장 장애 장애 장애 장애 장애 지체 장애 장애 계 선천적 원인 1.7 2.5 3.4 6.0 14.3 23.8 4.3 3.4 4.4 출산시 원인 0.6 4.1 1.1 1.4 10.5 12.2 0.0 0.8 2.3 후천적 원인 96.3 91.6 92.2 84.7 61.4 44.8 93.6 95.8 89.4 미 상 1.4 1.8 3.3 7.8 13.8 19.2 2.1 0.0 3.9 계 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 자료: "2000년도 장애인 실태조사", 보건사회연구원, 2001[104] 마이크로 로봇의 바이오 응용분야 중 RT를 활용한 bio-product의 자동화/ 생 산기술을 빼 놓을 수 없다. 예를 들어 동/식물의 복제자동화, 미세 생체재 료의 처리, 운반, 바이오 산업에서의 단순 반복적인 작업의 대체, 세포조작의 자동화와 대량처리기술, 축산물에 있어서 육종개량 등이 필요에 의하여 핵이 식작업에 관한 조작을 자동화한다. 공급된 세포의 보충, 보충된 세포의 자세 제어, 세포막의 특정위치에 천공을 한다든지, 불필요한 핵 을 제거 하고 새 로 운 핵을 주입, 융합전극의 고정, 융합된 세포를 끄집어내어 배양기에 운반하 는 등의 작업 등을 들 수 있다. 환 경 응 용 마 이 크 로로봇 분 야 마이크로 에코 로봇은 크게 3가지를 들 수 있다. 대기오염 및 수질 오염 방지를 위한 오염원 검사를 위한 응용 분야, 그리고 필요할 때 자연 친화적 인 재료를 이용한 마이크로 로봇을 제작 원하는 부위에 사용 후 쉽게 자연 으로 분해되어 되돌아가는 그린형 일회용 로봇을 들 수 있다. 마이크로 비행 체를 이용하여 정기적으로 특정 지역을 소리없이 비행하게 하여 탑재된 초 소형 카메라 시스템이나, 적외선 센서 어레이 등 감시장치를 이용하여 대기 오염 여부를 조사할 수 있다. 측정된 결과는 무선 송수신 장치로 기지 컴퓨 터 에 입 력 처리 가능하게 된다. 또 다른 형태 로 마이크로 물고기 로봇을 예 로 들 경우 좁은 관이나 혹은 특정 오염원에 노출된 지역에서 마이크로 - 171 -
TAS와 같은 분석시스템을 장착하여 수질을 분석 실시간으로 주 컴퓨터에 데이터를 저장함으로써 원하는 여러 포인트에 대한 수질 감시를 할 수 있고 오염원을 실시간에 감지 조치를 취할 수 있는 장점이 있다. Eco-robot은 아 직까지 존재하지 않는 terminology이며 굳이 번역하자면 환경로봇 혹은 사 용 후 처리할 수 있는 로봇, 또는 사용 후 버릴 수 있는 로봇 (disposable robots )이라고 정의하고자 하며 이를 위한 기술의 개발이 연구의 목표이다. 간략하게 설명하면 Eco-robot은 쉽게 만들 수 있고 그리고 없어질 수 있 는 로봇이다. 로봇이 만약 인간의 근육처럼 자신의 몸이 액추에이터임과 동 시에 또한 센서가 될 수 있다면, 그리고 이 로봇이 자연적인 환경의 순환사 이클에 포함될 경우 소멸과 생산의 과정을 되풀이 할 수 있다면 현재 고민 하는 많은 문제들이 일시에 해결될 수 있다. 미래에 생길 로봇으로 인한 공 해, 환경오염, recycling 문제, 인체 장기나 혈관내부를 대상으로 하는 로봇이 나 협소한 부분에 로봇을 투입해야 하는 배관검사로봇응용과 같은 경우에 있어서 투입된 로봇이 부패하여 없어지도록 한다면 혹은 망가질 경우 그냥 버리더라도 상관없게 된다면 로봇의 고장으로 인한 폐해나, 이를 다시 꺼내 서 수리해야 하는 번거로움을 덜 수 있다. 이와 같은 로봇은 부분적으로 인 간을 흉내낸다는 것 (mimetic)의 새로운 방법을 제시하고 있으며 개념적으로 아직까지 지구 상에 존재하지 않는 로봇이다. 물론 Eco-robot이 통 째 로 인 간 과 같이 되기까지에는 아직까지 극복해야 할 부분이 많다고 여겨지나 이와 관련되는 연구는 이미 다양한 분야에서 부분적으로 시도되고 있다고 볼 수 있 다. 예를 들 어 인공근육 (artificial muscle)에 관한 연구나 SDM (Shape Deposition Manufacturing), Polymer Actuator에 관한 연구 등이 이에 부분적 으로 기여를 할 수 있다고 생각되며 이들은 Eco-robotics에 충분히 채용이 될 만한 연구자원이라고 할 수 있다. Eco-robotics는 특정한 응용분야에 관 한 연구를 의미하는 것이 아니라 로봇을 제작하는 방법 혹은 기술을 뜻하는 것이며 따라서 이로부터 얻어질 수 있는 응용분야는 필요에 따라 다양하게 구체화 될 수 있다. Eco-robotics로부터 생겨나는 부산물로는 Macro/Milli/ Micro/ Nano size의 로봇을 망라하는 것이며 이에 관한 응용분야도 로봇, human-machine interface, planetary application, controlled weaving, active fabric, medical application, noise reduction, toys, animatrons, humanoid 등 RT에 관한 전반적인 분야를 포 함할 수 있다. Eco-robotcs의 핵심기술은 로봇의 재료, 설계 및 가공기술을 들 수 있 다. 재료에 있어서는 injection molding이나 one-shot manufacturing이 가능한 고분자 계열의 재료가 가능성이 있으며 특히 이중에서 전기적인 자극에 의 - 172 -
하여 구동이 가능한 전기활성고분자 (Electro-active polymer)는 주목할 만한 재료이나 추후 새로운 재료의 등장을 기대하게 한다. 설계 및 가공에 있어서 Eco- robot은 기존 의 로봇제작 방식 과 전 혀 다 른 방법 을 채 택 하게 된 다. 예를 들어 많은 부품으로 구성되어 있던 지금까지의 로봇과는 다르게 하등동물처 럼 몸체가 구동기이며 다시 센서의 역할을 할 수 있는 로봇을 설계할 수 있 게 되 며 이를 한번에 찍어내어 로봇을 생산할 수 있 는 가능성이 생 길 수 있 으 며 이 는 가격 및 제작에 관한 로봇기술에 있어서 획기적인 변화를 가져올 수 있다. 또한 이와 같은 방식으로 제작된 로봇은 그야말로 휴지와 같이 일 회적인 용도로 사용할 수 있는 로봇이 될 수 있으며 새로운 로봇의 응용분 야를 만들어 낼 수 있다. 방재용으로 사용되는 로봇이나 군사용으로 사용되 는 감시로봇, 설비의 안전검사를 위한 검사로봇 등은 이들을 회수하고 다시 사용하기 보다는 적당히 역할을 해주고 그 이후에는 버리는 것이 가능할 수 있으며 혈관내부에 들어가서 치료의 목적이나 검사의 목적으로 사용되는 초 소형 로봇이라도 적당히 사용하고 수명이 지나면 배설이 될 수 있는 형태의 로봇이 필요하게 될 것이다. 이와 같은 아이디어를 구현할 수 있는 기술이 Eco-robotics이라고 할 수 있다. 제안하는 기술의 궁 극 적인 목표 는 물 론 로 봇을 개발하는 것이라고 할 수 있으나 단계적으로 개발되는 로봇의 요소부 품, 예를 들어 구동기나 센서 등은 기존 로봇에 사용되는 기술을 대체할 수 있 는 충 분한 가능성을 보여줄 수 있다. 나 노 로보 틱 스 분 야 나노 로봇의 개념은 앞에서 이야기한 바와 같이 스케일과 작동 범위, 정밀 도 등에 의하여 정의를 내릴 수 있지만 무엇보다도 나노 스케일의 조작이 가능한 분야를 주로 예로 들 수 있다. 즉 현재 연구되는 주된 분야의 하나인 나노기술 중 나노 바이오 분야의 생체 물질 검지나 혹은 구조 해석과 같은 바이올로지 분야 등 나노스케일 분석기술의 필요성이 증대되고 있다. 나노기 술은 1950년대 미국의 파인만 박사가 처음으로 제시한 후 MIT의 드렉슬러 교수가 분자 조립, 제어 장치를 실험실 수준에서 제작하면서 나노기술 개발 의 가능성을 현실화하였다. 그 이후 나노기술에 대한 연구는 세계 각지에서 개별적으로 진행되어 뚜렷한 성과를 보이지 못하고 있었다. 그러나 기술이 고도화, 정밀화되면서 나노기술에 대한 필요가 대두되었고, 현재 나노기술은 현재 기술의 장벽을 넘을 수 있는 technology breakthrouth로서 많은 연구소 및 학계에서 연구를 진행하고 있다. 나노기술에 대한 연구의 진행이 급속도 로 전 세계에 퍼지고 있어 시작 단계에서 전세계적인 경쟁을 직면하게 되었 - 173 -
고, 이에 앞 다투어 선진 각국에서 엄청난 인력과 자금을 들여 나노기술개발 에 투자하고 있다. 나노 기술은 항공우주, 생명공학, 환경에너지, 재료산업, 의약의료, 전자컴 퓨터, 보안안전, 과학교육 등 전 분야에 걸친 파급 효과를 기대할 수 있으나 아직은 가시적 연구 성과나 구체적 산업화 전략에 관해서는 아직 불투명한 상태이다. 그러나 미국, 일본, 유럽, 중국 등 해외 기술 선진국들의 연구 의 욕을 통하여 유추해 볼 때 기술의 중요성 및 투자의 필요성을 알 수 있 다. 이와 같은 나노 기술을 이용하는 데 있어 기반 기술 분야로서 나노 계측 분 야와 나노 가공 분야를 들 수 있다. 전자 기술, 재료 기술이 나노 수준에 이 르게 되면 제품의 제조 과정에 있어서 결함의 온 머신 (on machine), 인 프 로세스 (in process) 평가가 나노 수준에서 필요하게 된 다. 이 때 고감도, 고 정밀도, 고속 계측 기술의 확립을 위해 SPM (scanning probe microscope), NSOM (near field scanning microscope) 을 기반으로 한 고성능, 다기능 자 동 계측 시스템의 개발이 필수적이다. 나노 수준에서의 가공은 사진 묘화 작 업으로 이루어지는 탑다운 (top down) 방식과 원자분자 수준에서 물질을 제 어하여 조립하는 바텀업 (bottom up) 방식 으 로 나 눌 수 있 다. 이 와 같 이 시 스템의 가공이 나노 수준에서 이루어질 때 NSOM 장착 나노 시스템을 이용 한 국소 사진 묘화 작업과 SPM 장착 나노 시스템을 이용한 나노 단위 조립 을 이용할 수 있다. 또한 NSOM 시스템과 SPM 시스템을 통합한 나노 조작 로봇을 이용함으로써 나노 가공 기술을 한 차원 발전 시킬 수 있다. 이 로봇 을 이용하여 나노 단위의 DNA 및 단백질을 조작하고 합성함으로써 의료 및 생명 공학 분야로의 파급을 유발할 수 있다. 이는 나노 테크놀로지와 바이오 테크놀로지의 발달에 기여하고, 정밀화된 로봇 테크놀로지의 정밀화에 초소 형 로봇의 개발을 촉진할 것이다. 주 요 선 진 국 및 국내 육성정 책 및 기술동 향 B iom edical 응 용 분 야 심혈관 검사 및 치료를 위한 마이크로/나노로봇, 예기치 않은 사고나 질환 등으로 인해 정상적인 뇌활동에도 불구하고 움직임이 불가능한 장애인을 위 한 반도체 기술을 이용한 미세 신경 보철 장치 및 로봇 보행 기술을 응용한 마 이크로/나노로봇, RT를 활용한 bio-product의 자동화/생산기술 등 이 전 세 계적 으로 활발하게 연구되어 지고 있다. 그러나, 연구동향에서 보여주듯이 아직까 지 실제 혈관 내 이동이 가능한 크기로 구현 되 지는 못 하고 있 는 실정이다. - 174 -
초소형 로봇 [108] - Mini Autonomous Robot Vehicle-Sandia Natinal Laboratory, 1 inch 3 이내에 동력원, 센서, 제어기를 갖는 소형 로봇 1996년에 1 inch 3 이내로 개발하였으며, 2001년 1월에는 전자 패키징 기술, 구동 바퀴 설계와 몸체 재료의 개선 등을 통해 1/4 inch 3 이 내로 축소시킴 움직이는 속도는 20 inch/min 정도이며, 센서를 부착하여 훨씬 큰 로봇 이 하는 지뢰 탐지, 화학 및 생물 무기 탐지 등과 같은 군사 목적에 사 용될 것으로 기대 - Alice'99 (autonomous MINI 로봇): 22x20x19 mm 3 크 기의 로봇 (스 위 스 에서 개발) 이동속도 35 mm/s. 소형 건전지로 10시간 동작, 여러 용도에 맞게 여러 유 제품 개발 중 - 인체 혈관 유영 로봇-일본 도후쿠( 東 北 ) 대학의 이시야마 가즈시 교수 길이가 8mm, 지름이 1 미만의 (쌀알보다 작은) 자석을 사용한 인체 혈 관 유영( 遊 泳 ) 로봇을 설계 3D 자장( 磁 場 ) 공급 시스템과 조종 장치를 사용하여 이동 조절 - 인체의 혈관을 따라 가면서 환부를 추적하여 약을 투여하거나 종양을 파 괴하는 기능을 수행할 수 있을 것으로 전망 구조물 내부 탐사용 로봇 Toshiba Co. [109] - 직경이 10 mm인 파이프 안쪽을 움직이며 설치된 CCD 카메라를 통하여 무선으로 화상을 전송하는 시스템이 일본에서 개발 또한, 현재 국내외적으로 생명공학과 정보통신기술의 접합에 대한 연구 및 산업화 시도가 활발하게 진행되고 있다. 특히, 생물체처럼 스스로 생각하고 외부에 반응하는 바이오컴퓨터 개발 및 생물체와 컴퓨터를 결합하는 연구가 오레곤 대학 신경과학연구소에서 추진되고 있다, 2000년 11월에는 다중채널 신경활성도 측정기법을 이용하여 원숭이 뇌에 전선을 연결하여 로봇팔을 구 동시킨 예가 nature지에 개재된 바 있다. 이러한 연구는 선진국의 경우 1970 년부터 꾸준히 기술 투자가 이루어져 연구가 진행되고 있다. - 미국 듀크 대학: 생쥐의 뇌파신호 검출하여 자율동작에 사용하는 기술개발 - 영국 레닝 대학교 인공두뇌학 교수 케빈 워윅(Kevin Warwick): 1998년 자신의 팔에다 실리콘 칩을 삽입, 말초신경에 전달된 전기충격에 반응하여 - 175 -
컴퓨터에 신호를 보내고, 아내의 칩으로 신호를 보내는 실험 - 독일 튜빙겐대 닐스 비르바우머 교수팀: 1999년 두피에 전극을 연결한 뒤 생각만으로 컴퓨터 화면의 커서를 움직여 글자를 고를 수 있다는 것을 시 연했다. 척추 신경이 마비된 장애인들의 팔다리를 움직이게 하는 보조기구 에 적용되는 등 뇌파를 이용한 연구는 상당히 진척된 상태 환 경 응 용 분 야 환경 및 생태계를 탐사 및 기록할 수 있는 환경 감시 로봇, 환경 감시 및 군사용 목적으로 활용 가능한 곤충형 로봇 등에 관한 연구가 미 국을 중 심 으 로 활발하게 진행되고 있으며, 누수관 검사/보수 및 상수원 감시용 등으로 활용할 수 있는 마이크로 물고기 로봇이 일본을 중심으로 활발하게 진행되 고 있다. 또한 환경 친화적인 부패성 재료를 이용한 액츄에이터를 이용한 로 봇응용 연구가 다각적으로 연구되어지고 있다. M icrob at - Caltech M icromachining Laborotary (그림 79 참조) - 전체 무게 10.6g이며 아직은 비행 시간이 5~8초 정도로 짧은 수준 - 소형 모터에의해 날개가 구동되며 3.0g의 소형 배터리로 구동 전원을 공급 Black Widow -AeroVironment Inc (그림 80 참조) - 전체 무게 42g, 크기 6 inch - 시속 43마일로 22분 비행 가능 - 건착식 유니트에서 버튼을 누르면 발사됨 - 소형 카메라 장착, 고글을 통하여 영상 데이터를 볼 수 있음 <그림 8 2 > Caltech Micromachining Laborotary의 MicroBat <그림 8 3 > AeroVironment Inc의 Black Widow - 176 -
MicroSTAR - Lockheed Martin (그림 81 참조) - 무게가 85g(3 온스), 길이가 15.2 cm - 정찰, 감시, 통신연락, 화생방 오염탐지등의 역할 개발 Flying Robotic Insect - Vanderbilt Center for Intelligent Mechatronics (그림 82 참조)[110] - 압전기의 출력을 단순 상하회전식으로 전환시켜 날개를 구동 - DC 전기모터 보다 고효율을 가지고 있음 <그림 84> Vanderbilt Center for Intelligent Mechatronics의 Flying Robotic Insect <그 림 85 > Lockheed M artin의 M icrostar F uk uda (Nagoya U niv.) - GM A (G iant M agnetostrictive Alloy), SM A, Piezoelectric Actuator 등 을 이용한 마이크로 수중 로봇 연구 - 최근 PZT 를 이용한 길이 50mm의 두개의 꼬리지느러미로 구성된 물고기 형태 의 Prototype 개발, 특성 평가를 하였다. Guo (Kagawa Univ.) (그림 83 참조)[111] - 최근 ICPF (Ionic Conductive Polymer Film)을 이용한 3 DOF (Horizontal Direction +Vertical Direction)의 Fish-like Microrobot의 prototype 개발 - 가로 45mm, 세로 10mm, 두께 4mm - 추력을 위한 두개의 꼬리 지느러미 (fin)과 수직방향의 이동을 위한 부력 조정기 - 빠른 응답성과 저전압 (약 1.5V) 에서 구동 특성 확인 - 산업용 (예: 파이프 검사 로봇)과 의료용 로봇 (예: 마이크로 외과수술로 봇)으로 활용하기 위해 개발 - 177 -
<그림 86> MicroFish-Guo (Kagawa Univ.) 나 노 로보 틱 스 분 야 나노미터 단위의 운동 제어 범위를 가지며, NT (nano technology)를 기반 으로 한 SPM (s canning probe microscope)와 NSOM (near field scanning optical microscope)을 이용하여 나노미터 단위의 미세 구조체인 원자, 탄소 나노튜브, DNA strand 등을 조작함으로써 고기능성 나 노 구조체, 고기능성 전자 소자, 특성화된 DNA 등을 제작하는 기능을 수행하는 로봇에 관한 연구 가 미국과 일본을 중심으로 활발하게 진행되고 있다[112]. Synthetic D NA 분자 구조물 제작 - New York University (Seeman 교수팀)에서는 1999년 1월, synthetic D NA를 이용하 여 제어 가능한 분자 구조물 시스템을 구성 - 향후 나노 단위의 로봇이나 분자 단위의 가공이 가능 할수 있다고 소개 초소형 초정밀 조립용 로봇 (MEMS 공정 부품 조립 및 Bio 공정용) - Nanorobot II 일본 동경대학 (Sato 교수팀)에 의해 1995년 개발 SEM (Scanning Electron Microscope) 챔버 내에서 비전시스템을 이용한 제어로 나노 단위의 작 업 수행 1 나노미터에서 1 마이크로미터 범위의 정밀도를 갖는 로봇 - 1 nm 이하 정밀도의 압전 소자를 이용한 3축 로봇을 개발 - Nano robot 스위스 Institute of Robotics (ETH-Zurich)에서1996년에 nano robot 이라는 명 칭으로 개발 비전시스템을 갖췄으며 현미경 화상을 보며 사용자가 원격으로 조절 - 178 -
가능 로봇은 독립된 세 축으로 구성되어 있으며 한 축의 끝에 MEMS 공정 으로 제작된 micro gripper가 부착됨 - 압전 소자와 전자석으로 구성된 초소형 로봇 2000년 일본에서 SEM 내부에서 마이크미터 이하의 정밀도로 자유로이 움직일 수 있는 초소형 로봇 개발 초정밀 가공에 적합. 두 로봇의 동시 구동으로 평면 이동이 가능 - MEMS 공정으로 가공된 초소형 부품 조립 시도 2000년 미국에서 MEMS 공정으로 가공된 초소형 부품을 초소형 구멍 (50 x 50μm 2 )에 끼워 넣는 조립 공정, 소형 부품간에 접착제로 부착하 는 작업과 소형 금속판의 구부림 작업 등을 시 도 - MINIMAN II 독일에서 2000년 개발된 MINIMAN II는 부피가 수cm 3 이고 압전 소자 로 구성된 5 자유도 로봇 현미경을 사용한 비전시스템으로 SEM 내부에서 작업이 가능 힘 센서가 있는 소형 집게로 20μm 크기의 쥐 뇌세포 조작 가능 국내 기술 현 황 국내의 경우 MEMS 기술의 보급이 늦은 만큼 나노/마이크로 로봇에 관한 연구도 초보 단계이고 응용 연구도 미약한 실정이며 KIST, 서울대, KAIST, 포항 공대 등 일부에서만 연구가 진행되고 있는 실정이다 B iom edical 응 용 분 야 캡슐형 내시경 - 지능형 microsystem 사업 지능형 마이크로 시스템 사업단 [102] 캡슐형 내시경의 체내 이동 메카니즘 개발 및 의료적 검증, virtual biopsy 비가시광 및 초음파센서, microfluidics, micro tool, 검출기 제작 및 분 리 분석 기술, 3D F abrication 기술 등을 개발 중 생체 모사 나노 구동 기관 (KAIST) [115] - 창의적 연구 진흥사업으로 진행 중 - 생체의 동작 원리를 본뜬, nano- scale의 움직임을 발생시키는 기관 연구 - 179 -
생체신호를 이용한 로봇시스템 기술 동향 - 자동, 반자동 의수족 개발: 대한의수족연구소 - KIST: 생체신호 이용한 원격 master arm - 한국재활공학연구센터: 대체 관절 개발 - LG산전, 삼성전기, 삼성전자: 소형전원장치 개발 생체신호처리 기술 동향 - 생체전기 측정기술: 외국기술과 동등 - 신호분석 기술: 외국기술에 4-5년 뒤떨어짐 - 서울대: 수동형 다채널 신경전극 개발 (1998) 환 경 응 용 분 야 KIAT-Korean Air (그림 85 참조) - 길이 및 너비 15.3cm, 높이 7.0cm, 무게 35g - 비행시간 25분, 속도 48km/h < 그림 8 7 > Korean Air의 KAIT 나 노 로보 틱 스 분 야 현재 나노로봇에 대한 연구는 전무인 상태이며, 기술적으로 태동기라 할 수 있다. 단지 나노 소자와 재료 개발에 치중하여 연구가 진행되어지고 있다. 나노/마이크로 로봇에 관한 연구를 위한 필요 기술 및 연구를 통해 개발 가 능한 제품 및 부산물을 요약하면 다음의 표 48, 49와 같다 - 180 -
<표 4 8 > 나노/ 마이크로 로봇연구를 위한 필요기술 및 개발 가능한 제품 및 부산물 개요 (1 ) 핵 심 기술군 요소 기술들 제품 및 부산물 제어기술 미세가공 및 제작 기술 재료(소재)기술 나노입자의 생성, 성장, 이동, 부착 제어 입자 온도제어 입자부착 및 부착 균일도를 위한 온도분포제어 미세운동 모델링 기술 자율운동제어 및 초정밀 이송제어기술 표면처리기술 미세 부품 제조기술 물리/화학적 센서 제조기술 미세영역 이동 장치 제조기술 식각( 蝕 刻 )공정기술 (etching기술) 도금공정기술 박막관련기술 패키징기술 복합재료 (적층판) 생 체 com patible 재 료 코팅 기술 마이크로/나노 로봇 미세 구동 액츄에이터 미세 센서 미세 이미지 센서 미세 발전기 TFT (Thin Film Transistor) 실리콘 가속도센서 미세 압전소자 Silica-Polymer 자성재료, 자기센서 바이오 기술 유전자분석 미세 약물주입 장치 제조 기술 혈관내 처치용 극 미 세 툴 단백질 침 무선송수신 기술 이 론, 설 계 및 해석기술 광학 기술 측 정 및 계측 기술 극미세 무선 송수신 칩 Optical Switch 기술 광신호 기술 미세 물리, 화학적 현상해석 미세재료의 물성 및 거동특성에 관한 연구 원자조작 (원자위치배열) 미세소자의 열, 유체해석 미세구조해석, 최적화 미세 센서 신호처리 optical biopsy (or virtual biopsy) 미약한 광원의 영상화 기술 M icro Optical cross connector 개발 Optical M icro Encoder 개발 미세소자 현상측정, 박막특성측정 MEMS 재료물성측정 기술 미소영역 열전도도 측정기술 관성센서관련기술 광네트웍 정보통신기기 광송수신 모듈개발 극미세 무선 송수신 장치 미세안테나, 미세필터 초소형 작동형 내시경 미세 광센서, 미세거울, 미 세렌즈, 광바이오센서 원자간력현미경 (AFM), 주사 전자현미경 (STM) 관성센서에 의한 차량제어, 차량항법장치, 차량진단 - 181 -
<표 4 9 > 나노/ 마이크로 로봇연구를 위한 필요기술 및 개발 가능한 제품 및 부산물 개요 (2) 핵 심 기술군 요소 기술들 제품 및 부산물 화학 기술 입자소결, 증착, 응축, 증발, 융합기술 Plasma Chemistry 미소에너지 활용 기술 미세분석 및 검출기술 데이터 저장 기술 극미소에너지의 생성, 처리, 분석, 표시, 저장, 검 색 및 전달 기능의 고성능화, 저렴화, 저전력소모 화 기술 극소량의 물질분석 극소량 유체시료의 운송, 제어, 분석 캔틸레버 배열을 이용한 data 저장 고밀도 원자간력 현미경을 이용한 data 저장기술 광저장기술 홀로그래피 광메모리연구 고집적 HDD Head 개발 미세전지 (박막마이크로전 지), 미세 엑츄에이터, 마이 크로엔진, 마이크로 변속기 고밀도 원자간력현미경 data저장장치, 소형 캔틸 레버 배열 이용 저장장치 광디스크 광메모리 발전 전 망 과 기대 효 과 다음의 그림 85는 마이크로/나노 로봇 기술이 필요한 분야들과 그를 위해 필요한 기술들을 그림으로 나타낸 것이다. 이 그림에서는 필요 기술을 시스템 화 기술, 기능 요소 기술, 기반 기술의 3단계로 나누고 있다. 실제적으로 마이 크로/나노 로봇이 활약하게 될 분야는 그림에서 표시한 것보다 훨씬 크고 시 간적, 공간적, 질적인 면에서 새로운 분야를 개척해 나갈 것이라고 예상된다. 기존의 로봇 기술과 달리 마이크로미터에서 나노미터에 이르는 미소 대상물 의 고정과 위치 결정, 가공 등 모든 매니퓰레이션에 관한 기술, 또는 미소 영 역의 관찰과 모니터를 포함한 기술을 나노 핸들링 테크놀로지 (Nano handling technology)라고 한다. 이 기술은 다음과 같은 몇 가지 점에서 기존의 로봇 기술과는 다른 모습을 보인다. 첫째, 미소한 대상을 취급할 수 있게 됨에 따라 새로운 영역으로의 다양한 접근이 가능하게 되고, 지금까지의 방법으로는 실현할 수 없었던 것들이 가능 하게 되었다. 바이오 기술을 예로 든다면, 지금까지 취급되었던 레벨보다 더 욱 작은 세포와 유전자 등에 대해 다양한 조작이 가능하게 되고, 의료 분야에 서는 세포레벨에서의 선택적 진단과 치료가 이루어질 수 있게 되어, 의료 기 술을 근본부터 변화시킬 가능성 등도 나오고 있다. - 182 -
계측,분석 분야 -초소형 계측 기구 -유적 조사 로봇 우주항공, 해양 분야 -위성 부품,초소형 비행 로봇 -선박 유지 시스템 마이크로 /나노 로봇 기술 산업, 플랜트 분야 -마이크로 매뉴팩쳐링 시스템 -화물 운반 로봇 바이오 산업 분야 - 장애자용 보행기구 의료 분야 -마이크로 수술 -인공장기 제어 기술 -운동 제어 기술 -자동분산제어 기술 -휴먼 인터페이스 기술 집적화 복합화 기술 -부품 복합화 기술 -기능 복합화 기술 시스템화 기술 에너지 기술 -에너지 외부공급기술 -에너지 내부 발생기술 미소 기능 요소 기술 -액츄에이터 기술 -센서 기술 -이동,추진 기구 기술 전자 회로 기술 -전용 디바이스 기술 -3차원 회로 기능 요소 기술 설계 기술 -설계 기법 -기술 데이터 베이스 평가 기술 - 기능 평가 기술 - 신뢰성 평가 기술 재료 기술 - 신소재 - 재료평가법 마이크로 이공학 -마이크로 유체 공학 -마이크로 기구학 -마이크로 광학 -마이크로 전열광학 가공기술 -IC 프로세스 활용 -빔 가공 기술 -기계 가공 기술 어셈블리 기술 -접합 기술 -매니퓰레이션 기술 기반 기술 <그림 88> 마이크로/나노 로봇 기술의 연구 개발 둘째, 미소한 영역에서의 물리 현상의 특이성이다. 매크로 월드의 핸들링과 는 다른 동작을 실현할 수 있기 때문에 앞으로 새로운 로봇 기술의 분야가 창 출될 가능성도 있다. 예를 들면, 마이크로 월드에서의 무게는 거의 무시될 수 있기 때문에, 미소입자의 핸들링은 하나의 바늘만으로도 상당히 복잡한 조작이 가능하다. 또한 핸들링에 쓰이는 에너지 소비를 무시할 수 있으므로, 가령 생산 효율을 높이고 싶다면, 각각의 처리 속도를 올리는 것보다 수를 늘리는 편이 유리하다. 세포 조작 등에서 하나씩 조작하는 것에서, 한번에 다 수의 세포에 대해 동일 조작을 행하는 처리 방법을 제시한다면, 그 편이 더 바람직하다. 셋째. 나노 핸들링에 미소기기의 이용도 범주에 들어간다면, 예를 들어 마 이크로 보수(maintenance) 로봇 등과 같은 것을 생각하면, 기기 그 자체가 가진 경박단소의 효과는 적용분야와 적용 형태의 범위확대가 가능하게 된 다. 또한 저 비용화가 이루어진다면, 예를 들어 마이크로 로봇을 다수 운용하여 - 183 -
모니터링의 공간 분해능을 올릴 수도 있고, 작업의 질적 향상에 기여할 수도 있다. 나노 핸들링 테크놀로지는 그림에서 보여진 것처럼 크게 나노 핸들링 그 자체에 관한 매니퓰레이션, 마이크로 영역에서의 공간 이동 기술, 대상물 의 가공, 조립 등의 기술, 시각 정보와 힘 정보 등의 환경 정보의 센싱 기술, 미소한 센서와 액츄에이터, 전자 회로를 조합하고 머신을 구성하는 시스템화 기술, 통신, 에너지 기술 등 광범위하다. 그림에서 제시한 마이크로/나노 로 봇 기술이 크게 필요로 하게 될 분야를 다시 한 번 정리하면 다음과 같다. - 마이크로 수술 및 마이크로/나노 매니퓰레이션에 의한 세포 레벨의 진 단/치료를 가능하게 하는 첨단 의료 분야 - 농축산물의 안정공급과 고품질화를 지향하는 다종의 동식물 핵이식, 또 는 생 명 과학의 연구에 필요한 각종 세포조작 및 신약개발을 포 함 한 바 이오 산업 - 마이크로 디바이스와 컴포넌트 (component)에 따라 제작된 초소형 전 자회로 및 마이크로 머신 제조 기술 - 초소형 이식 로봇과 고 정 센싱 디바이스에서 복잡화된 초소형 분산 모 니터링 시스템을 적용하는 방재, 방범 분야 - 재해 현장 모니터링 및 인체 탐사 등의 재해복구 대응 분야 이러한 분야에서 적절한 이용을 도모하기 위해서는 디바이스의 기기 시스템 과 다른 초소형 기술에 머무르지 않고 시스템 공학적 수법 에 기초 한 마이크로 /나노 영역 고유의 로봇 기술 개발과 확립이 요구된 다. B iom edical 응 용 활 용 분 야 - 혈관검사 및 치료로봇: 식생활이 서구화되면서 심,혈관계 질환에 의한 사 망률이 날로 증가하고 있다. 따라서 심혈관 검사 및 치료를 위한 마이크 로/나노로봇이 개발 될 경우 조기진단에 의한 처치를 용이하게 하여 순 환계이상에 의한 사망률을 줄일 수 있을 것이다. - 인조 생체 신경 로봇: 예기치 않은 사고나 질환 등으로 인해 정상적인 뇌활동에도 불구하고 움직임이 불가능한 장애 를 가진 사람이 많다. 대부 분이 신경 전달 경로가 끊기거나 마비가 된 경우여서 정상적인 활동은 기대하기 어렵다. 반도체 기술을 이용한 미세 신경 보철 장치 및 로봇 보행 기술을 응용함으로써 장애로 불편을 겪는 많은 사람들의 이동 및 활동을 돕는다. - 바이오 펙토리: RT를 활용한 bio-product의 자동화/생산기술을 의 미 한 - 184 -
다. 예를 들어 동/식물의 복제자동화, 미세 생체재료의 처리, 운반, 바이 오 산업에서의 단순반복적인 작업의 대체, 세포조작의 자동화와 대량처 리기술, 축산물에 있어서 육종개량등이 필요에 의하여 핵이식작업에 관 한 조작을 자동화한다. 공급된 세포의 보충, 보충된 세포의 자세제어, 세 포막의 특정위치에 천공을 한다든지, 불필요한 핵 을 제거 하고 새 로운 핵 을 주입, 융합전극의 고정, 융합된 세포를 끄집어내어 배양기에 운반하는 등의 작업등을 들 수 있다. - 인체삽입형 자족형 나노로봇: 인체 삽입형 자족형 나노 로봇을 이용한 검진/원격진료/약물조합(생산)/약물주입(비관혈적) 통합기기이다. <그림 89> 마이크로 및 나노로봇기술개발 (Biomedical 응용분야) TRM - 185 -
환 경 응 용 활 용 분 야 - 에코(Eco)로봇: 태어나서 죽고 그리고 흙으로 돌아갈 수 있는 로봇이다. 로봇이 만약 인간의 근육처럼 자신의 몸이 액추에이터임과 동시에 또한 센서가 될 수 있다면, 그리고 이 로봇이 자연적인 환경의 순환사이클에 포함될 경우 소멸과 생산의 과정을 되풀이 할 수 있다면 현재 고민하는 많은 문제들이 일시에 해결될 수 있다. 미래에 생길 로봇으로 인한 공해, 환경오염, recycling 문제, 인체내부를 대상으로 하는 로봇의 경우나 협소 한 부분에 로봇을 투입해야 하는 배관검사 로봇응용과 같은 경우에 있어 서 투입된 로봇이 부패하여 없어지도록 한다면 로봇의 고장으로 인한 폐 해나, 이를 다시 꺼내서 수리해야 하는 번거로움을 덜 수 있다. - 마이크로 기러기 로봇: 산업화에 따른 환경 파괴와 지구온난화로 인하여 생 태계가 위협받고 있으며, 우리는 이러한 생태계변화의 탐사를 통하여 앞 으로 다가올 생태계의 위기에 대처할 수 있는 방법을 모색할 필요가 있 다. 따라서 환경 및 생태계를 탐사 및 기록할 수 있는 기러기 로봇을 개 발하여 새들의 생활영역을 함께 공유해서 행동하게 한다면, 보다 정확한 생태계의 관찰과 문제점들을 발견할 수 있을 것이다. 또한 이러한 기술 들을 응용하여 다른 생명체들에 적용한다면 환경 보존 및 보전 연구에 많은 도움을 줄 수 있을 것이다. 정보수집의 방법은 크게 로봇에서 실시 간으로 정보를 외부로 송출하는 방법과 로봇이 탐사과정을 마친 후에 저 장매체를 회수해서 정보를 분석하는 방법이 있을 수 있을 것이다. - 마이크로 비행체 (초소형 비행 로봇): 많은 재해, 테러 및 생화학적인 전 쟁 시에 미세 비행체를 이용하여 피해상황의 정찰, 테러현장에서의 적의 감시, 각종 사고 시의 생존자 여부를 확인한다면 많은 인명피해를 줄일 수 있고, 막대한 비용도 줄일 수 있을 것이다. 곤충형 로봇은 재해 현장 이나 위험 지역에서 인간을 대신하여 환경 정보를 얻어내거나 군사용 목 적으로 쓰이기 때문에 크기 1cm 이하와 다양한 환경 정보를 얻어내기 위 한 센 싱 능력이 필요하다. - 마이크로 물고기 로봇: 현재 우리나라의 수도관 총연장 길이는 113,809 km에 달하며 수도관의 노후화로 인하여 발생하는 누수로 인하여 심각한 경제적 손실을 초래하고 있다 (년간 4000억원), 또한 1급수로 알려져 있 는 동강이 2급수로 전락하는 심각한 식수원 오염문제를 안고 있다. 따라 서, 환경 친화적인 재료를 이용한 상수도관 누수 검사용 및 상수원 감시 용 마이크로 물고기 로봇의 개발은 경제적 효과뿐만 아니라 환경 보호측 - 186 -
면에서 매우 효과적일 것이다. 또한 초기 연구 결과를 이용한 부산물로 열대어를 대신할 수 있는 관상용 열대어 로봇도 개발이 가능할 것이다. <그림 90> 마이크로 및 나노로봇기술개발 (환경 응용분야) TRM 나노 로보틱스 활용분야 아래의 기술을 이용하여 나노 로봇을 구현하여 나노 단위의 DNA 및 단백 질을 조작하고 합성함으로써 의료 및 생명 공학 분야로의 파급을 유발할 수 있다. 이는 나노 테크놀로지와 바이오 테크놀로지의 발달에 기여하고, 정밀화 된 로봇 테크놀로지의 정밀화에 초소형 로봇의 개발을 촉진할 것이다. 나노 기술을 이용하는 데 있어 기반 기술 분야로서 나노 계측 분야와 나노 가공 분야를 들 수 있다. 전자 기술, 재료 기술이 나노 수준에 이르게 되면 제품의 제조 과정에 있어서 결함의 온 머신 (on machine), 인 프로세스 (in process ) 평가가 나노 수준에서 계측이 필요하다. 이 때 고감도, 고정밀도, 고 - 187 -
속 계측 기술의 확립을 위해 SPM (s canning probe m icroscope), NSOM (near field s canning micros cope)을 기반으로 한 고성능, 다기능 자동 계측 시스템의 개발이 필수적이다. 나노 수준에서의 가공은 사진 묘화 작업으로 이루어 지는 탑다운 (top down) 방식과 원자분자 수준에서 물질을 제어하여 조립하는 바텀업 (bottom up) 방식으로 나눌 수 있다. 이와 같이 시스템의 가공이 나노 수준에서 이루 어 질 때 NSOM 장착 나노 시스템을 이용한 국소 사진 묘화 작업과 SPM 장착 나노 시스템을 이용한 나노 단위 조립을 이용할 수 있다. 시 장현 황 <그림 91> 마이크로 및 나노로봇기술개발 (나 노 로보틱스 분야) TRM 현재 나노/마이크로 로봇을 이용한 연구가 태 동 기에 불 과하므 로 현 실 적으 로 시장 자체가 구체적으로 형성되어 있지 않은 실정이다. 관련된 연구로 - 188 -
Bio-MEMS 연구에 있어서 살펴보면 HGP (Human Genome Project)의 완결 로 더 욱 많은 가능성과 세인의 주목을 받게된 BT (Bio Technology) 산업은 금세기 들어 폭발적인 성장세에 있으며, 그 결과 다양한 형태의 새로운 산업 분야와 연구분야의 창출에 견인차 역할을 하고 있다. 한가지 예로, D NA, 핵 산, 단백질, 세포 등과 같은 다양한 생체 미세 소자의 채취, 분석, 조작, 및 결 과 처리에 필요한 기기 혹은 장치 시스템의 초소형화, 초경량화, 고집적화, 대 량생산화에 대한 기술적 산업적 수요는 M EM S 공정기술과 접목되어, 새로운 가능성의 구현과 함께 빠르게 현실로 다가오고 있다. 1998년에 보고된 Task F orce M arket Analysis M ST Report의 M E M S 관련 자료에 따르면 바이오 칩의 경우 1996년경 시장이 전무한 반면에 2002년 경에는 약 1억 불 정도로 급신장 할 것을 예견하고 있다. 이와 별도로 응용 분야를 지원할 신소재 산업 의 시장 현황을 통해 간접적으로 시장 규모의 예측이 가능할 것이며 이를 살펴 보면 다음 표 50, 51과 같다. 과학기술부의 99과학기술연감에 따르면 향후 21세기를 주도할 첨단기술로 서 인터넷에 의한 경제 신경망, 화폐 없는 전자금융, 유전자조작, 반도체, 그 리고 엔터테인먼트오락산업, 첨단의료기기, 광산업, 휴먼로봇, 항공우주산업, 의료복지사업 등을 예상하면서, 이러한 하드웨어산업을 발전시키는 데는 필수 적으로 고성능의 신소재 기술이 발전하여야 한다고 전망하였다. 그리고 신소 재분야는 기술집약적이고 숙명적으로 선진국과 직접적으로 경쟁해야 하는 분 야라고 정의하고 있다. 아래는 신소재산업의 세계 및 국내 수요동향 및 전망 을 보여준다. 2000년도 신고분자의 국내시장은 1조2천억원 세계시장은 146조 원에 달하며, 매년 83%(국내시장) 및 32%(세계시장)의 수요증가가 예측되고 있다. <표 50> 세계 신소재 수요동향 및 전망 (단위: 억불) 구 분 1990 1995 1997 2000 2003 2008 2013 신 금 속 240 520 695 1,190 1,810 2,985 4,395 파인세라믹스 238 422 581 877 1,347 2,669 4,470 신 고 분 자 360 602 868 1,214 1,774 3,617 7,525 계 838 1,544 2,144 3,281 4,931 9,271 16,390 자료 : 신소재산업의 발전전략(산업연구원, 1999. 4월)[106] - 189 -
<표 51> 국내 신소재 수요동향 및 전망 (단위 : 10억원) 구 분 1990 1995 1997 2000 2003 2008 2013 신 금 속 220 750 1,100 1,670 2,540 4,100 6,600 파인세라믹스 210 571 1,019 1,708 2,711 5,804 12,358 신 고 분 자 61 400 992 1,253 2,155 6,575 20,067 계 491 1,721 3,111 4,631 7,406 16,479 39,025 자료 : 신소재산업의 발전전략(산업연구원, 1999. 4월)[106] 신소재를 이용한 인간과 기계의 접속/결합 장치 (Hunam-Machine Interface)는 IT (information technology) 산업이 급속히 발전하면서 인간의 감각과 표현을 컴퓨 터에 연결하여 이를 보건의료분야에 활용하게 될 전망이다. 우주항공분야 및 기계공업기술분야에서도 전기활성 고분자를 바탕으로 국내의 우수한 전자 장 비 기술과 접목하여 행성 탐사용 로봇, ZMF 분야나 국제 우주정거장 사업 등 에 능동적으로 참여하는 것이 기대된다. 엔터테인먼트 분야에서 신소재는 인 간공학과 결합한 제품으로서 인간과 동일한 촉 각 과 후 각 그리고 생각을 느끼 는 휴먼로봇으로 탄생할 수 있을 것이다. 신소재분야 및 일반 산업분야에서는 벤처형 사업이 다양하게 육성될 수 있다. 예를 들어 미세한 공간에서 사용될 수 있는 지능형 액체 및 기체 유량 측정기 및 펌프, 무공해 화학 모터, ANC (active noise control) 소음 흡수기 및 스피커, 진동 및 열 변환기, 휴대용 보 트, 휴대용 피난처 등이 가능하다. 한국에 적합 한 선 택 과 집 중 각각의 마이크로/나노 로봇의 응용분야 별로 개발하는 데 있어서 한국에 적합한 연구 개발 분야로서 예상되는 장애 요인 및 극복방안을 사용자 측면, 사회적 측면, 사업적 측면, 기술적 측면, 정책적 측면에 따라 각 분야별로 아래 의 표 52, 53, 54에 각각 정리하였다. - 190 -
B iom edical 응 용 분 야 나 노 / 마 이 크 로 로봇 < 표 52> Biomedical 응용 로봇개발의 장애 요인 및 극복 방안 구 분 장애 요인 극복 방안 사용자 측면 -수술 시 위치 확인 곤란 -시 술자의 안전 성 문제 -수술 비용이 큼 -수술 비용 및 로봇 개발에 대 한 정 부의 보조 사회적 측면 -개발 단계에서 임상 실험의 어려움 -법적 규제의 완화 -안전 법규 제정 -의료보험 관련 법안의 개선 사업적 측면 -초기 투자 비용이 크고 위험 부담이 있어 사업성 불투명 -의료보험 문제 -정부의 보조 및 육성 정책 -개발 과정 의 부가적 기술을 이용 한 창 업 기술적 측면 -인체 내에서 운동 제어 기술 -초소형 텔레메트리 장치의 개발 -소량 혈액 속에서의 3차원 운동조절 기술 -마이크로/나노 로봇 시스템의 신뢰성 검증 -마이크로/나노 로봇 작동을 위한 동력원 -임상 실험 대체형 의료용 시뮬레이터 개발 -인체의 기계적 모델링 연구 -마이크로/나노 기술을 이용한 초소형 텔 레메트리 장치의 개발 -마이크로/나노 로봇 시스템의 신뢰성 검증 -초소형 배터리 및 단백질을 이용한 구동원 개발 -냉동 수술 등 새로운 수술 방법의 개발 -안전성을 고 려한 로봇 설 계 정책적 측면 -MEMS/Nano 공정을 위한 전용 Fab. 부재 -의학 분야와 공학 분야의 공동 연구를 위한 연구 센터 부재 -MEMS/Nano 공정을 위한 전용 Fab. 구축을 위한 정부의 지원 -의학 분야와 공학 분야의 공동 연구를 위 한 연구 센터 설 립 지원 - 191 -
환 경 응 용 분 야 나 노 / 마 이 크 로 로봇 <표 53> 환경응용 분야의 장애 요인 및 극복 방안 구 분 장애 요인 극복 방안 사용자 측면 -환경 감시 장치의 신뢰성 -로봇의 활용범위 제한 -Lab-on-a-C hip등 의 biosensor의 신뢰성 확보 -관상용, 상수도, 상수원, 공기 오염원 등 다 목적 로봇 개발 필요 사회적 측면 -법적 규제의 강화 - 환경 오염 방지에 대한 사회적 심각성 부재 -환경 로봇의 필요성의 사회적 공감대 형성 사업적 측면 기술적 측면 정책적 측면 -초기 투자 비용이 크고 위험 부담이 있 어 사업성 불투명 -통 합 설계 기술 -초 소 형 telemetry 장치의 개발 -시스템 조립기술 -마이크로/나노 로봇 작동을 위한 동력원 -액츄에이터, 센서, 제어기술을 통합할 수 있는 시스템 통합기술 부족 - MEMS/Nano 공정을 위한 전용 Fab.부재 -다학재간의 협동 연구 부족 -환경 오염방지법의 실직적 부재 -로봇을 lego형 으 로 개발하여 탑 재 장비 에 따라 다른 기능을 부과하여 사업성 확보 (군사용, 환경감시용, 관상용, 오 락용 등) -micro scale의 기체/유체 유동해석 -nems/mems기술을 기반으로 초소형 telemetry개발 -nano/micro manipulator를 이용 한 조 립 -초소형 배터리 및 광원동력장치 개발 -다학제간의 공동연구를 통해 시스템 구현 -MEMS/Nano 공정을 위한 전용 Fab. 구축을 위한 정부의 지원 -재 료기술, Mems 소자 기술, 항 공/ 수역 학, 통 신, sensor, actuator등의 다학제간 공동 연구 환경조성 -환경 오염방지법 강화 - 192 -
나 노 로보 틱 스 분 야 <표 54> 나노로보틱스 분야의 장애 요인 및 극복 방안 구 분 장애요인 극복 방안 사용자 측면 사회적 측면 사업적 측면 기술적 측면 -개발된 로봇의 신 뢰 -로봇 개발의 비 용 -D NA 조 작 시 안전성 문제 -DNA 조작에 따른 법적, 윤리적 문제 -초기 투자비용이 크고 위험 부담 이 있어 사업성 불투명 -의료보험 문제 -초정밀 tip 의 개발 -나노 기술 발달의 지연 -나노 스케일 모델링 기술 -SPM, NSOM 통합 기술 -나노 조작 로봇의 신뢰성 검증 -소형화, 경량화, 집적화를 통해 로봇 시스템 원가 감소 -나노 조작 로봇의 유용성 인지 -DNA 조작에 따른 위험 통보 및 안전성 확보 -법적 규제의 완화 -안전 법규 제정 -의료보험 관련 법안의 개선 -정 부의 보조 및 육성 정 책 -개발 과정의 부가적 기술을 이 용한 창 업 -나노 기술의 시스템적 발전 -초소형 정밀 tip의 개발 -나노 스케일 모델링 방법 연구 -SPM, NSOM 통 합 설계 기술 개발 -나노 조작 로봇의 신뢰성 검증 기준 표준화 정책적 측면 -MEMS/Nano 공정을 위한 전용 Fab. -MEMS/Nano 공정을 위한 전용 Fab. 부재 구축을 위한 정부의 지원 -의학 분야와 공학 분야의 공동 연 -의학 분야와 공학 분야의 공동 연구를 위한 구를 위 한 연구 센 터 부재 연구 센 터 설립 지원 생 체 모 방 및 자 동 화 생 체 모 방 자 동 화 (B io Autom ation) 개 요 지난 53년 왓슨과 크릭이 DNA 2중 나선 구조를 밝힌 지 반세기가 채 안 되 었다. 휴먼게놈 프로젝트의 완성으로 인해 인간의 유전자의 염기서열이 대부분 알려졌다. 21세기의 질병 치료는 병의 현상 을 고치는 것이 아니라, 병의 근본 원인이 되는 유전자 수준의 원인 을 치료하게 될 것으로 기대를 하고 있다. 이것이야말로 의학 패러다임의 대전환이라고 하겠다. 기술발전에 따른 자연스 - 193 -
런 시대적 요구에 의해, 유전병을 진단하고 예방하는 데 있어서 방대한 양의 유전정보를 신속 정확하게 제공할 수 있는 방법에 대한 요구가 크 게 증 가하고 있다. 인간 게놈프로젝트에서의 예도 그러하듯이 현재 DNA레벨의 바이오 분 석기술은 과정이 번거롭고, 많은 시간과 노력, 비용 그리고 고도의 숙련도를 필요로 한다. 이러한 작업들을 Micro System 기술을 이용하여 소형이면서 정확 하고 빠르게 분석할 수 있는 Bio Automation을 구현할 수 있다면 병원, 약국 등의 의료관련 기관들뿐만 아니라 환경, 식품에 까지 그 응용성을 넓힐 수 있 을 것이다. 많은 정보가 난무하고 있는 현실이지만 보다 정확하고 신뢰성있고 일반인에게 가까이 다가갈 수 있는 정보를 만들기 위해서는 최첨단 Automation 기술이 가장 핵심이 된다고 할 수 있으며, 이것이 IT-BT 기술의 가장 중요한 interface 기술이라고 확신할 수 있다. 제안하는 기술개발의 내용 및 목표 는 아 래와 같다. Large Scale SNP Genotyping High Throughput Screening for lead discovery B ioanalytical instruments for high throughput proces sing - automatic DNA sequencer - PCR maching - DNA synthesizer - robotic work station for D NA purification 기술개발의 필요성 지금까지 쓰여진 대부분의 유전공학 방법들이 한 연구자가 동시에 많은 수 의 유전자를 가지고 실험을 하는 데 한계가 있 기 때문에 post genom e 시 대 에 는 새로운 기술의 개발이 절실히 요구되고 있다. 즉 하루에도 수백개 이상 밝 혀지는 새로운 유전정보들이나 모든 유전 암호가 밝혀진 생물들을 기존의 방 법들로 연구한다는 것은 너무나 많은 시간을 요구하기 때문이 다. 이 런 요구가 post-genomic 시대 개척의 가장 중요한 bottle-neck이라 할 수 있으며 기본적 인 paradigm-shift가 필요하다. 그림 89에서 와 같이 과거에 Single Gene Scale에 서 이루어졌던 작업들이 이제는 Genomic Scale에서 주로 이루어질 것이며 이 것은 궁극적으로 엄청난 작업량과 데이터 처리를 요구하게 될 것이다. - 194 -
Single gene scale Genomic scale DNA mrna Protein Human genome sequence High-throughput genetic tools DNA mrna Protein <그림 92> Post-Genomic 시대의 Paradigm Shift 특히 최근에 가장 필요한 분야로 대두되고 있는 SNP 연구는 DNA 내의 염 기 하나의 차이까지 구별하여 궁극적으로 개개인의 특성에 맞는 바이오 정보 를 상품화시키겠다는 원대한 계획을 가지고 실행이 되고 있다. SNP 연구 (SNP Genotyping) 은 크게 나누어보면 다음의 세가지로 분류해서 볼 수 있다. - SNP discovery - SNP confirmation - SNP population studies / clinical trials SNP 연구는 앞서 언급한 Genomic Scale에 대한 DNA 분석과 맞물려 자칫 무모해 보일 수도 있으나 다량으로 제작이 가능한 정확하고 빠른 Bioautomation 장비가 있다면 가능할 것이다. Bioautomation 장비의 정확도 관점에서 본다면 유전자발현 (gene expression) 에 대한 정확한 분석이 가능하여 야 한다. 특 정 한 병이 나타날 때 어떠한 유전자가 얼마나 발현되는 것이 중요한 것인 만큼 중 요하기는 하지만 유전자의 발현, 즉, 분자단위의 정확도를 가지는 기기가 필 요할 것이다. 바이오 관련 연구에서 유전자 발현에 대한 중요한 포인트는 다음 과 같이 정리한다. - Gene expression information - Functional genomics/target validation - Lead dis covery by high-throughput s creening - Drug development 세 번째의 high-throughput screening은 현재에 쓰이고 있는 개념으로 볼 - 195 -
때 통상 그림 90과 같다. 하루 10만번 정도의 분석을 할 수 있는 기기가 되 어 야 할 것이며 이것이 저가가 되어서 많은 곳에서 동시에 사용이 되어져야 할 것이다. 그림 91에 HTS (High Throughput System)의 개념도를 나타내었다. 1,000 assays/day (low throughput) Assay system Robotics 100,000 assays/day (high throughput) < 그림 93> High- throughput screening <그림 94> HTS (High Throughput System)의 개념도 Bioautomation에 관련된 시장은 개념 자체로만 봤을 때 너무나 광범위해서 언급하기 곤란하므로 소형화된 바이오 분석기기 방향에서 보는 것이 정확할 것이다. 먼저 소형화된 분석기기로서의 impact를 논한다면 Technical insights of Lab on a Chip (표 55 참조)에서의 조사자료와 같이 정리가 될 수 있다. 정 확한 화학분석에는 그다지 큰 impact가 없지만 기본적으 로 쓰 여 지는 바이오 관련 기술들은 impact가 큰 부분이 상당히 많음을 알 수 있다. SNP에서 가장 중요하게 이용되고 있는 Mass Spectrometry와 같은 기술은 소형화된 B ioautom ation 기 술이 큰 impact를 가질 수 없지만 이것은 DNA Microarray 기술과 소형화된 L OC 기술로 커버를 충분히 할 수 있다. Bioautomation 기술에서 중요한 기능 중의 하나인 특정 substrate에 DNA를 얹는 기술은 향후에도 많은 연구가 이 루어져야 할 것이다. - 196 -
<표 55> 분석 Tool 시장과 Lab on a Chip 의 Impac Ins trument System 1994 Sales ($ m illion) 1998 Sales ($ million) Impact Chromatography 660 885 High Liquid 290 360 High Gas 260 300 Low Other 180 220 High Electrophoresis 300 700 High Mass Spectrometry 700 1000 Medium M agnetic, Thermal 520 620 Low Spectrometry 415 520 Low Total 3435 4735 자료: Technical insights of Lab on a Chip [107] 제안하는 사 업 및 기술개발의 전 략 성 및 필요성 국가산업 경 제적 수요측 면 Bioautomation 기술은 방대한 양의 바이오 정보를 짧은 시간 안에 처리할 수 있으며, 그 응용분야 또한 매우 광범위하다. 현재까지의 관련연구는 초기단계라 고 할 수 있으며, 기술융합적인 분야이라 선진국에서도 많은 연구가 이루어지고 있지는 않은 현실이다. 따라서 본 분야에 대한 집중투자로 인한 기술선점의 우위 는 관련시장에서 매우 유리한 위치를 차지할 수 있을 것이다. 또한 본 실험결과 는 국내 의료보건 기술수준의 발전 뿐 아니라 국내의 제약, 식품, 농업, 환경 등 과 같은 생물산업 전반을 비롯하여 인류고고학, 법의학 등의 타 부문에 대한 발 전으로 연계될 수 있는 파급효과를 가져올 것이다. 특히, mutation과 polymorphism 의 확인, phenotype 분석 및 신약개발 실험에 이용될 경우, 전체 신약개발 비용을 크게 절감할 수 있다. 미생물이나 환경오염의 감지기로의 이용, 해독 물질에 대 한 유전자를 찾아내어 유전자 재조합 기술을 적용함으로써 해독물질을 대량 생 산하거나 의약용 농작물, 저지방함유 육류의 생산에도 응용될 수 있는 등, 거의 대부분의 생물관련 산업에 혁명적인 발전을 가져올 수 있다. - 197 -
정 책 적 측 면 전기 전자공학, 컴퓨터 관련 기술, 정보 산업 등이 현대를 이끌어 가는 주력 기술이라면 21세기에는 유전자로부터 시작되는 분자산업에 의해 제3의 기술혁 신이 주도되어 나갈 것이라고 생각되고 있다. 특히 지금과 같이 지식에 기반을 둔 산업으로의 구조개편을 위하여서도 더욱 그렇다. 그 중에서 특히 유전정보분 석의 혁신적인 기술로 평가받고 있는 Bioautomation에 대한 연구결과는 향후 바 이오관련 기술을 외국에 의존하지 않게 될뿐더러 (정보의 외국 의존화 방지), 질 병 예방으로 인한 막대한 양의 의료보험예산을 절약할 수 있을 것이다. 또한 새로운 연구분야에 대한 개척을 하게 됨으로서 대기업형과 중소기업/벤처형의 사업이 동시에 가능하게 되고 또한 새로운 전 공을 한 신 지식인을 창출하게 됨 으로서 고학력 실업에 대한 대책안으로도 좋은 연구분야이다. 이는 21세기 선 진 복 지국가 대한민국을 이루어 나가는 핵심 기술이 될 것이다. 기술개발의 개념 및 특 성 최근 들어 정보기술 (IT)산업과 바이오기술 (BT)산업을 결합하여 BIT란 신 조어를 만들면서 두 첨단기술간의 상호보완을 통하여 시너지 효과를 끌어내기 위 한 연구개발사업에 대한 관심이 고조되고 있다. 그 중의 하나로 바이오 자동 화 (Automation)을 이용하여 Genomic Scale에서의 DNA 분석이 가능하고, DNA의 염기하나의 돌연변이에 관한 정보를 신속히 얻을 수 있는 초소형 System의 확보를 목표로 한다. 많은 수의 샘플 (Sample)을 병렬로 처리하는 기법으로서 현재의 하루당 1000개의 시료를 처리할 수 있는 수준에서 초소형 자동화 시스템으로 하루당 100,000개 이상의 시료를 처리할 수 있는 수준으로의 도약을 목표로 한다. 게놈프로젝트가 막 끝난 지금 시점에서 향후 몇년간은 현존하는 장비를 이 용하여 바이오분야에 대한 정보의 우선권 주장을 위한 데이터 확보에 많은 노 력을 할 것으로 판단되며 이러한 노력은 주로 미국, 유럽 일부국가, 그리고 일 본에 의해서 주도되어질 것이다. 천문학적인 자금이 필요로 되 는 이 작업은 국 가의 경제력을 바탕으로 한 것이므로 우리나라가 유리한 위치에 있기는 불가 능할 것으로 보인다. 그러나 아무리 천문학적인 자금을 들여서 데이터확보에 나선다 하더라도 전 세계 모든 인간, 동물, 식물 등에 대한 자료에 대한 데이 터를 모두 확보하는 것은 불가능할 것이다. 이 작업은 결국 그 분야에 국한된 연구자들에 의해서 이루어 질 것으로 판단이 되어진다. 이때 가장 우선적으로 - 198 -
필요한 장비는 고성능, 소형 그리고 저가의 System이 될 것이다. 국내의 많은 연구자들이 자기만의 독특한 분야에 대한 바이오정보를 확보한다면 이것은 곧 고부가가치의 산업이 되며 국가경쟁력 향상의 가장 중요한 밑거름이 될 것이 다. 향후 10년 정도 후에는 Microsystem기술을 토대로 한 Bioautomation 장비 의 출현이 될 것으로 기대가 되어지며 그때는 인간 개개인 혹은 곤충 종류마 다의 유전적 검사 등이 가능해져 인간의 복지를 실현하고 나아가 환경에 대한 조절도 가능해지리라 기대한다. 그림 92는 전체 Roadmap을 나타내었다. < 그림 95> B ioautom ation 기술의 Roadmap 바이오 관련 자동화 기계 관점에서 보았을 때 세계 시장크기는 1998년에 $1.1billon 이었으며 2003년에는 $2.1billon이 될 전망이다. 시장은 매년 14.6% 로 커져가고 있다 (근거 Genetic Engineering News, 20, No. 2, 14, 2000). Bioautomation 기술은 특성상 다른 기술과 연결성이 매우 크며 파생되는 시장 역시 매우 크다고 할 수 있다. 예를 들면 plate의 경우 전체 scale의 소형화로 해서 오는 이익은 다음의 표 56과 같다. < 표 5 6 > plate의 소형화로 가능한 reagent 의 cost down Plate Total Number of Number Number of Assay volume of compounds of protein volume protein per plate plate added added Cost 96-well 88 2273 10 μl 100 μl 2,182 ml $436,400 384-well 352 568 2 μl 20 μl 436 ml $87,200 1,536-well 1,408 142 0.4 μl 4 μl 87 ml $17,400 9,600-well 8,800 23 0.02 μl 0.2 μl 4.4 ml $880-199 -
주 요 선 진 국의 육성정 책 및 기술동 향 현재 선진각사에서 Bio Automation과 관련된 사업을 각종 사업을 다음과 같 이 진행되고 있다. 미국의 Bechman Coulter사에서는 Pipetting, dispensing, heating, cooling, plate washing을 할 수 있는 HTS시스템을 다음 그림 93과 같 이 개발하여 시판하고 있다. 이 시스템의 로봇은 6축 산업용 로봇 및 3축 XYZ 로봇과 그 기본구조가 같고 로봇공학적인 측면에서는 현재 널리 사용되고 있는 로봇에 비해 특별히 기술적으로 진보된 점을 발견할 수 없는 상태이다. <그림 9 6 > Beckman Coulter 사의 HTS시스템 <그림 97> Qiagen의 BioRobot 9600 독일의 Qiagen사에선 HTS와 관련된 다목적 Workstation으로서 다음 그림 94와 같은 BioRobot 9600을 개발하여 시판 중 에 있 다. 이 는 바이오 기술 및 유 전 공학과 관련된 실험의 자동화를 위한 장비로써 많이 쓰인다. Robbins사에 선 H TS를 위한 M icro W ell Plate Handling 시스템으로 96 채널시스템을 개발 시판 중에 있고, Cartesian사에선 Micro Arrayer, Spotter를 판매하고 있다. 이 외에도 선진국의 수십개 회사에서 Bio Automation과 HTS에 관련된 장비를 이미 시판하고 있는 실정이나, 현재 기술수준 상 더 높 은 수준 의 시스템이 요 구되고 있다. 또한 MEMS/Nano기술을 응용한 시스템은 아직 선진국에서도 본 격적으로 개발되지 않은 것으로 보인다. 현재 Bioautomation에 관련하여 가장 큰 시장을 형성하고 있는 것은 D NA M icroarray의 측정장비로서 기본적인 microfluidic 시스템까지 포함하고 있는 경우가 많아서 HTS보다 더 발전된 형 태를 보이는 것도 많다. - 200 -
발전 전 망 및 기대 효 과 무 한의 가능성을 지닌 바이오분야와 빠르게 발전하면서 세계우위를 점하고 있는 국내의 전자정보산업을 접목시켜 차세대 국가주력사업으로 발전시키기 위해서 Bioautomation 기술은 가장 시급히 발전시켜야 하는 대표적 기술이다. 연구초반기에는 전체 시스템의 고성능화를 위한 단위 요소제품을 개발하는 것 이다. 이것은 대기업, 중소기업 및 벤쳐의 발전을 유도할 것이며 학교에서는 보다 창의적인 연구의 동기를 부여하게 하여 미래의 산업에 막대한 영향력을 끼칠 것이다. 이 분야는 선진국에서도 사업화 시작단계라고 볼 수 있으며, 특 히 Microsystem에 대해서는 아직 많은 아이디어와 기술연구의 여 지를 남 겨 놓 고 있다. 연구 초기단계인 Microsystem분야에 대해 분명한 목표를 세우고 연 구개발 속도를 높인다면 우리 나라가 이 분야의 주도권을 가질 수 있을 가능 성은 매우 높다고 볼 수 있으며 안정된 국가의 산업구조 및 신지식을 겸비한 새로운 인력창출과 새로운 고용창출이 동시에 가능하게 되 어 선 진 국으 로의 도 약을 한층 쉽게 이룩할 수 있을 것이다. 생 체 신 호 인 터 페 이 스 기술을 활 용 한 C yborg 개발 개 요 인간은 선천적 그리고 후천적 장애를 극복하길 원하며, 또한 인간의 잠재능 력 을 최 대한 계발하여 보다 질적인 인간의 삶 을 추 구려 는 염 원을 가지고 있 다. 생체 신호 획득을 통한 인간능력의 확장을 꿈꾸는 Cyborg 기술의 목적은 급속도로 발전하는 컴퓨터, 통신, 의료기술, 핵심부품기술 등의 첨단 산업기술 을 활용하여 생체 신호를 획득하는 기술을 확보하고 인간과 기계의 인터페이 스 기술을 개발하여 이러한 인간의 염원을 충족시키는 cyborg의 개발에 있다. 이에 관련기술에 대한 동향분석 및 기술조사를 통하여 인류 복지사회 구현에 기여할뿐 아니라 기술개발 과정에서 산출되는 최첨단 기반요소기술의 산업적 이용을 가능토록 하여 국내 산업구조의 첨단산업화 구조변화에 이바지하고자 한다. 기술개발의 필요성 현재의 시대적 그리고 사회적 상황을 살펴보면 의료기술의 향상으로 인하 - 201 -
여 고령화 시대가 대두되고 있으며 이에 따라서 복지사회를 추구하고 있다. 결과로, 인간의 작업성 향상에 대한 필요와 인간 능력의 확장을 염원하게 될 것이며 로봇기술의 발전과 최근 급격한 증가 추세에 따라서 이전에는 공상과 학으로만 꿈꾸어왔던 이러한 개념들이 구체화하고 현실화되기 위한 노력들이 가치를 부여하게 될 것으로 예측된다. 인간 능력의 한계로는 기술적인 측면에서 힘을 많이 생성할 수 없으며 한 정된 정밀도와 정보력을 들 수 있을 것이다. 작업적인 측면으로는 우주, 해저, unstructured environment 등의 험지탐험에서의 어려움 또는 선천적으로 그리 고 후천적으로 예기치 않은 장애 또한 고령에 접어들면서 기능의 저하 등을 예로 들수 있다. 그러나, 건강하고 그리고 질적으로 향상된 삶을 누림은 인간 의 영원한 염원일 것이다. 이러한 노력의 일환으로 인간의 기능을 대체하는 로봇시스템에 대한 연구가 1980년부터 지속적으로 이루어져 왔다. 그러나, 로 봇기술에서는 인간 또는 생체시스템 기능을 모사하는 데 있어서 한계를 지녀 왔 는 데, 기술적인 측면에서는 인간과 동일한 지능화의 어려움 그리고 인간구 조를 충분히 모사하지 못하는 메커니즘의 한계로 이해되고 있으며, 작업적인 측면에서는 다양한 모빌리티와 운동계획이 부족한 부분으로 인식되고 있다. 따라서, 인간의 지능과 메커니즘을 유지하며 인간의 한계를 극복하는 노력 으 로 인 간에 기계가 인터페이스된 생체로봇 시스템, 즉, cyborg의 개념이 대 두되어 왔다. 지금까지의 로봇연구는 기계가 생명체를 향해 달려오고 있는 모 습을 나타내고 있으나 역으로 생명체가 기계를 향해 달려가는 개념이 사이보 그 (cyborg)를 의미한다. 이것은 바로 생명체의 부족함과 기계의 부족함을 보 완하거나 생명체의 장점과 기계의 장점을 더욱 극대화하기 위한 시도에서 출 발한 것이다. 그러나, 사이보그는 단지 심심지 않게 공상과학영화에 등장하는 공상과학적인 존재로 인식되어져 왔지만 현재 가속되고 있는 정보기술 (IT), 생 체기술(BT), 나노기술 (NT)의 발전으로 인하여 사이보그의 현실화 가능성이 가시화되고 있다. 기술적 측 면 로봇에 관련된 기술은 산업의 발전과 같은 속도로 발달해 왔다. 제조업이 중심인 산업사회에서는 균일한 품질의 대량생산을 위해 생산 자동화를 위한 생산용 로봇, 자동차 조립 등과 같이 힘과 정교함이 필요한 작업에 사용되는 작업용 로봇, 물건을 운반하는 운반용 로봇 등 무수히 많은 로봇을 목적에 맞 게 개발하여 사용하여 왔으며 이와 같은 로봇은 산업적 생산에 활용되는 경 우가 대부분으로 인간의 손과 발의 기능을 직접적으로 대신하지는 못하였다. - 202 -
그러나 각종 산업의 발달은 오히려 인간에게 많은 문제를 유발시키고 있으며 그 중에서도 선천적 또는 후천적 장애로 인한 인체의 운동기능 마비는 당사 자에게는 아주 심각한 문제이다. 또한 전기, 전자, 통신, 소재기술 등의 발달 로 인류의 환경이 아주 발전되어 있어서 모든 기술분야에서 인체와 같이 정 밀 하고 정교한 기술을 요구하고 있는 실정이다. 하지만, 이와 같은 문제는 산 업기술의 상호연계 발달로 인해 종래에는 불가능했던 기술이 20세기 말인 지 금 은 점 점 더 가능하게 되어 장애인이 이전의 정상기능을 되찾고자 하는 근 본적인 욕구를 충족시키는 것이 가능하게 되었다. 이것은 로봇의 경우도 마찬 가지여서 종래에는 산업생산 현장에서 사람이 작업하기에는 불가능한 일이나 단순한 일을 하기 위해 개발되어 사용하던 것을 최근에는 컴퓨터를 이용한 제어기술, 감지기술, 재료기술 등이 발달됨에 따라 인체의 기능 일부를 로봇 으 로 대 체하고자 하는 필요성이 대두되어 복지사회를 구현하는 미국, 영국, 일본 등 선진 각국에서는 매우 치열한 기술개발 경쟁을 하고 있는 실정이다. 로봇 관련 기술은 자동차나 항공기와 같이 많은 부품과 시스템이 연계된 종 합 적 기술로서 기술적 상호연계효과가 큰 기술이 기 때문에 선 진 국에서는 이미 인체의 운동과 동일하게 동작하는 정밀한 인체형 로봇의 개발을 시작함 으로써 국가의 산업적 기술경쟁력을 확보함과 동시에 국민의 복지 구현에 기 여하고자 최근 많은 개발투자가 이루어지고 있다. 그림 95 에는 인간의 생체 신호를 이용하여 팔의 기능을 대신할 수 있는 로봇 시스템의 개념도를 나타 내며, 그림 96에는 이 시스템의 기술적 구성도 를 나타낸다. 뇌 뇌파신호 (EEG) 안구신호 (EOG) 조작 물체 감각 정보 근육 지령 신경자극기 (FES) 근육신호 (EMG) 인체삽입 능동소자 시스템 제어기 접촉센서 의수 메커니즘 Actuators, Drivers 생체접합부 생체신호 인터페이스 Battery Actuators, Drivers <그림 98> 생체 신호를 이용한 인공의수 로봇 시스템의 개념 - 203 -
역학적 상호작용 특히 생체신호를 이용한 로봇 개발은 인간과 기계가 결합되는 인류의 과 학 발전사에서 매우 중대한 기술로서 인간 생 체 신 호 처리 에 대 한 기술 개 발은 인 간과 기계문명과의 결합된 새로운 분야의 산업으로 탄생할 것으로 예상된다. 생체신호에 관한 연구는 그 신호의 특성이 매우 복잡하고 다양하 여 그 속에서 일정한 법칙 및 분류 방법을 찾기가 매우 어렵다. 이러한 신호 를 분석하고 그것을 분류하는 신호처리 분야는 매우 어려운 분야이며 핵심 을 이룬다고 할 수 있다. 따라서 이러한 신호의 특성을 찾아내고 분류하는 알고리즘을 개발한다면 이 기술은 곧 바로 인 공의 수 개발, 인 공의 족 개발, 인공눈, 인공코, 인공귀, 그리고 인공장기 등 의 개발, 생체신호를 이용한 휠 체어 개발, 인체에 내장된 바이오 칩과 주위 환경과의 인터페이스를 통한 자 동제어 등 다양한 제품 개발에 직접적으로 연결될 수 있다. 생체시스템 User Objective 생체 제어시스템 (중추신경계) EMG/ENG 생체 의도 감지 생체 감각 Feedback FES(Functional Electric Stimulus) 로봇 시스템 생체신호 인터페이스 시스템 제어기 생체 메커니즘 Movement / Force 등 Actuator/ Driver Sensors 생체 감각기관 생체로봇 메커니즘 작업 환경 proprioception / exteroception <그림 99> 생체신호를 이용한 로봇 시스템의 기술 구성도 또한, 보조기구 및 인공의수, 의족 기술은 단순히 Mechanism의 설계로 끝 나는 것이 아니라 인체의 동작에 따른 인간공학적 측면이 반드시 고려되어 - 204 -
야 되며 인체의 운동특성을 고려한 유연한 액츄에이터 개발 및 생체신호 인 식기술, 생체신호를 처리할 수 있는 센서 기술, 정확성을 가지고 인체의 동 작을 모사하는 제어기술 등 고도의 정교한 정밀 산업기술이 요구되는 기술 로 본 기술의 개발은 국내 정밀모터, 센서, 제어기술의 산업적 기술 수준을 선진국 수준으로 높여주는 계기가 될 것이다. 이와 같은 생체신호를 이용한 로봇기술은 수술 보조용 로봇시스템 개발로 이어져 첨단원격 제어기술의 의료용 응용기술로 할 수 있으며, 이것은 제어 용 로봇의 정확성을 의료기술로 연결시키는 것으로서 정교한 수술에 있어서 정밀도를 높이는 수술 보조기구들은 이미 선진국을 중심으로 개발되고 고가 의 제품으로 사용되고 있다. 또한, 생체신호의 정량화 및 Man-machine Interface 신호처리 기술은 그림 97과 같이 인체에서 발생하는 생체현상들을 계측, 처리 및 분석하여 데이터로 정량화, 가시화, 종합화하여 종합적인 정보 제공 시스템으로 개발하는 것으로, 이를 로봇 구동 및 제어 에 필요한 신 호 로 처리하는 기술을 의미한다. 생체신호 정량화 객관화 자동화 정보분석 로봇구동 및 제 어 <그림 100> 생체신호 정량화 및 처리기술 정의 그러므로 인간의 생체신호의 정량화 및 처리기술은 - 정밀전자, 정밀기계, 바이오트로닉스, 메카트로닉스 등의 공학기술과 의 학, 생리학 등이 복합된 고부가가치의 기술 - 다양한 형태의 생체신호 데이터 베이스를 구축한 후, 종합 의료 전산망과 연계하여 양질의 의료서비스를 제공할 수 있는 기술 - 미국, 일본, EU의 선진국에 의해 주도되고 있는 선진국형 기술로서 국내 - 205 -
에서도 기존의 축적된 전자기술을 근거로 개발 가능한 기술 - 생체신호 변환 트랜스듀서, 관련 IC 산업분야 및 소프트웨어 기술분야를 비 롯 한 타 산업 발전에 기여할 수 있는 기술로서 인 간과 기계가 결 합 되 는 21세기의 새로운 분야의 산업을 선도하게 됨에 따라 20세기에 기술적 후발국의 지위를 차지했던 우리나라가 21세기에 기술적 선 도 국으 로 나 설 수 있 는 기회를 제공하는 국가적 차원의 집 중 적 장기적 기술 개발이 필 요한 기술이다. 그러므로 21세기는 생명과학기술의 시대로서 그 기반 이 되 는 신 경 계 계 측 및 분석 시스템 그리고 이를 활용한 생체로봇시스템 즉, cyborg 기술에 관한 연구는 미래지향적인 기술연구로 자리잡을 것이다. 정 책 적 측 면 20세기에 발전된 산업 중에 반도체 기술의 발전은 인류를 급격한 기술발전 환경에 적응하도록 진행되어 왔다. 전기, 전자, 통신 산업에서의 기술 발전의 속도는 매우 급속도로 진행되어 산업 구조를 구조적으로 변화하도록 유도하 고 있다. 그러므로 21세기의 산업은 산업구조의 첨단화와 복지사회로의 변화 라는 두 가지의 기본적인 방향에 따라 산업정책이 결정될 것으로 예상된다. 복 지사 회 의 구현 현대 사회의 산업화 도시집중화는 환경공해 유발과 교통사고의 증대 및 산업재해의 유발로 인해 선천적 기형과 후천적인 장애인을 증가하고 있다. 선진 복지사회 구현에 있어서 국가적 과제 중 에 장애인을 정상인들과 같은 생활을 할 수 있게 도와주기 위한 각종 보조기구 및 부대시설 등에 관한 투 자와 개발이 무엇보다 필요한 시점이다. 장애인의 신체 기능 회복을 위한 재 활공학의 연구는 국가의 복지정책의 일환으로 가치가 있으며, 장애인들의 노 동력을 사회적으로 이용할 수 있고, 재활의학용품 시장의 규모가 커지는 세 계적인 추세를 고려하면 우리나라도 투자와 개발로 고 유 기술을 확 보 하는 것이 중요하다고 하겠다. 우리나라의 경우에는 아직까지는 의료기술에 많은 연구투자를 수행하고 있지 않는 실정이기 때문에 초기단계인 의료기술 안정 화 시기까지 정부 주도로 의료기술 개발에 대한 지원이 이루어져야 할 것으 로 보며, 점차로 기업의 연구투자를 유도해야 할 것이다. 21세기 차세대 3대 - 206 -
산업군의 하나로 정보산업, 신소재산업 외에 의료산업이 간주되고 있고, 인 간의 삶의 질 향상을 위한 노력은 선진국형 국가의 정책으로 이미 반영되어 선진국에서는 추진되고 있으며, 국내에서도 이에 대한 관심 및 정책적인 고 려가 시작되고 있으나 미흡한 실정이다. 생체신호를 이용한 cyborg 시스템의 개발은 단지 장애자의 재활측면에서 뿐만 아니라 노령화 사회의 거대 의료산업인 Silver Industry의 활성화에 필 수적이다. 또한 본 기술은 첨단 정밀 계측 및 관련 반도체, Software등 고부 가가치 산업에 선도적인 역할을 할 것이다. 본 연구에 소요되는 일부 기반 기술은 현재 국가적인 과제로 진행 중에 있 어 (보건복지부 선 도 기술개발 사 업: 의료공학 기술개발) 국내 기술기반이 갖추어지고 있다. 이들 기술의 집 적 및 실용화, 타 요소기술의 기반 구축을 통한 시스템의 개발은 현재 선진 국에서도 시작단계에 있어 국내의 정책적인 기술 육성을 통한 세계시장에서 의 기술 우위 확보가 가능한 분야이다. 그러나 현재 국내 산업계의 현실상 원천기술 확보에 대한 과중한 초기투 자 및 장기적인 개발은 불가능하다. 또한 기술의 특 성상 본 기술은 첨 단 집 약적 중소기업형 벤처기술이다. 현재 중소기업을 육성, 발전시키려는 국내 의 실정에 부합되며, 따라서 차세대 주력산업의 하나로 국가적인 차 원에 서 의 육성이 시급히 요구된다. 다음은 국내외에서 개발중인 재활기구 및 첨단 의료장비의 활용 예를 나타내었다. 팔이 없는 장애인을 위한 재활기구의 국 내 외 개발 추세를 보면 그림 98은 미국의 Utah 대학에서 개발한 U tah Arm을 장착한 모습이고 그림 99는 포항공대에서 개발한 B IRO- II이다. 그 림 100은 영국의 에딘버러에 있는 프린세스 마거릿 로즈 병원에서 개발한 Bionic Arm으로서 아주 진보된 전동 의수이다. 반면 그림 101은 국내의 대 한의수족연구소에서 개발한 반자동 의수로 국내에서의 이 분야 기술개발이 시급한 실정임을 알 수 있다. <그림 101> Uhta Arm < 그 림 102> P O S T E C H BIRO-II <그림 103> Bionic Arm <그림 104> 반자동 의수 - 207 -
다리가 없는 장애인을 위해서는 의족이나 이동 보조 기구 등이 개발되어야 하는 데 그림 102는 외국에서 개발한 의족을 착용한 모습을 보여주고 있다. 그림 103은 생체신호를 이용한 cyborg 또는 로봇 시스템이 관련 산업에 미치 는 파급효과를 나타낸 것이다. 연구집단과 관련 산업체, 소비자 집단 상호간 에 밀접한 관계를 가지고 있으며 신규시장 창출을 위해서 새로운 벤처기업들 도 많이 요구되어진다. <그림 105> 의족 착용 모습 <그림 106> Legged Wheel Chair 이상과 같은 인체형 로봇 시스템의 개발은 여러 방면으로 시도되고 있으 며 그 파급효과 또한 상당히 크다. 그림 104는 생체신호를 이용한 로봇 시스 템이 관련 산업에 미치는 파급효과를 나타낸 것이다. 연구집단과 관련 산업 체, 소비자 집단 상호간에 밀접한 관계를 가지고 있으며 신규시장 창출을 위 해서 새로운 벤처기업들도 많이 요구되어진다. 그림 105는 생체신호를 이용 한 로봇시스템의 기술연계도를 나타낸다. - 208 -
첨단기술 획득 관련 산업체 개발참여 고부가가치 기술획득 고수익 이윤 창출 기업경쟁력 제고 수출증대/수입대체 시장선점 연구집단 전문지식 집중투여 연구활성화 생체용 로봇 기술 기업 인큐베이터 재투자 신규 벤처형 중소기업군 창출 기대,만족 복지사회 구현 기능회복 생체용 로봇 기반기술 획득 전문연구인력양성 핵심기술창출 소비자 집단 신규시장 창출 수출 확대 수입 대체 신규고용 창출 부가가치 창출 <그림 107> 인체형 로봇시스템의 관련산업 연계도 - 장수명 - 경량화 - 생체계측용 센서개발 - 생체계측용 증폭기개발 - 생체전자기학 기술개발 - 생체신호변환 기술개발 - 생체신호처리 기술개발 (증폭, 필더, 스펙트럼변환, 압축) - 안정성 규격화 - 인체에 대한 영향 분석 - 데이터 실시간처리 - Actuator 구동회로 - 제어시간 Network 신뢰성평가 및 사업화 제어회로및 배터리처리 - Network 알고리즘 - 학습알고리즘 휴대용 배터리 신뢰성 제어기술 생체신호 계측 제어알고리즘 Actuator 개발 생체신호 변환처리 생체신호 기술 생체로봇 시스템 메카니즘 기술 - 고성능 자성재료 - 소형, 고출력 Actuator 센서기술 생체신호 해석 메카니즘및 기구설계 - 촉각용 압력센서 개발 - 촉각용 힘센서 개발 - 관절위치센서 - 안전 및 보호용 센서 - 신경정보처리 모델링기술개발 - 신호해석기술 - 스펙트럼해석기술 - 신호패턴인식기술 - 신호추정기술 - 관절기구학 해석 - 관절역학해석기술 - 경량화 구조설계 <그림 108> 생체신호를 이용한 로봇시스템의 기술연계도 - 209 -
산업 구조 의 첨 단 화 20세기 산업의 특징은 소비재 제품의 대량생산, 컴퓨터를 중심으로 한 정보 기기의 고속화, 대용량화, 소형화, 저전력화, 휴대화, 반도체의 고속화 및 대용 량화, 정밀산업의 복합화, 다기능화 등으로 표현할 수 있으며, 이와 같은 기술 발전은 로봇 분야에서도 동일하게 적용되어 프로그램형 산업용 로봇에서 생 체신호를 이용하는 인체형 로봇으로 발전되고 있다. 이것은 종래의 발전된 요 소 부품 및 기술을 조합하여 시스템을 구성해 가는 형태와는 반대로 인체형 로봇 개발에 필요한 요소기술과 부품을 개발해 가는 형 태 로 진행되고 있다. 따라서, 앞으로 21세기의 산업에서 생체 로봇 시스템 기술은 모든 첨단산업 기술의 근원적 발원지로서의 역할을 하게 됨에 따라 국가의 산업적 구조를 선도하는 역할을 할 것이다. 생체신호를 이용한 인체형 로봇의 기술은 항공우 주 기술분야, 환경산업분야, 원자력 분야, 군수/구난 분야, 토목/건설 산업분 야, 영상미디어/오락 분야, 의료기기 분야 등 21세기 산업전반에 활용되는 첨 단 기술로서 산업의 구조를 첨단화하는 중심 기술로서 의 기술개발이 필요한 것으로 판단된다. 특히, 인간의 움직임과 운동력 등 생체신호를 이용하는 원 격 제어 로봇은 다음과 같이 여러 산업 분야에 적용되어 활용할 수 있다. - 군수/구난 산업:무장 전투복, 정찰로봇 원격조종 장치, 테러/구난/화재 진압 로봇 원격조종 장치 - 토목/건설장비 조종장치:기존의 단순하고 시간이 오래 걸리는 중장비의 조종에 직접 활용 가능함 - 영상 미디어/오락 산업: Motion Capture 장비:신체형 원격 조종장치를 착용하고 영상미디어 생 성작업에 직접 활용 가능하다. 현재는 힘 반향 기능이 없이 인체의 움직 임만을 신호화하여 활용하고 있는바, 힘과 촉감 등을 느낄 수 있도록 하 면서 가벼운 인체 착용형 Mechatronic 장비가 출현한다면 활용도가 매 우 클 것으로 보인다. 게임 조종장치:기존 영상 조종 차원을 넘어 촉각 지원 기능까지를 갖춤 으로써 새로운 수요 창출이 가능함. - 서비스 로봇 산업:해저, 심해, 탄광 등의 다양한 서비스 로봇의 조종시 활용 경 제적 측 면 생체신호를 이용한 cyborg 시스템은 마이크로 프로세서에 의한 정밀제어기 술, Actuator 구동기술, Sensor 기술, 전원공급기술, 정밀 메카니즘 설계기술, - 210 -
생체신호 감지기술 등 그림 106과 같이 첨단 기술을 종합적으로 활용하는 시 스템으로서 기술개발의 난이도가 높아 산업의 구조를 첨단산업으로 유도할뿐 아니라 관련산업에 미치는 경제적 파급효과는 기하급수적으로 확대되어 산업 의 구조적 경쟁력을 확보하는데 커다란 영향을 미칠 것으로 판단된다. 특히 로봇 시스템 요소 부품의 경제적 규모는 매우 커서 종합적으로 계산하기에 는 매우 어려우나 로봇 시스템의 경제적 개발 효과는 약 100억불에 이를 것으로 예상된다. 표 57에는 의료기기 분야에 대한 국내외 시장 규모를 나타내었다. <표 57> 의료계 의료기기 시장의 규모 (단위 : 억$) 미국 일본 유럽 한국 기타 계 92.6 48.5 43.8 5.9 27.1 217.4 표 58에서 보는 바와 같이 국내에서 쓰이는 대부분의 의료용 기구들은 수 입에 의존하고 있으며, 경제적인 규모로 볼 때 수천 억에 이르는 외화를 매년 의료용 기기 수입에 쓰고 있는 실정이다. 이것은 지금까지 의료용 기기 개발 에 대 한 정부의 인식 부족과 정책적 지원 부재, 의 공학에 대 한 학계의 무 관심 등으로 기인된 것이다. 생체신호 정량화 기술은 현재 국내에서 지속적인 연구 개발이 진행되고 있으며 향후 계속적으로 발전되어 21세기 의료기기 산업에 중추적인 역할을 담당할 것으로 예측된다. 또한 본 과제로 개발되 는 요소 기술 은 현실적으로 선진기술에의 의존도가 높은 정밀 계측 기기 및 센서 관련 산 업 등에 지대한 파급효과가 예상되므로 경제적 측면의 필요성은 매 우 크 다 할 것이다. 소형모터 시장의 국내 수급동향은 표 61과 같다. <표 58> 국내 소형모터 종류별 생산현황 종 류 1996년 1997년 1998년 DC마이크로 모터 5,856 14,124 12,328 DC파워 모터 2,638 9,455 8,311 코어리스 모터 2,747 622 5,125 브러시레스 모터 39,791 42,768 45,915 스텝핑 모터 900 16,200 27,260 단상 AC 모터 24,184 12,360 10,951 3상 AC 모터 679 593 509 유니버셜 모터 3,934 1,512 745 DC FAN 모터 0 6,730 2,770 AC FAN 모터 0 5,534 4,464 DC서보 모터 0 2 0 AC서보 모터 7 4 6 싱크로너스 모터 4,884 15,993 20,412 기 타 0 360 360-211 -
국내 센서시장의 규모는 표59, 60과 같다. <표 59> 국내 센서 수급 총계 <표 60> 국내 센서응용 총계 (단위: %) 연도 생산 수입 수출 시판 시장 1994 126,898 115,133 7,073 213,778 219,465 연 도 구 분 1995 1996 1997 범 용 8 6 9 공정 FA 31 28 27 1995 147,824 137,707 8,572 247,387 253,996 정보 OA 5 5 5 1996 163,505 120,366 11,241 251,242 260,279 가전보안 22 23 21 교통차량 27 26 25 1997 173,643 119,049 13,235 274,061 286,621 건강의료 1 3 3 1998-78,114 14,237 - - 군수항공 - - - 환 경 4 8 7 성장율 11.0 % -9.2 % 19.1 % 8.6 % 9.3 % 기 타 2 1 3 정 부차 원에 서 수립, 추 진 해 야 할 배 경 및 시 급 성 생체신호를 활용한 cyborg 기술에 대한 연구개발을 정 부차 원에 서 수립, 추 진 해야 하는 배경 및 시급성은 다음과 같이 요약할 수 있다. - 기반기술에 대한 장기적인 연구개발이 필요하므 로 정 부차 원의 투 자 필요 - 복지사회로의 전환시점에서 반드시 개발되어야 할 연구분야 - 21세기 고부가가치를 창출하는 BT 분야의 연구분야로 생명공학 분야와 직 접 적으로 연계되어 전세계적으로 연구개발 시작단계이므로 연구계획의 시급한 수립, 추진 필요 - 다양한 기반기술에 대한 연구가 수반되므로 다양한 산업분야로의 s pin-off 가능성 기술의 개념 및 특 성 인간복지, 작업성 향상의 목적을 지니는 Artificial Body, Human extender의 개발과 인간의 능력의 확장이라는 개념이 포함되는 기계 + 인간 개념의 cyborg 개발 - 212 -
제안 기술 사이보그라는 개념은 사이버네틱스 (cybernetics) 영역에서 출현했다. 사이버 네틱스는 노버트 위너 Nobert Wiener에 의해 1948년에 처음 정의된 연구, 이 론 영역으로 복합적 시스템들의 통제와 조절에 대한 연구를 뜻한다 (Laughlin, 1996). 위너는 처음부터 명확하게 사이버네틱스가 기계와 살아 있는 체계들 모 두에 동일하게 적용된다고 밝혔다. 위너는 그의 초기 저작에서 사이버네틱스의 사회적 의의를 지적했음에도 불구하고, 물리적 합성에 대해서는 이야기하지 않 았다. Cyborg라는 말은 1960년대 Manfred Clynes와 Nathan Kline이 우주여행 에 있어서 인간의 몸과 기계와의 결합이 가지는 장점들을 제시하면서 등장하 였다. 그러나, 사이보그의 이야기가 허구 속에만 있는 것은 아니다. 인공기관을 지닌 자들, 약물을 일상적으로 사용하며 생존을 영위하는 자들이 모두 엄밀히 말해 사이보그들이다. 유전공학의 산물로 태어난, 혹은 태어날, 잠재적으로 수 십억에 달할 인간들도 모두 이러한 단순한 의미에서도 우리는 모두 사이보그 일지 모른다. 또한 개인들 모두가 완전히 사이보그인 것은 아닐지라도, 우리는 모두 분명히 '사이보그 사회'에 살고 있다. 사이보그 사회는 친밀한 유기체적- 기계적 관계들의 전 범위를 지칭하는 말이다 (Gray, 1995). 사이보그 기술은 군사적, 의학적 기원을 갖는 것이 대부분이며, 오락 (출판, 영화, 게임, 동영상들)과 노동 (컴퓨터 산업, 그리고 다른 모든 산업의 사이버 네틱화)를 중심으로 확산된다. 그레이 등은 사이보그의 유형을 네 가지로 나 누는 데 1 Stage I Cyborg Replacement or augmentation of the hum an s keleton. Ex) wooden leg, hook for lost hand, arm or, false teeth, etc. 2 Stage II C yborg Replacement or augmentation of muscle. Ex) m echanical hand for last hand, other prosthetic devices, m echanical heart valve, replacement of lens in eye, etc. 3 Stage III C yborg Replacement or augm entation of parts of the peripheral nervous system, autonomic nervous system and the neuroendocrine system. Ex) bionic arms and legs, pacemakers, automatic biochemical pumps, etc. - 213 -
4 Stage IV Cyborg Replacement or augmentation of parts of the central nervous system. Ex) video " eyes" for blind, Air F orce cyborg fighter, plane control, etc. 복구적 restorative, 정상화 normalizing, 부품교환 reconfiguring, 강화 enhancing 사이보그가 그것이다. 복구적 사이보그와 정상화 사이보그는 완전 한 인간과 동일하게 되는 것을 목적으로 하되, 전자는 기관 사지 등을 대체 하는 것인 반면, 후자는 기능에 초점을 둔 것으로 보여진다. 부품교환 사이보 그와 강화 사이보그는 탈인간의 단계에 접어든다. 즉, 특수한 환경 (우주공간, 해저 등)에 적응시키기 위하여 기존의 인간에 없는 기능을 부여하거나 기존의 기능을 탈인간적으로 강화하는 것이다. - TRM (Technology Road M ap) Technology-Based 생체신호 인터페이스, 로봇 메커니즘, 시스템 제어, Actuator, driver, 전원 장치, 시스템 응용기술 분야 Application-based 분류 (CYBORG 개발) Artificial Body: 인공근육, 인공피부, 인공두뇌, 인공장기, 인 공센서, 인공의 수, 인 공지체 (눈, 코, 귀, 입) Human extender: 힘증폭기, 미세제어 메커니즘, 생체신호를 이용한 cyborg (인간형, 곤충형, 동물형) 생체신호 분석 시스템: 생체신호 계측 및 분석, 생체신호 인터페이스 및 제어 - 214 -
Technology Roadmap (Cyborg 개발) Products Cyborg 개발 생체용 구동기 및 센서 인체형 메커니즘 Cyborg 구동기, 관절, 센서 Cyborg 손가락, 손목, 발 Cyborg 구성 요소 개발 생체 운동 가상 Simulator 인공 근육, 피부, 장기 Cyborg 근육, 눈, 두뇌, 감각기 신체 보조/대체용 Cyborg개발 지능형 장애인 보조기구 지능형 의지, 의수 Cyborg 신체(손, 팔 등) 곤충/동물형 Cyborg개발 곤충형 Cyborg 개발 동물형 Cyborg 개발 생체 신호 분석 시스템 생체 신호 계측 및 분석 생체신경신호, 근전도, 뇌파 계측기 생체신호 모니터링 및 분석기, 신경자극시스템 생체신호 Interface 및 제어기 Technology 1단계 2단계 3단계 2002 2005 2008 2011 2014 2017 2020 생체신호인터페이스 생체신호계측및분석 인체관절운동 계측및분석 Man-machine Interface 생리현상분석 시스템제어 네트워크기반 지능형 제어구조 시스템모델링 및 생체기반제어 다중센서 결합 및 융합 구동기 및 드라이버 Cyborg용구동기및제어 Cyborg용 촉각센서 Cyborg용 전원장치 구동 메커니즘 생체장착용 접합메커니즘 설계 생체 메커니즘 Cyborg용 관절 메커니즘 설계 시스템 통합 및 응용 팔기능 보조를 위한 Cyborg 개발 팔기능 대체를 위한 Cyborg 개발 시스템 성능평가 및 신뢰도 향상 뇌/근육 반응계측/분석 및 정보제공 기술 관절운동해석및Simulator 환경구축 생체신경신호 및 근전도 측정 생체 생리변화 분석 및 제어용 생체신호 분석 네트워크기반 제어기 H/W 및 학습형 제어구조 시스템모델링및 생체기반제어알고리즘 기초설계 Cyborg용 센서 신호처리 및 인터페이스 기술 Cyborg용 구동기 및 제어기술 개발 Tactile Sensing 알고리즘 설계 및 기반기술 확보 Cyborg용 소형/고용량 직류전원장치개발 다양한 생체 접합부 설계 개념 정립 인체/생체 메커니즘 분석 2자유도 Cyborg용 손목관절 설계기술 팔기능 보조 Cyborg제어용 신호분석 및 사양선정 팔기능대체 Cyborg제어용 신호분석 및 사양선정 뇌의 사고, 판단에 관련된 신호의 계측 분석 뇌기능/FES 계측, 인식 및 평가용 Simulator Force Reflective Feedback System 개발 Force Feedback 원격제어 Simulator 개발 다양한 운동 제어신호 알고리즘 및 하드웨어 개발 근육신경계 계측시스템 최적화 및 Interface개발 Cyborg구동에 따른 생리변화 분석 및 활용연구 초소형 생리현상분석 및 2차 제어시스템 개발 Cyborg제어기 소형화 및 응용기술 개발 시스템 성능 및 의존도 모델링 및 고장포용 설계 상호작용형 휴먼인터페이스 및 힘 제어기술 장착용 Cyborg를 위한 지능제어 알고리즘 다중센서통합 및 감각자극신호 발생 기술 센서융합을 통한 환경정보인식 피드백의 구현 Cyborg용 신소재 구동기 및 제어기술 Cyborg용 다자유도 구동기 및 제어기술 개발 Tactile Imaging sensor Display 기술개발 지능형 Tactile Imaging Sensor 개발 Cyborg 제어기용 초소형 직류전원장치 개발 Cyborg 구동 및 제어용 초소형 직류전원장치개발 팔목부위 접합부 설계 및 제작 어깨부위 접합부 설계 및 제작 손및팔의생체메커니즘설계 다지손 및 팔과의 통합 설계 3자유도 어깨 관절 설계기술 3자유도Cyborg형어깨개발 팔기능 보조 Cyborg 메커니즘/제어기 개발 팔기능 보조 Cyborg 시스템 인체 적용 팔기능대체 Cyborg 메커니즘/제어기 개발 팔기능대체 Cyborg 시스템 인체 적용 Cyborg 시스템의 성능평가 기술개발 Cyborg 시스템의 임상적용을 위한 평가기술 개발 <그림 109> 사이보그 기술개발 TRM 주 요 선 진 국 육성정 책 이 나 기술동 향 생체신호를 이용한 cyborg시스템 기술 동향 - Replacement of Human Body (artificial body) 인체를 구성하는 지체를 대체하는 기술: 인공근 육, 인 공피 부, 인 공두뇌, 인 공장기, 인공센서, 인공의수, 인공눈, 인공귀, 인 공코 등. - Human extender 인체에 장탈착이 가능하며 인간의 작업효율을 증진시키는 기계: 힘증폭기, 미세제어 메커니즘. - 생체신호를 이용한 cyborg 생체신호를 이용하여 인간의 선천적, 후천적 장애 해소, 초인간적인 기능 구현: 생체신호(뇌파, 근전도, 심전도) 계측 센서, 신호처리 기술, 메커니 즘 설계 기술, 소형 액츄에이터 기술, 제어기 기술. 현실적인 사이보그의 충격은, 4년전 일본 동경대학의 스위스 과학자 라파 - 215 -
엘 박사와 모야마 이사오 교수가 개발한 바퀴벌레 로봇에서 시작됐다. 살아 있는 바퀴벌레의 내장을 떼어내고 그곳에 반도체와 제어칩을 이식하고, 뱃속 과 등에 소형컴퓨터를 장착해 리모콘으로 조종이 가능하도록 만든 것이다. 분명히 살아 있는 바퀴벌레의 많은 감각기관을 그대로 이용했다는 점에서 사이보그의 실현에 이정표를 찍었다. 곤충 사이보그가 가능한 이유는, 로봇 이나 생명체 (동물)가 조직 구성은 다르지만 둘 다 전기화학적 신호를 통해 정보를 처리하고 몸을 움직이기 때문이다. 특히 바퀴벌레를 비롯한 곤충의 경우 신경회로가 단순하며 반사라는 단순 알고리즘에 의해 행동패턴을 형성 하기 때문에 간단한 전기신호로 행동을 조절할 수 있는 것이다. 또한 동경대의 구와나 박사는 누에나방의 촉각이 고성능 페로몬 센서라는 사실에 착안해서 로봇에 곤충의 촉각을 부착한 사이보그를 개발하기도 했 다. 누에나방의 더듬이는 분자 1개를 식별할 수 있는 고성능센서로 센서에서 얻 은 정보는 촉각전위 (EAG)라는 전기신호로 신경계통과 뇌에 전달된다. 비슷 한 경우로 미국의 곤충학자 톰 베이커는 나방이 화약 냄새를 맡으면 독특한 신호를 내는 것에서 아이디어를 얻어 더듬이를 이용한 지뢰탐지 로봇을 개 발했다. 나방에 연결된 마이크로칩이 더듬이에서 나오는 신호의 미묘한 차이 를 분석하면 화약의 종류까지 구별할 수 있다는 데 착안한 것이다. 그러나 이 전극들을 사용하고 있는 반 나방 반 칩 기계는 여러 가지 냄새를 구분할 만큼 정교하지는 않아 지뢰 냄새를 맡기 위해 적용되기에는 적합하지 않다. 미국의 노스웨스턴대학 무사 이발디 교수와 이탈리아 제노아대학의 공동 연구팀은 지난해에 절반은 물고기, 절반은 로봇인 사이보그 (strange hybrid creature)를 개발했다. 이것은 바퀴벌레보다 고등한 물고기라는 점에서 사이 보그에 한 발자국 더 가깝게 다가간 성과이며, 사람이 자신의 뇌로 직접 제 어 하는 인공보철장치를 착용하는 데 필요한 기술 진보에 큰 도움이 될 것으 로 보인다. 이 로봇은 원시 뱀장어처럼 생긴 척추동물인 칠성장어(Petromyzon marinus)의 신경세포를 이용한 것이다. 이 로봇의 몸체에는 빛센서가 내장돼 있는데, 이 센서는 칠성장어의 뇌가 읽을 수 있는 감각정보를 공급하고, 뇌 조직은 이 정보를 처리해 움직여야 할 방향을 지시한다. 케페라 (Khepera)라 는 이름으로 시판되기도 했다. 생명체 전체를 마이크로칩과 결부시키는 경우 도 있다. 미국 오크리지 연구소의 마이클 심슨 연구원은 특 정 화 학물질에 빛 을 내는 박테리아를 배양해 이를 마이크로칩과 연결하는 작업에 한창이다. 이렇듯 대개의 사이보그연구가 곤충이나 어류에 초점을 맞추고 있는 것은 곤충이나 어류는 생명력이 강하고 조직이 단순하기 때문이다. 예를 들어 사 람의 뇌세포는 천억 개에 육박하지만 곤충의 뇌세포는 겨우 수십 만개에 불 - 216 -
과하다. 그래서 곤충이나 어류의 생물화학적 데이터를 분석하고 이용하기가 훨씬 편리하다는 것이다. 또한 인간 사이보그 연구는 윤리적인 문제가 발생 하고, 예상치 않은 거부반응 때문에 생체조직과 기계의 융합이 쉽지 않다는 점도 난제로 작용하고 있다. 동물의 두뇌와 기계의 몸을 결합한 사이보그 (인공복합생명체)가 미국에서 처음으로 개발됐다. 인터내셔널 헤럴드 트리뷴 (IHT)은 2001년 9월 18일 시카고 노스웨스턴 대학의 페르디난도 이발디 교수가 첨단 전자장비에 칠성장어 새끼의 두뇌조 직을 부착, 손바닥만한 크기의 로봇을 개발했다고 보도했다. 이 발명품은 기 계에 장착된 소형 전자눈이 빛을 감지해 두뇌에 신호를 보내면 바퀴를 움직 여 빛 쪽 으로 이동하는 단순한 기능만 갖고 있 다. 하지만 인 공장기 개발 등 여러 분야에서 활용가치가 무궁무진하다는 평가다. 이발디 교수는 "이번 발 명으로 생명공학의 수준이 과거 신경조직을 기술개발에 단순히 이용하던 단 계에서 신경조직을 기계에 이식하는 단계로 접어들었다" 고 말했다. 이발디 교수는 한걸음 더 나아가 지난해 로봇이 생물체 뇌와 명령신호를 주고받으 면서 스스로 움직이게 하는 데 성공했다. 그는ꡒ이 원리를 이용하면 5년~7 년쯤 뒤엔 척추나 팔다리에 손상을 입은 장애인들도 복잡한 동작은 아니더 라도 마비된 팔다리를 움직이게는 할 수 있을 것ꡓ이라고 말했다. 현재까지 신체의 일부 기능을 대신하는 로봇팔 등은 손상된 부분에 남아있는 신경과 근육의 일부를 이용하는 방식이다. 반은 생명체이고 반은 로봇인 사이보그가 노스웨스턴대학 연구팀에 의해 제작됐다. 피를 빨아먹는 칠성장어 유생의 두뇌를 전극을 통해 스위스에서 제작한 로봇에 연결시켜 만든 사이보그는 빛이 있는 쪽으로 이동한다. 여러 개의 전구들이 한가운데 놓인 상태에서 로봇의 센서는 전구가 켜질 때 감지 하여 시그널을 칠성장어 두뇌로 보내면 이는 다시 로봇에게 빛이 있는 쪽으 로 이동하라고 신호를 준다. 불이 꺼지면 로봇은 그 자리에서 정지한다. 또 한 로봇의 눈 중 하나를 가리면 육체가 없는 두뇌는 순간적으로 혼동하지만 시간이 좀 지나면 적응한다. 연구원들은 이 결과가 신경공학 분야에서 중요 한 공헌을 한다고 말했다. 칠성장어의 두뇌와 로봇이 서로 정보를 교환함으 로써 생물체와 비생물체 간의 폐쇄회로를 생성시켰다는 점에서 그 중요성이 있다고 그들은 말했다. 과학자들은 물 속에서 올바른 방향으로 움직이는 미 성숙한 칠성장어의 본능을 연구하고 있다. 사이보그 로봇실험을 통해 칠성장 어의 본능이 빛을 추구하는 지를 실험하고 있다. 어린 칠성장어와 스위스 로 봇 엔지니어링의 만남은 아직 그 성과가 뛰어나지 않다. 과학자들은 단지 두 뇌가 며칠 동안 살아있게 할 수 있지만 어떤 것을 기억하게 할 수 있기에 - 217 -
충분할 정도로 오랜 동안 안정화시킬 수는 없다. 그러나 과학자들은 궁극적 으로 사고나 파킨슨병으로 수족을 사용할 수 없게 된 사람들을 위해 보다 진보된 두뇌제어 인공보철의 제작을 할 것이다. 이번 작업의 목표는 단지 사 이보그를 제작하는 것이 아니라 두뇌의 구성을 조사하기 위한 도구를 만드 는 것이라고 연구원은 말한다. 다른 과학자들도 장애인들을 도와주기 위해 마이크로전자공학의 응용쪽으 로 이미 움직이고 있다. 애틀란타의 과학자들은 초소형 유리전극을 사지 마 비 환자의 대뇌피질에 심어 신경이 안에서 자라게끔 했다. 송신기를 부착해 환자는 컴퓨터 화면에 있는 커서를 단지 생각만으로 움직일 수 있다. 사이보 그의 출현은 동물들의 일부를 사용하는 기계의 출현을 좀더 가깝게 했다. 소 형화되는 전극의 발달로 과학자들은 살아있는 생물학적 구성요소 를 가진 장 치를 개발하려고 동기를 얻었다. 그밖에 Eddinburgh Modular Arm Systems, Anthroform Arm Project, Freehand Systems, Body-powered Prosthesis, Electrically-powered Prosthesis, osmetic Restoration, Lower Limb Prosthesis products, 스텔락의 외골격 Exoskeleton (1998) 등의 사례가 있다. 생체신호 인터페이스 및 신호처리 기술 동향 - 선진외국의 경우 1970년부터 중점적으로 기술투자 - 의료기 산업체에 부설연구소 설치 연구병행 - Health care 분야 급속히 전개 - 미국 듀크대학: 생쥐의 뇌파신호를 검출하여 자율동작에 사용하는 기술개발 - 영국: 인간의 근육동작을 검출하여 인공팔을 동작시킴 - 영국 레닝 대학교 인공두뇌학 교수케빈 워윅(Kevin Warwick): 1998년 자신 의 팔에다 실리콘 칩을 삽입, 말초신경에 전달된 전기충격에 반응하여 컴 퓨터에 신호를 보내고, 아내의 칩으로 신호를 보내는 실험 - 미국 뇌파로 조작되는 비디오게임이 판매되고 있으며 전신마비 환자들이 생각만으로 휠체어를 운전할 수 있는 제어기술 뇌작동제어 분야의 전문가들은 20~30년 뒤에는 비행기 조종사가 손 대신 에 단지 머릿속의 생각만으로 조종간을 제어할 날이 올 것으로 예측되고 있 다. 미 국과 일본은 이미 국가적 차원에서 인공두 뇌 개발을 위 한 대규모의 뇌 연구 프로젝트를 가동하고 있다. 우리나라에서도 지난 1998년부터 10년 계획 으로 4천여억 원을 투자해 '뇌연구 촉진 시행계획'을 추진,인간 뇌의 이해와 - 218 -
인공두뇌의 개발에 본격적으로 뛰어들었다. 영국의 미래학자 이언 피어슨 박사는 오는 2030년쯤 컴퓨터와 인간 두뇌 가 결합하는 제 3의 혁명이 일어나 사람처럼 생각하는 뛰어난 인공두뇌가 탄생할 것이라고 예견한다. 앞으로 컴퓨터는 생활의 일부에서 더 나아가 인 간의 신체 일부가 될 전망이다. 심지어 컴퓨터와 인간이 결합한 새로운 인간 이 탄생하지 않을까? 뇌의 특정부위가 우리의 사고와 행동에 어떻게 작용하 는 가를 파악하면 상당 부분 뇌의 신비가 풀어지고 21세기 안에 인공뇌를 장착한 사이보그 가 등장할 것으로 전망되고 있다. <뇌연구 분야 기술실현 예측> 2008년 인공지능 센서를 장착한 마이크로 로봇 출현 2009년을 예측하 고 있다. 컴퓨터 칩을 통해 아내에게 의사를 전달하는ꡐ사이보그 부부ꡑ가 탄생할 전 망이다. 선데이타임스는 영국 레딩대 케빈 워위그 교수가 아내 이레나 팔에 컴퓨터 칩을 이식, 감각이나 움직임을 칩을 통해 의사를 교환할 수 있도록 할 계획이라고 보도했다. 워위그 교수는 본인과 아내 팔꿈치 바로 윗부분 신 경섬유에 2인치 (5cm) 길이의 실리콘 칩을 수술을 통해 부착할 계획이다. 이 칩은 전원과 튜너, 전파교신기 등을 내장하고 있 다. 워위그 교수는 서로 다 른 두 사람의 뇌가 어떻게 상호작용할 수 있는 지를 보여주는 게 목적이라 고 설명했다. 워위그 교수 두뇌에서 나오는 신호는 칩에 의해 전파로 전환되 어 컴퓨터에 송신되며 컴퓨터는 이를 아내 팔에 달린 칩으로 전달한다. 워위 그 교수는ꡒ손가락을 움직이면 이 신호가 곧바로 아내에게 이어져 역시 손 가락을 움직이게 할 수 있을 것ꡓ이라고 말했다. 또ꡒ감정도 신경을 자극하 기 때문에 분노 흥분 등도 주고받을 수 있을 것ꡓ이라고 덧붙였다. 마치 신 경계에 플러그를 단 격이다. 컴퓨터 칩 삽입 수술을 담당할 의사들은 이번 실험이 반신불수 환자들에 게 희망을 주기를 기대하고 있다. 반신불수 환자들은 손상된 조직이 기능은 하지만 뇌가 보내는 신호에 접촉할 수 없기 때문에 불구가 되는 데,ꡐ사이보 그 부부ꡑ실험이 성공적으로 끝난다면 인공적으로 신호를 전달하는 방법에 출구가 열리는 셈이기 때문이다. 정보통신업계 종사자들은 이 연구가 군 사적 목적으로도 활용될 수 있을 것으로 전망했다. 사람 몸의 신경세포와 전기화 학신호를 서로 주고받으며 반응하는 실리콘 칩은, 무선통신을 통해 몸 밖의 컴퓨터나 다른 사람 몸의 실리콘 칩과 신호를 소통할 수 있다. 그는 이런 기 계장치가 악용될 수 있는 윤리문제에 대해ꡒ과학기술이 란 늘 양 면 성을 피 할 수 없다ꡓ며ꡒ잘 이용하면 파킨슨병 등 신경질환의 치료에 크게 도움이 될 것ꡓ이라고 말했다. 그는 또ꡒ사람과 기계를 직접 연결해 기계의 지적 능력 - 219 -
을 지배하지 않는다면 기계는 앞으로 실제적 위협이 될 것ꡓ이라며ꡒ이 때 문에 뇌에 실리콘 칩을 이식할 필요가 있다고 믿는다ꡓ고 덧붙였다. MIT대 에서 연구 중인ꡐ입는 컴퓨터 (Wearable computer)ꡑ도 옷처럼 둘둘 말 수 있 는 컴퓨터를 제작, 신체 반응 등을 디지털 신호로 바꿔 전달한다는 의미에서 같은 방향을 겨냥하고 있다. 최근 로봇 분야에서 가장 활발히 진행되고 있는 연구는 기계와 살아있는 생명체의 뇌를 결합하는 일이다. 뇌의 모든 기능을 그대로 재현해낼 수 있는 기계를 최종 목표로 둘 때 그 중간단계쯤 되는 셈이다. 영국 듀크대 미구엘 니콜리스 교수팀은 원숭이를 이용한 `사이보그' 연구를 진행하고 있다. 연구 팀은 지난해 원숭이의 뇌가 활동할 때 나오는 전기신호를 이용해 로봇팔을 움직이게 하는 데 성공했다. 연구팀은 원숭이 대뇌 피질 6군데에 머리카락 굵 기의 전극을 삽입해 원숭이의 미세한 명령전달 신호를 잡아낸 뒤, 이를 분석 하는 마이크로칩을 거쳐 원숭이가 움직이는 대로 로봇팔을 작동시킨 것이다. 연구팀은 현재 마이크로칩을 원숭이 몸 안에 넣어 무선으로 로봇팔을 움직이 게 하는 연구를 진행하고 있다. 독일 튜빙겐대 닐스 비르바우머 교수팀은 지멘스 등 기업의 지원을 받아 인간의 뇌파를 이용한 로봇을 연구하고 있다. 연구팀 은 1999년 두피에 전극 을 연결한 뒤 생각만으로 컴퓨터 화면의 커서를 움직여 글자를 고를 수 있 다는 것을 보여줬다. 척추 신경이 마비된 장애인들의 팔다리를 움직이게 하 는 보조기구에 적용되는 등 뇌파를 이용한 연구는 상당히 진척된 상태다. 국내 동 향 생체신호를 이용한 로봇시스템 기술 동향 - 자동, 반자동 의수족 개발 : 대한의수족연구소 - KIST : 생체신호 이용한 원격 master arm - 한국재활공학연구센터 : 대체 관절 개발 - LG산전, 삼성전기, 삼성전자 : 소형전원장치 개발 생체신호처리 기술 동향 - 생체전기 측정기술 : 외국기술과 동등 - 신호분석 기술 : 외국기술에 4-5년 뒤떨어짐 - 서울대 : 수동형 다채널 신경전극 개발(1998) - 220 -
국내 기술수준 분 석 생체신호 인터페이스 기술 분야 - 생체신호 계측센서 기술, 소형화 기술, 기계식 센서 및 트랜스듀서 기술, 센서 및 시스템 제어 기술: 선진국 대비 80% - 증 폭 기 및 필터 설계기술, 디지털 데이터 수집 및 관리기술, 신호분석 및 인 공지능화 기술, 원격진료 및 네트워크 통신 기술, 동화상 처리기술: 선 진국 대비 90% - 능동회로 패키징 기술: 선진국대비 50% 로봇 메커니즘 기술 분야 - 국내외적으로 메커니즘에 대한 연구미비 - 휠체어 개발 50년 역사: 개발 여지 아직 많음 Actuator, driver, 전원장치 기술분야 - 소형모터설계기술: 선진국 50% 수준 Induction motor: 국산화율 65% Brushless DC motor, Fan motor: 국산화율 50% Stepping motor, Servo motor: 국산화율 40% Coreless motor, D C M icro m otor: 2 0 % - 관련 핵심부품 분야: 선진국 40% 수준 - 전원장치: 선진국 30% 수준 인 공지체 - 인공심장: 서울의대 - 인공뼈 및 보조기: KIST - 인공피부 (폴리머): 한양대 발전 전 망 및 기대 효 과 발전 전 망 인간이 기피하는 위험한 일을 대신하기 위해 태어난 인공지능 로봇이 단 순노동에 만족할지도 의문으로 남아있다. 일부 특권층들은 몸에 인공장기를 이식하고 뇌에는 초미세 인공지능컴퓨터를 삽입한 사이보그 형태로 자신의 재산과 권력을 영원히 즐기려 하고 있다. 이들과 로봇이 손을 잡는다면 인류 - 221 -
는 그 동안 겪지 못했던 엄청난 억압에 시달리게 된다. 그렇다고 도전과 창 조, 연구와 개발을 멈출 수는 없는 노릇이다. 미래의 우리나라 로봇공학을 이끌어 갈 연구자들이 고민하는 것도 이 때문이다. 현재 수준에서는 먼 미래 의 이야기이지만 21세기 초반 50년 동안 인류가 지난 1천년간 쌓아 온 과학 기술보다 더 많은 기술혁명을 이룩할 것이라는 많은 학자들의 전망이 헛된 말이 아니듯 21세기에는 인간의 권위에 도전하는 로봇을 통제하는 기술이 인류복지와 떼놓을 수 없는 중요과제가 될 것이다. 미국 노스웨스턴대 재활 연구소 페르디난도 무사 이발디 교수는 한걸음 더 나아가 지난해 로봇이 생 물체 뇌와 명령신호를 주고받으면서 스스로 움직이게 하는 데 성공했다. 그 는 ꡒ이 원리를 이용하면 5년~7년쯤 뒤엔 척추나 팔다리에 손상을 입은 장 애인들도 복잡한 동작은 아니더라도 마비된 팔다리를 움직이게는 할 수 있 을 것ꡓ이라고 말했다. 현재까지 신체의 일부 기능을 대신하는 로봇팔 등은 손상된 부분에 남아있는 신경과 근육의 일부를 이용하는 방식이다. 영국의 미래학자 이언 피어슨 박사는 오는 2030년쯤 컴퓨터와 인간 두뇌 가 결합하는 제 3의 혁명이 일어나 사람처럼 생각하는 뛰어난 인공두뇌가 탄생할 것이라고 예견한다. 앞으로 컴퓨터는 생활의 일부에서 더 나아가 인 간의 신체 일부가 될 전망이다. 심지어 컴퓨터와 인간이 결합한 새로운 인간 이 탄생하지 않을까? 뇌의 특정부위가 우리의 사고와 행동에 어떻게 작용하 느가를 파악하면 상당부분 뇌의 신비를 풀어지고 21세기 안에 인공뇌를 장 착한 사이보그 가 등장할 것으로 전망되고 있다. <뇌연구 분야 기술실현 예측> 에 의하면 2008년 인공지능 센서를 장착한 마이크로 로봇이 출현하 여, 움직임을 칩을 통해 의사를 교환할 수 있도록 할 계획이라고 전망하고 있다. 기대 효 과 정책적 측면 기술, 경 제 산업적 측면 - 장애인 활동능력 증진으로 사회복지 향상 - 장애인의 사회참여 기회 확대 증진 - IT, BT, NT 분야 시장확 대 - 첨단 기술 선진화 - 관련 산업 분야 수출증 대 - 부품 소재산업의 활성화로 산업저변 확대 - 응용제품 개발기간 단축 작업효율 향상 - 정밀기기의 첨단산업화에 따른 기반기 술 확보와 기술발전 - 첨 단의료 장비의 기술 경쟁 력 확 보 - 222 -
2. 3. 2 원천 기술분 야 2. 3. 2. 1 기구 및 제어 기구 (Mechanism) 개 요 Mechanism Technology는 로봇의 기계 관련 총 기술을 뜻하는 것으로서, 로봇 Mechanism을 위한 해석, 설계, 제작, 시험 관련 모든 기술을 나타낸다. 로봇 의 고속, 정밀 구동 및 제어를 위해서는, 구동을 위한 고강성의 경량화 구조 뿐만 아니라 정적, 동적 해석을 통해 원하는 바대로 로봇을 제어할 수 있도록 하는 역할을 한다. 그리고, 각각의 적용 작업에 적합한 End Point 동작을 위해 서는 Hand Mechanism 기술이 또한 필수적이다. 그리하여, M echanis m 기술은 로 봇의 전체 시스템을 결정하는 중요하고 기본적인 기술이라고 할 수 있다. 그 리고, 로봇 Mechanism은 Mechatronics 관련 정밀 Mechanism이므로, 로봇 Mechanism 기술 개발을 통해 정밀 Mechatronics 기계 기술 개발을 아울러 구 현하므로, 전체 기계 산업체에 미치는 영향이 매우 크다고 할 수 있다. 로봇의 Mechanism Technology는 다음의 표 61, 62와 같이 분류할 수 있다. < 표 61> M echanism Technology 구분 (1) 구 분 세 부 기 술 로봇 M anipulator 해석 및 설계기술 주행 구동체 해석 및 설 계 기술 - M odelling, F EM 통한 강 성 해 석 및 최적 설 계 기술 - Kinematics 및 Dynamics 해석 기술 (관절부 반력, 중력 보상 해석 등) - Arm Link 구조 설계 기술 직교 Type, SCARA 및 수평 다관절 Type 수직 다관절 Type (Parallel Link, 5관절 Link, Hyper DOF Link 등 - 모터 및 감속기 선정을 위한 설계 기술 부하 Pattern 설 계, 속 도 및 가속도 계산, 반 력 및 토 크 계산 등 - 동력 전달 구조 설계 및 부품 설계 기술 Timing Belt, Wire 및 Gear를 통한 동력 전달 구조 및 부품 설계 기술 - Mobile Type, 보행 Type 등의 구동체 Mechanism 해석 및 설계 기술 - 회전 방지 및 슬립 방지 등의 주행 Mechanism 해석 및 설계 기술 로봇 H and 해석 및 설 계 기술 로봇 Mechanis m의 핵심 부품 (모터 및 감속기) 개발을 위한 설계 기술 - 다 기능 및 고 기능의 Sm art Hand 해 석 및 설계 기술 - 회전 운동 모터 (AC, DC, DD Motor 등)의 해석 및 설계 기술 - 직선 운동 모터 (Linear Motor)의 해석 및 설계 기술 - 감속기 (Harmonic Drive, RV 감속기, Ball Screw 등)의 설계 기술 - 223 -
< 표 62> M echanism Technology 구분 (2) 구 분 세 부 기 술 로봇 M echanis m 의 성능, 내구성 시험 및 신뢰 성 평가 기술 - 성능 시 험 기본 기능 시험: 기본 기능 시험 및 각종 Utility 기능 확인 성능 시험: ISO 규격 기준의 Pose 및 Path 특성 성능 평가 개발품 평가 시험: Arm 응력, 강성, Motor 온도 특성 등 평가 - 내구성 시험 부품 평가 시험: 감속기, Motor 및 Harness 부품 평가 가속 수명 시험: 100% 부하 및 100% 속도의 조건에 의한 내구시험 - 신뢰성 시험 Impulse Noise 시험: 전원선에 Impulse Noise를 가한 후 동작 확인 Surge 시험: 전원 선과 제어 선에 Surge 전류를 가한 후 동작 확인 내열 시험: 70 이상의 내열 환경 조건에서 로봇 성능 확인 내한 시험: -25 의 내한 환경 조건에서 로봇 성능 확인 온, 습도 Cycle 시험: 일정 범위의 온도, 습도에서의 로봇 동작 확인 진동 시험: 일정 진폭을 가진한 후 로봇의 진동에 대한 내성 평가 기술개발 필요성 로봇에 있어서 Mechanism은 기본 Hardware로서 로봇의 동작을 위해서는 매 우 필수적인 구성 요소이다. 이러한 로봇 Mechanism을 설계하기 위해서는 Mechanism Technology가 갖춰져야 하는 것은 두말할 필요도 없다고 할 수 있다. 기존의 산업용 로봇은 직교 형태 혹은 스칼라 형태나 다관절 형태가 주 류를 이룬다. 관절이 직렬로 연결된 형태로 고부하가 작 용 하는 작업에는 로봇 의 구동 용량과 기구부가 상대적으로 커지게 된 다. 즉 용량이 더 큰 모터와 감속기를 사용하므로 관절의 부피와 중량이 커지고, 이들이 다시 작업 하중으 로 작용하는 악순환으로 로봇의 구동 용량과 기반 하중을 키우는 데 큰 제약 이 된다. 또한, 직렬형 관절은 오차가 누적이 되어 반복정밀도가 떨어지는 단 점이 있다. 이러한 문제 해결을 위해 병렬형 로봇에 대한 연구 개발이 되고 있으나 고가이고 작업반경의 제약 및 제어의 어려움이 존재한다. 그리하여, 로봇이 고강성을 가지며 고속, 고정도의 작업을 수행하기 위해서는 경량화와 아울러 단순화 및 효율적인 구동 계통을 위한 최적 설계가 요구되어진다. 로봇 Mechanism의 정확한 해석과 적절한 설계는 고정도를 요하는 제어에 도 영향을 미치게 된다. 그리고, 산업체 현장에서의 고기능화 및 고생산성이 증가함에 따라 로봇 끝단에 설치된 Hand의 Mechanism이 복잡해지고 중량이 증가되므로, 로봇의 각 관절부에 가해지는 반력이 증가하고 고속 제어에도 큰 영향을 미치고 있다. 그리하여, 로봇의 고속, 고기능화 및 다기능화를 위한 - 224 -
Advanced M echanism의 해석, 설계 기술 및 이러한 성능을 입증하기 위한 시 험 기술이 필요한 실정이다. 비산업용 로봇은 워낙 용도가 다양하므로, 그 용도에 따라 Mechanism이 다양하고 복잡하다고 볼 수 있다. 비산업용 로봇의 Mechanism은 구조상, 다 관절의 Arm 및 Hand 관련 Mechanism과 이동체 관련 Mechanism으로 나눌 수 있다. 현재까지 로봇의 이동체로는 바퀴 구동이나 체인 구동이 거의 대부 분이며, 굴곡이 지고 요철과 계단이 있는 인간 생활 환경이나 바퀴 구동의 M obile Robot이 이동할 수 없는 장소에서는 인간과 유사한 구조를 갖는 보행 Mechanism이 고려될 수 있다. 비산업용 로봇의 다관절 Arm 및 Hand 관련 M echanism 은 산업용 로봇과 유사하나 주로 경 하중 의 다 기능용 으 로 설 계되 는 면에서는 상이한 구조를 필요로 하고 있 다. 그리고, 특히 이동체 관련 Mechanism은 AGV와 유사한 구조도 있으나, 완전히 상이한 구조를 요구하는 적용 대상도 있으므로 별도의 Mechanism 개발이 요구되어지고 있다. 특히, 경하중의 정밀 작업을 위한 소형 특수 로봇 및 감속기 개발이 필요하며, 인간 과의 접촉이 많은 분야에서는 안전을 위한 성능 및 신뢰성 시험을 수행하고 상품화 시 검증할 기관이 필요하며 아울러 효과적이고 철저한 시험을 위한 시험기술 개발 및 시험 검증 체계가 필요할 것이다. 주 요 선 진 국의 기술현 황 및 국내현 황 산업용 로봇 일 본 대기업 주도로 산업용 로봇의 지속적인 기술개발로 다음과 같은 성능 향상을 추구하고 있다. - 미관을 고려한 팔의 설계 및 제조 기술 개선 (Manual화) - 광범위한 작업 공간을 위해 병렬형에서 직렬형 Link 적용 추세 - 다양한 작업에 적합한 다기종의 효과적인 설계 및 제조를 위해 조립용 소 형 Modular Arm을 개발했으며 타 기종으로 확대 - 다관절 로봇 팔의 고속, 경량화를 위한 최적 설계기술 개발 - 반도체 Clean room용으로 Tele-scopic Scara형 Link 개발 - 대용량의 LCD/PDP 작업용으로 1Motor 구동 의 2 관절 형 L ink 개발 - 팬터그래프 형태의 새로운 구동 메커니즘을 갖는 로봇 팔에 대한 연구 - 구동 모터의 소형화, 효율화 및 핵심 부품의 Module화 추세 - 225 -
구 미 - 스웨덴의 ABB사가 대기업에서는 유일하게 고성능의 산업용 로봇을 꾸준 히 개발하고 있고, Parallel L ink 구조에서 병렬형 구조로 적용 - 미국은 Adept사가 DD 모터를 사용한 고성능 SCARA 로봇 구조로서, 일 반 조립용의 System Application 기술 우수 - 구미에서는 중소기업에서 다품종 소량이며 고가격의 반도체용 로봇을 개 발하여 (Tele-scopic Scara형 Link) System 업체에 공급 국내 현황 및 기술 수준 - 대형 다관절 로봇: 대우중공업에서 Kawasaki 기술 제휴 및 독자모델 개 발 통해 선진 로봇 기술을 보유했으나 사업성의 이유로 로봇 개발을 포기 했고, 현대 중공업에서 기술을 보유하고 있으나 병렬형 Link Type 수준 에서 10년 전의 일본 로봇 Mechanism 기술의 모방 단계이므로, 고급 로봇 기술인 직렬형의 대형 다관절 Link 해석, 설계 기술이 취약함 [122, 123] - 소형 조립용 로봇: 삼성전자에서 기술 보유 및 Version-up 계속 - 직교 및 스칼라 로봇: 중소기업에서 기술 보유하므로 취약함 - 반도체용 로봇: 다품종 소량이므로 중소기업에서 개발을 주도하므로 기술 인력 및 기술력 부족함. Wafer의 크기가 커지고 (200mm 300mm) LCD/ PDP의 크기가 증가함에 따라 대 용량을 수용하는 경량형의 Telescopic Scara형 L ink M echanism 과 1 M otor 구동 의 고 강 성 2 관절 형 L ink 개발이 필요한 단계임. - 대하중용 다관절 로봇 Mechanism의 동적 해석 기술은 보유하지 못함. - 새로운 메커니즘 구조를 갖는 로봇 팔에 대한 연구가 매 우 부족 함. - 중하중 및 대하중 다관절 로봇 팔의 설계/해석/제조 기술은 미흡함. - 로봇의 성능 및 내구성 시험을 위한 장비가 부족하고 신뢰성 시험 등의 체계가 정립되어 있지 않으며, 시험 인증 규격이 미비되어 있으므로 이의 보완이 시급한 실정임. 시사점 - 선진국, 특히 일본에 비하여 산업용 로봇 팔의 성능 및 구동 메커니즘 설 계기술은 현재 현저히 떨어져 있고 개발에 대한 상대적 투자도 작아서 현 단 계에서 기술개발에 대한 투자가 꾸준히 이루어지지 않으면 산업용 로봇 - 226 -
팔 시장의 일본 제품 점유율이 더욱 커질 것이다. - 중 대 하중 로봇 팔 메커니즘의 설계/해석/제조 기술은 Controller와 같 은 전자 기술보다 단시간에 향상시킬 수 있어서 단계적 연구개발이 요구 된다. - 국내 대기업에서는 사업성의 이유로 로봇 개발을 포기 내지는 축소하고 있으며, 중소기업에서 나름대로 전문화를 추구하고 있으나 개발 인력 및 기술력 부족으로 선진국 대비하여 극히 취약한 구조를 갖고 있다. - Clean-room 로봇 팔이나 반도체용 정밀로봇과 같 은 고 부가가치 를 창 출할 수 있는 고성능 로봇 개발이나 새로운 메커니즘의 로봇 개발이 시급하다. - 일본기업에 비하여 상대적으로 기술력 및 자금능력이 떨어지는 국내 기업 만으로 일본 기술을 따라 잡기는 매우 어렵고, 따라서 장기적으 로 업 체 간 의 컨소시엄과 정부의 지속적인 지원이 필수적이며 학계와 기업의 긴밀한 기술교류 및 협동연구가 필수적이다. 그리하여, 국가 차원에서 Mechanis m 기술을 포함한 로봇 기술 개발을 위한 로봇 R&D Center를 건립하여 체 계적으로 연구, 개발 및 시험 기술을 개발, 관리함으로써 로봇 기술을 발 전, 파급시킬 필요가 있다. 비 산업 용 로봇 서비스 로봇 [124] - 선진국에서는 이미 오래 전부터 대학교 및 벤처기업 위주로 서비스 로봇 을 개발해 왔으므로 각 용도에 적합한 Mechanism 기술을 개발해 왔다. - Medical Robot용으로는 기존의 상업용 로봇 Arm을 기반으로 경량화 및 고정도의 Manipulator와 다기능의 Smart Hand를 개발하여 이 미 수술용 으로까지 발전했으며, 향후 복지용으로 연구개발이 더 욱 활 발할 것이다. - Personal Robot 및 Entertainment Robot용으로는 대량 수요를 목표로 적 극 개발 중이며 용도도 다양하여 Mechanism 기술로는 전방향 Wheel M echanis m 기술, 비 평탄 면 극복형 이동체 기술, 경량 고속 이동체 Mechanism 기술 등의 소형 정밀용 첨단 M echanis m 기술을 개발하고 있 다. - 방재용, 수중작업용, 우주용, 원자력용과 같이 극한 작업용과 군사용에서까 지 로봇 적용이 이루어지고 있으며, 이에 필요한 M echanism 기술로는 평 행 주행 장치, 무한궤도 이동체, 경량 저소음 이동체 기술 등이 있다. - 227 -
국내 현황 국내에서는 KIST 주관으로 서비스용 로봇 및 군사용 로봇을 개발하고 있 고, 원자력연구소 주관으로 원자력용 로봇, 그리고 생기원 및 로봇 연구 조 합 주관으로 퍼스널 로봇을 개발하고 있 고, K AIST 주 관으 로 복 지형 로봇을 개발하고 있으므로, 관련 Mechanism 기술을 개발하고 있 다. 그러나 선진국 과 대비하여 기술력이나 투자 규모 면에서 뒤지므로 체계적인 투자 하에 연 구, 개발을 통해 관련 로봇 및 M echanis m 기술을 더 욱 개발할 필요가 있 다. 이족 보행 로봇[125] 일본 - (주)혼다는 1997년도 세계에서 처음으로 인간의 형태 및 보행동작이 유사 한 휴머노이드 로봇인 P2 로봇을 선보이고, 1999년도에는 P3 로봇, 그리고 2000 년도에는 Asimo로봇을 발표 현재 보유기술수준: 보행속도: 2 (km/hour)의 고속 보행 다리부의 지지 능력: 47Kg ~ 130Kg 보행특성: 보폭 및 속도 가변가능, 계단 승강 가능 구동 메커니즘: 하모닉 드라이버를 이용한 구동메 커니즘 - (주)소니는 2000년도 말에 SDR-3X라는 전장 50(cm)의 소형 이족보행 Entertainment Robot을 개발하여 발표 현재 보유기술수준: 보행속도: 15 (m/min)의 고속보행 다리부의 지지 능력: 5Kg 보행특성: 경사면 보행가능 구동 메커니즘: 자체 개발한 모듈형 소형 구동기 - 동경대학, 와세다 대학 및 일부 대학에서 휴머노이드 로봇 개발의 일환으 로 연구개발 중이나 (주)혼다와 (주)소니의 로봇에 비하여 성능 미비 미국 - 미국은 가정용 및 복지생활 향상을 위한 서비스로봇에 주력하고 휴머노이 드와 같은 로봇의 메커니즘 개발에는 상대적 관심도가 낮음 - 228 -
- M IT 대 학의 L eg L ab. 에 서 정 부과제 및 자 체 수행 으 로 보 행 로봇을 연구 개발하고 있고 초기 보행결과가 보고되었으나 주)혼다의 보행성능에 비해 떨어짐. 국내 현황 및 기술수준 - 삼 성 종합 기술원에서 소형 보행 로봇을 개발하여 금 년 초 에 발표 - (주)다진에서 2000년도에 보행로봇인 루시를 개발하였으나 소형의 완구형 으로 RC모터를 구동기로 사용하고 단순보행 가능 - KIST에서 개발한 반인 반마형 로봇인 센토는 사족보행기를 채택하여 보행을 시도하였음. - 대학에서는 인하대학에서 소형으로 개발한 IWR 로봇이 존 재 하나 상 용 AC 서보 모터와 감속기 사용으로 자율형 형태가 아님 - 해양대 공대에서 볼 나사를 이용한 구동 메커니즘의 개발과 함 께 10 자 유 도 보행 로봇을 개발하였음. 각 구동 모터는 90W이며 50Kg의 자중을 지 지하며 보행 가능함 시사점 - 정부주도보다는 이윤을 추구하는 일본의 기업들이 앞다투어 보행 가능한 휴머노이드 로봇 연구개발에 막대한 투자를 하는 것은 이 시장의 전망이 매우 밝기 때문이다. - 휴머노이드 로봇에 참여하는 일본 기업은 기술투자가 높은 안정된 대기업 이며 막대한 연구비와 10년 이상의 연구기간 동 안을 투 자 하였 다. - 혼다와 소니의 보행로봇의 핵심기술 중의 하나는 구동 메커니즘이다. 소형 모터로 고중량의 몸체를 지지하며 보행하거 나 인 간의 보행속도를 내는 구 동 메커니즘의 개발 없이는 보행로봇의 개발은 불가능하다. - 일본기업에 비하여 상대적으로 기술력 및 자금능력이 떨어지는 국내 기업 만으로 일본 기술을 따라 잡기는 매우 어렵고, 따라서 장기적으 로 과감 한 정 부의 지원이 필수적이며 학계와 기업의 긴 밀 한 기술교 류 및 협 동 연구가 필수적이다 - 229 -
< 표 63> M echanism 기술 연구개발 목표 및 내용 구 분 산업용 로봇 비산업용 로봇 연구 목표 고부가가치를 창출할 수 있는 반도체 용 정밀로봇이나 기존의 다용도 로봇 에 비해 고하중 Palletizing 로봇 팔이 나 고토크를 갖는 가공 로봇과 같은 산업용 고성능 로봇 팔 및 이의 메커 니즘을 개발 현재 개발된 최고 성능의 일본 (주)혼다의 As imo 로봇과 같은 휴머노이드의 보행을 수행하는 고성능의 이족 보행 로봇의 구동 기 및 구동 메카니즘보다 성능이 우수한 새 로운 구동 메카니즘을 개발 연구 내용 - 고정밀 반복도가 높은 새로운 관절 구동 - 중형 로봇의 구동 기구에 있어서는 세계 기 개발 최고의 (주)혼다 Asimo 로봇의 47Kg - 고토크와 고강성을 갖는 새로운 소형 중량 지지와 보행 기구부의 2Km/hr의 관절 구동기 개발 두배 이상의 보행속도와 이 속도에서도 - 작은 구동 용량으로 고토크와 고강성 안정성을 유지할 수 있는 보행 메커니 으로 대형물 작업이 가능한 다관절 즘의 개발. 로봇의 개발 - 대형 로봇으로는 (주)혼다 P3로봇의 130Kg - 반복 정밀도가 기존의 로봇보다 훨씬 높은 정밀 다관절 로봇의 개발 - 저전력 소모의 효율성 높은 관절 구동 메커니즘을 갖는 기구부 개발 - 소형 경량화 다관절 팔의 기구부 최적 설계 및 동적 해석 기술 개발 - 대형 고강도 다관절 팔의 기구부 최적 설계 및 동적 해석 기술 개발 - 로봇 Mechanism의 성능, 내구성 시험 및 신뢰성 평가 기술 이상의 중량 지지와 보행 기구부의 2 Km/hr의 두배 이상의 보행속도와 이 속 도에서도 안정성을 유지할 수 있는 보행 메커니즘의 개발. - 특허권을 침해하지 않도록 P3 혹은 Asimo 로봇의 구동 메커니즘과는 다른 새로운 형태의 메커니즘의 개발 - 저전력 소모의 효율성이 높은 보행 메 커니즘을 갖는 기구부 개발 - 고경량 다리부 설계 및 해석 기술 개발 - 230 -
Mechanism Technology Roadmap 산업용 로봇 Manipulator 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Modular Arm Light Weight Arm Dexterous Arm 대형 Serial Type Arm 다기능 Serial Type Arm Hand 2 Link Synchronized Type Arm with 1 Motor Light Payload Telescopic Arm Precise Multi-purpose Hand Hyper DOF Arm Heavy Payload Telescopic Arm Smart Hand Test 성능 시험 기술 개발 내구성시험기술개발 신뢰성 시험 기술 개발 및 평가 체계 비산업용 로봇 Medical&Welfare Robot Personal Robot & Entertainment Robot Multi DOF Manipulator Dexterous Robotic Hand & Finger Compact Multi-purposed Hand 경량화 Arm 설계/제작 기술 비평탄면 극복형 이동기구 설계기술 전방향 Wheel Mechanism 해석/설계 기술 Modular/Reconfigurable Manipulator & Hand Dexterous Manipulator & Hand Dexterous Robotic Hand Modular Smart Arm 설계/제작 기술 2족 보행Mechanism 해석/설계 기술 소형, 고성능 Mobile Manipulator 설계 기술 소형, 고출력 모터/드라이버 및 경량 고정밀 감속기 해석/ 설계/제조 기술 <그림 110> 산업용 로봇 Mechanism 기술개발 TRM Mechanism Technology Roadmap 비산업용 로봇 군사용 로봇 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 경량, 저소음 궤도장치 설계기술 밴드형 궤도장치 설계기술 수중 작업용 로봇 수중 6족 보행장치설계기술 전자기식 독립형 직구동 작동기 기술 가변/ 지느러미형 추진장치 설계기술 방재용 로봇 무환 궤도 이동기구 설계/제작 기술 형상가변 무환 궤도 이동기구 설계/제작 기술 Pressure Resistant 구조 해석/설계 기술 원자력용 Robot 평행 주행 장치 해석/설계 기술 장애물 승월용 장치 해석/ 설계 기술 무환 궤도 이동기구 설계/제작 기술 형상가변 무환 궤도 이동기구 설계/제작 기술 4각 보행Mechanism 해석/ 설계 기술 Intelligent Vehicle 로프/스프레더 핸들링 기구 기술 Arm/스프레더 핸들링 기구 기술 Arm/Gripper 설게 기술 경량화 Wheel 구동 Mechanism 다방향 크랩 구동 Mechanism 자유 방향 구동 Mechanism 기술 Autonomous Robot 평행 주행 장치 해석/설계 기술 가변 주,보행 장치 해석/설계 기술 고속 보행 장치 해석/설계 기술 <그림 111> 비산업용 로봇 Mechanism 기술개발 TRM - 231 -
제어 (C ontrol) 개요 및 필요성 로봇은 개념적인 정보를 실제적인 행동이나 동작으로 변환하는 기계로 볼 수 있으며 이러한 관점에서 제어기술은 로봇의 가장 근간이 되는 기술이라 할 수 있다. 로봇이 사용되는 분야나 원하는 목적에 따라 제어하는 기술은 여 러 분야로 나뉘어 발전되어 왔다. 로봇이 최초로 이용된 산업용 로봇의 반복 작업에 주로 이용되었던 위치제어 방법으로부터 최근의 인간과 더불어 공존 하는 서비스로봇에 이용되는 지능제어 기법 까 지 분야에 따라 다양하게 연구 개발이 되고 있다. 또한 제어 사양도 초기에 사용되었던 정밀도와 속도의 측 면에서 자율성과 적응성 그리고 안정성을 요구하는 것 으 로 바뀌어지고 있다. 다양한 로봇 응용분야에 따라 이에 적합한 제어 기법과 설계사양이 요구되 고 있으므로 단일 목표를 제시하는 것은 힘들다. 이에 따라 체계적인 분석과 설 계기법에 대한 연구 개발이 필요하다. 이러 한 제어 기술은 로봇 응용분야는 물론 이와 유사한 다양한 자동화 분야에도 확장이용이 가능하다. 제어 기술의 독자적인 개발은 국내 산업 기술력 확보와 국제경쟁력에 우위를 가지면서 로 봇 기술을 안정되게 자라날 수 있게 한다. 국내외 동 향 및 시 장규 모 국외 제어 기술의 개발과 현 황 국외의 로봇 제어 기술은 1940년대 중반의 원격조작기의 제어와 1950대의 NC machine의 제어 그리고 1950대 중반의 Devol과 Engelberg에 의한 산업 용 로봇의 제어로부터 시작되었으며 그후 1970대의 Stanford대학교와 MIT에 서 의 체 계적이고 본격적인 연구로 발전되었다. 그후 ISIR (지금의 ISR)학술대 회와 IEEE - ICRA 학술대회의 시작으로 로봇 제어와 관련된 국제적인 교 류 가 시작되었으며 미국과 일본에 RIA와 JIRA (현재의 JARA)가 설립되었다. 국가별 대표적인 제어관련 연구기관과 관련된 로봇제어기술은 다음과 같다[ 126]. 미국 - M IT: 지능로봇 제어기법, M an- machine interface - UC Berkeley: 마이크로 로봇 제어, Exoskeleton 제어기술 - Carnegie M ellon: 이동로봇 제어기술, Visual s ervoing - 232 -
- Sandia National Lab: 센서이용 제어기술, 마이크로 로봇 제어기술, 자동화 기술 - Oak Ridge National L ab: 핵처리용 로봇제어기술 일본 - Tuskuba 대학: 바퀴형 이동로봇 제어기술 - M EL : 원격로봇기술 - ETL: Man-machine interface - Waseda 대학: 휴먼로봇제어기술, 이동메카니즘 제어기술 - 동경대학: 휴먼로봇제어기술 - 동경공업대학: 이동메카니즘 설계 및 제어기술 유럽 - 영국: 오락용 로봇 제어기술, 장애인용 로봇 제어기술 - 독일: 우주탐사용 로봇제어기술, 로봇 핸드 제어 기술 - 프랑스: 장애인용 로봇 제어기술, Visual servoing - 이태리: 의료용 로봇 제어기술 국내 제어 기술의 개발과 현 황 국내의 로봇 제어 기술은 1970년대 말 NC machine 제어기의 개발 그리고 원통형 로봇의 제작과 이에 필요한 제어기의 개발에 서 시작되었으며 이 무렵 의 컴퓨터 기술이나 제어부품 기술등의 부족으로 기본적인 제어 방법만이 구현되었다. 1980년대 중반의 SCARA로봇의 개발과 국책 과제인 사각보행로봇 의 개발로 로봇에 대한 실제적인 제어연구가 시작되었으며 그 후 로봇관련 제어 기술은 단편적으로 진행되었고 1990년대 중반의 휴머노이드 로봇이 비 교적 큰 규모의 체계적인 로봇관련 제어 기술 연구라 할 수 있 다. 현재의 로 봇 전문가 집단과 제어 기술 인력은 제어자동화시템공학회의 통계를 통해서 볼 때 인 적 구성과 기술력으로 볼 때 국제적인 경 쟁 능력 이 충 분 하다 고 판 단 되고 있다. 로봇 제어를 포괄적인 의미로 확대하여 국내의 산업체와 연구기관 그리고 대학에서 진행되고 있는 로봇 제어 분야를 분류하면 다음 표 64, 65와 같다. - 233 -
<표 64> 로봇 제어분야 분류 (1) 응용분야에 의한 분류 산업용로봇: 운반용, 용접용, 조립용, 서비스로봇: 오락용, 재난 방재용, 의료용, 장애인용, 농업용 대상로봇에 의한 분류 직렬형 매니퓰레이터: 4축, 5축, 6축, 여유자유도 병렬형 매니퓰레이터: 두팔 로봇, 로봇 핸드, 이동로봇 (사각보행로봇, 이족보행로봇,, 무한궤도형로봇), 바퀴형 로봇 (2 바퀴형, 3 바퀴형, om ni- directional), 수중 로봇, 비행 로봇, 초소 형로봇 (마이크 로 로봇) <표 65> 로봇 제어분야 분류 (2) 제어 사양에 의한 분류 제어 정보 이용 정도에 의한 분류 생산성 (정밀도, 속도), 지능성, 자율성, 안정성, 유연성, 사용성 용이 속도제어, 위치제어, 힘제어, Hybrid 제어, Impedance 제어, 토크제어, 비선형제어, 최적제어, 강인제어, 적응제어, 반복학습제어, Fuzzy 제어, 지능제어, Visual servoing, Fault tolerance 제어, 계층제어, 분산제어, 이산사건제어 로봇제어 기술예측 1998년 미국 에너지성에서 작성한 RIM (Robotics and Intelligent Machines) Critical Technology Report는 Action Science and Technology분야에서 다음을 앞으로 20년에 걸쳐 진행되어야 할 주요 기술로 예측했다. 이 예측 기술은 에너지 (원자력)와 관련된 로봇의 제어 분야 기술이다[ 6 ]. 1 Dexterous manipulators 2 Design technique for systems with highly complex, nonlinear components 3 D eveloping s imulation and m odeling techniq ues to accurately predict the perform ance of s ys tem s and components 4 D evelopment of controllers for hum an am plification / deam plification techniques 5 M onitoring systems and design for fault tolerance for maintenance and error recovery integration of s ensors and control algoruthms 6 Development of new structural and assembly concept, control elements and actuators having higher power- to- weight ratio - 234 -
국내에서 향후 진행하여야 할 로봇 제어기술 분야를 다음과 같이 예측하였다. 이는 응용분야에 관계없이 로봇이 인간과 공존공생하는 상황을 설정하고 예측한 기술이다. 1 불확실한 환경을 인식하고 적절한 행동을 하는 지능 제어 시스템 기술 2 인간과 작업공간을 공유하며 협동작업을 할 수 있는 유연한 로봇 팔 제어기술 3 인간의 손과 유사한 섬세한 작업이 가능한 로봇 손 제어 기술 4 자율적이고 안정된 보행 메카니즘 제어 가술 5 인간과 로봇 상호 협조를 위한 대화형 인터페이스 6 고 성능 소형 구동기 개발과 제어 기술 7 고효율 배터리 개발과 전력변환 기술 Functional Module Technology Roadmap Manipulation Manipulator Modular Arm Light Weight Arm Dexterous Arm Parallel Type Arm Hyper DOF Arm Heavy Payload Tele-robot Arm Hand operation Sensor-based Finger Hand Smart Hand Control Technology 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Task Planning Cooperative Control Force Reflecting Master-Slave Control Distributed Control Interactive Control Dexterous Tele-presence Fault Tolerant Control High Precision Control Intelligent Control Mobile Manipulation Internet-based Control High Performance Small Actuator / Embedded OS <그림 112> 제어 기술개발 TRM (1 ) - 235 -
Technology Roadmap Control Technology 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Brain intelligence Multi DOF Control Learning by Teaching Self Learning EMG Reading Artificial Intelligence Vision Visual Surveying Stereo Vision Processing Face / Gesture Recognition Facial Expression / Recognition Environment Reconstruction / Understanding Real-time Object Tracking Auditory sense Sound Localization Voice Recognition / Synthesis <그림 113> 제어 기술개발 TRM (2 ) Technology Roadmap Functional Module Mobile System Omni Directional Wheel Legged Stair-Climbing Wheel-Legged Biped Wall-Climbing 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Control Technology Task Planning / Gait Control Self Localization Internet-based Navigation Multi Agent Cooperative Control Distributed Control GPS-based Navigation Wireless communication-based Navigation Interactive Control Fault Tolerant Control Adaptive Control / Robust Control Sensor-based Intelligent Control Mobile Manipulation Tele-presence / HRI Multimedia Communication Battery / Charger / Embedded OS <그림 114> 제어 기술개발 TRM (3 ) - 236 -
Technology Roadmap Functional Module Flying System Blade Controlled Flying Robot Mobile- Flying Transforming Robot Mobile- Flying Combination Robot MAV (Micro-Air Vehicle) 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Control Technology Cooperative Control Sensor Fusion and Localization Mobile Flying Cooperation Force Control Adaptive Control / Robust Control Fault Tolerant Control Learning Control Sensor-based Intelligent Control Tele-presence / HRI Autopilot Autonomous Navigation Control Multimedia Communication RF Communication Actuator / Battery / Embedded OS <그림 115> 제어 기술개발 TRM (4 ) Technology Roadmap Functional Module Submersible System SAUV(Semi-Autonomous Unmanned Vehicle) UTV(Unmanned Tracked Vehicle) UTV- AUV Combination Robot Intelligent AUV Control Technology 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 SSBL(Super Short Base Line) Based Control LBL(Long Based Line) Based Control SBL(Short Base Line) Based Control Sonar Sensor Analysis Sensor Fusion and Localization Autonomous Navigation Control Iterative Control Force Reflection Control Adaptive Control / Robust Control Fault Tolerant Control Tele-presence/ HRI Learning Control Sensor-based Intelligent Control Tracked Vehicle Manipulation Tracked Vehicle and AUV cooperation Sonar Communication Actuator / Battery / Embedded OS <그림 116> 제어 기술개발 TRM (5 ) - 237 -
2. 3. 2. 2 요소 부품 (C om ponents M anufacturing) 센 서 의 개발 및 인 터 페 이 스 회 로 설 계 개요 및 필요성 로봇은 기계 가공, 조립 및 반도체 후처리 공정들과 같은 산업용에 주로 쓰였으나 최근에는 병원 가정에서와 같이 비산업용 분야에도 확대 적용되고 있는 추세에 있다. 로봇에 있어서 센서는 외부세계의 정보를 로봇에게 전달 시켜주는 소자이므로 그 정밀도 및 가격 로봇의 성능 및 적용범위 등을 결 정한다. 센서를 대별할 때, 기존의 산업용 로봇에 필수적으 로 광범위로 쓰이 고 있는 센서들이 있고, 또 특별히 최근에 비산업용이 대두되면서, 시각, 청 각, 후각, 촉각 및 미각 기능을 모방하는 오감 센서의 개발 필요성이 증 대 되 고 있다. 이런 센서들이 국산화되고 고정도화 되어야 국내 산업의 기술체계 가 국제 경쟁력을 가지면서 안정되게 성장할 수 있게 된다 (표 66 참조)[128]. <표 66> 국산화 및 고정도화가 요구되는 기존 센서류 구분 분야 센서류 Acceleration and Vibration Sensing 가속도계, 관성자이로, 진동센서 Acous tic Sens ing 수중 음파 탐지기, 소리 압력 측정용 Microphones, 초음파 변환 및 측정기 E lectrical and E lectrom agnetic Sens ing 전류센서, 전압센서, 자장센서, 전력측정기 E ncoders and Res olvers 절대위치인식 회전 엔코더, 증분식 회전 엔코더, 선형 엔코더 F orce/ Tension/Torque Sensing 힘/로드/토크 센서, 6축 힘/토크 센서, 텐시오미터 (Tensiometer) Web Tension Sens or Capacitive 선형위치센서, Eddy Current 선형위치센서 Fiber Optic 선형위치센서, Hall Effect 선형위치센서 Inductive 선형위치센서, Laser Micrometer L inear Pos ition Sens ing 선형 Potentiometer, LVDT 위치센서 Magneto Resistive 위치센서, Optical Time of Flight Position Sensors, 접 촉 변 위 Probe 초음파 센서 Magnetic 근접센서, Capacitive 근접센서, Prox imity or Presence Sensing Eddy Current 근접센서, Hall 효과 근접센서 Inductive 근접센서, 초음파 근접센서 Velocity Sens ing Stroboscope, Tachom eter, M agnetic Speed Sensor - 238 -
차 세 대 센 서 류 [ 1 2 8, 1 2 9, 1 3 0 ] 시각 센서시스템 현재 대중화된 시각센서는 사용되는 분야의 고유한 목적에 따라 성능과 동 작의 차이를 보이고 있다. 응용분야에 따라 영상매체용 디지털 카메라, 군사 용 특수 카메라, 의료용 정밀 카메라, 실험용 고해상도 카메라 등으로 센서의 종류와 사용목적이 세분화되어 있으며, 산업전반에 걸쳐 다양한 형태로 사용 되어지고 있다. 대부분의 시각 센서들은 CCD 소자를 이용한 카메라들이며, 최근에 CMOS 기술을 이용한 시각 센서들이 개발되고 있다. CCD 소자에 비 해 CMOS 기술을 이용한 시각 센서들은 다양한 회로 설계 방법과 제조 공정 기술들을 이용할 수 있으며, 뛰어난 집적도와 저전력 특성 등에 의해 향후 CCD 소자들을 대체할 수 있을 것으로 기대 된다. 또한, 기존의 CCD 소자들 을 이용한 시각 센서들은 인간의 안구와는 달리, 배경 조도 변화에 매우 민감 하며 영상처리 보드와 같은 비교적 고가인 대규모 하드웨어 장치가 필요하다. 따라서, 소형 저가의 인공 시각 기술을 개발하기 위해서는 인간의 안구와 유 사한 기능들을 갖는 CMOS 이미지 센서 (인공망막 칩)의 개발이 절대적으로 필요하다. 개발될 인공 망막 칩은 기존의 단 순 정 방형 시각센서의 기능을 탈 피하여 인간의 시각계통에서 관찰되어지는 선별적인 시각정보수집 현상과 고 효율의 영상처리 메커니즘을 모방하는 고기능 시각 센서이다. 이를 위해, 배 경 조도의 변화에도 일정한 출력을 내며, 물체의 윤곽 정보 및 움직임 검출 기능, 색깔 인식 기능, 원근 인식 기능 및 선택적 주의 집중 기능을 이용하여 대상 물체를 선택적으로 분리하며, 물체의 움직임을 능동적으로 추종할 수 있 는 인간과 유사한 능동 시각 센서 시스템을 개발한다. C M OS Image Sensor CCD기술은 1970년대 이후 저잡음영상소자로서 고부가가치의 소자로 자리 를 잡고 있었다. 그러나 CMOS영상기술에 의해 독보적이던 CCD영상소자가 멸종할 위기에 놓여있다. active pixel sensors (ASP)라고 불리는 CMOS영상 소자는 얼마 후 과거의 기억 속에 CC를 남겨둔 채 가격대 성능비의 우수한 수준과 함께 앞으로의 전자영상획득소자로 대두될 것으로 보인다. 오늘날 CCD는 디지털영상장비의 주요 영상장비로 자리잡고 있다. 그러나 CCD는 고 가의 영상소자로서 일반적으로 쉽게 접근하기가 어려웠다. 몇몇의 반도체 제 - 239 -
조업자들은 디지털비디오와 스틸카메라의 폭발적인 시장에서 CMOS 영상센 서의 장점인 소비전력과 크기 그리고 가격에서 이점이 많은 이 소자를 선택 해 나가고 있다 CCD와 CMOS로 분류되는 이미지 센서의 차이점을 간단히 말하면 우선 CCD (Charge Coupled Device) 방식은 아날로그 회로에 기반한 전형적인 광 학 시스템으로 렌즈로 들어온 빛이 여러 셀이라 부리는 집광장치에 쪼이게 되면 각 셀이 그 빛에 대한 전하를 저장하고 이 전하의 크기로 명암 정도를 판단한 후 변환장치로 보내 색상을 표현하는 방식이다. CCD 방식의 가장 큰 장점은 선명한 화질의 표현이 가능하다는 점으로 영상 신호처리 영역이 작은 C M OS 방식 에 비 해 미 세 한 표 현 과 섬 세 한 색 상 구분 이 가능하다. 반 면 데 이 터 의 용량이 CMOS 방식에 비해 크기 때문에 실시간으로 동화상을 인터넷상으 로 전송해야 하는 PC 카메라보다는 고화질의 전문성을 요하는 디지털 카메라 쪽에서 많이 사용하고 있다. CCD와는 달리 CMOS 영상센서는 수광센서 배열부와 같은 die에 아날로그 신호와 디지털 신호프로세싱 회로를 집적하여 표준적인 CMOS 반도체 공정 으로 만들어진다. 과거에는 CMOS 영상센서가 CCD에 비해 영상의 질이 매우 떨 어졌었다. 그러나 특히 active- pix el- s ens or 기술에 있어서, 새로운 개발품들은 이러한 단점들을 짧은 시간 내에 극복하고 있다. 아직 여러 논쟁은 남아 있지 만 일반적인 추세는, 현재의 개발속도를 보아 CCD보다 CMOS 영상센서의 역할이 보다 곧 지배적일 것이라는 의견에는 큰 이견이 없어 보인다. 실제로 저가의 소비자등급의 디지털 카메라들은 CCD를 CMOS 영상센서로 교체하고 있다. 팩스나 스케너 자동차 비젼시스템과 다른 장치들도 뒤따라 개 발되고 있다. 이미 국내에서도 PC용 카메라는 CMOS 영상센서를 이용한 카 메라가 개발되어 출시되고 있고 다양한 응용제품개발에도 사용 또는 개발되 고 있다. 그러나 아직은 영상신호의 처리가 10비트에서 12비트의 수준이며 영 상영역의 크기가 작고, Dynamic Range가 넓지 않기 때문에 극미광, 정밀측 광용으로서는 조금 더 기다려야 할 것으로 보인다. 그러나 CMOS 영상센서가 이미 우주공간에서 사용되어진 바도 있고 실험실 모델에서 발표되는 논문들 을 봐서는 기대해 볼만하다 청각 센서시스템 현재 개발되어 사용되어 지고 있는 청각 센서들은 크게 오디오 음향센서와 초음파 센서로 나뉘어진다. 음향센서는 음압을 전기적인 신호로 바꾸는 방법 - 240 -
에 따라 정전형, 압전형으로 나누며, 정전형 센서는 직류 바이어스법과 일렉 트레이트법으로 다시 구분된다. 초음파 센서는 음파를 발생시켜 반사되어 오 는 신호를 이용하여 물체의 위치를 알아내는 펄스-에코법을 기본 원리로 하 며, 음향 신호를 발진, 수신하는 압전 소자와, 강대역, 고감도, 소음 감소를 위 해 설치한 정합층, 외부 기기와 원활한 접속을 위한 정합회로로 구성된다. 초 음파 센서를 종류별로 구분해 보면, 섹터 주사용, 선형 배열, 컨벡스 프로브 등으로 나뉘어진다. 이와 같은 청각 센서들이 지난 수십년간 많은 발전을 해 왔지만, 인간의 청각 구조와는 매우 다를 뿐만 아니라, 성능면에서도 많이 뒤 떨어진다. 특히, 인간의 청각 시스템이 갖고 있는 잡음에 대한 강인성, 미세한 주파수 차이까지 구별하는 능력이나, 두 개의 귀를 이용한 스트레오 및 특정 신호에 대한 선택적 주의 집중 기능 등은 전혀 고려되고 있지 못한 상황이다. 로봇에 사람의 귀와 유사하거나 또는 보다 나은 성능을 갖는 청각 기능을 부 여하기 위해서는 인간의 청각 시스템이 갖는 위의 장점들을 최대한 반영하는 새로운 형태의 청각 센서가 개발되어져야 할 것이다. 이를 위해, 인간 귀의 잡음 제거특성을 모방한 필터 설계 기술 및 잡음과 신호원을 선택적으로 구 별하고 분리할 수 있는 신호처리기술 (예로 독 립성분 분 석 알고리즘) 및 적응 필터를 이용한 능동 소음 제거 기술들이 개발되어 져야 하며, 소형화를 위한 집적화 기술 및 인터페이스 기술들이 필요하다. 후각 센서시스템 보다 나은 지능 로봇의 개발을 위해서는 인간의 코와 유사한 후각 센서 및 냄새 인식 시스템의 개발이 필요하다. 현재까지 개발된 후각 센서는 화합물 반도체 제조 공정을 바탕으로 한 전자코 시스템이 주를 이루고 있다. 인간의 코를 모방한 전자코 시스템의 개발은 환경에 따라 각종 냄새와 무취가스 등 을 동시에 감지, 정량화 할 수 있으므로, 이를 이용해 식품의 신선도 및 화재 조 기방지, 마약검사 및 가스 누출 검사 등에 이용될 수 있다. 하지만, 현재 개 발되고 있는 전자코는 특정 냄새를 감지하여 인식할 수 있는 센서의 선택성 이 많이 부족하며, 이를 보완하기 위해 어레이 형태의 센서 시스템을 많이 이 용하고 있다. 따라서, 센서 어레이 설계 기술 및 획득한 어레이 정보로부터 특정 냄새를 구별하고, 냄새의 정도를 정량화 할 수 있는 신호처리 기술 (특 히, 신경회로망 기술)이 개발되어져야 한다. 특히, 혼합 가스나 화학물질의 분 석 을 위 한 지능적 신호처리 기술이 필요하며, 이 를 소형화할 수 있는 시스템 집적화 설계 기술도 개발되어져야 할 것이다. - 241 -
미각 센서시스템 연구개발 중인 미각 센서들 중 로봇에 가장 접합한 반도체형 미각센서는 인간의 미각센서를 대체 할 수 있는 외형적인 구조를 가지고 있다. 기존의 단 일 칩으로 이루어진 미각센서를 어레이로 배열하여 인간의 혀의 구조와 같이 사용함으로써 보다 인간에 가까운 미각감각을 가진 로봇을 구현할 수 있을 것이다. 반도체형 미각센서는 대량생산에 용이하고 제작단가가 작고, 소형이 라는 장점이 있다. 반도체형 센서 중에서도 FET형 미각센서는 반도체 제조 공정에 의해 제조되므로 규격화에 따른 대량 생산이 가능하며, 초소형, 초경 량 등 많은 장점을 갖고 있다. 하지만, 미각 센서로의 사용을 위해서는 아직 도 센서의 재현성이나 신뢰성 등을 개선해야 하며, 인터페이스 부분에 대한 연구도 수행되어야 한다. 미각시스템을 갖춘 로봇은 식품을 생산하는 산업에 정량화된 맛을 제공할 수 있으며, 혈당치 측정 및 자동 혈당 공급 장치와 같 은 의료산업에도 많은 파급효과를 가져다 줄 것이다. 미각 센서시스템의 개발 을 위해서 어레이 신호처리 기술 및 지능형 인식 알고리즘의 개발이 필요하 며, 소형 저전력 고신뢰성을 갖는 시스템의 제작을 위해 집적화 기술도 필요 하다. 촉각 센서시스템 촉각센서는 기본적인 물리량의 하나인 압력을 감지해서 전기신호로 변환시 키는 목적으로 사용되는 감지기로서 가전제품 을 비 롯 하여 자동차 생체공학용 의료기, 환경제어와 산업체의 대규모 시스템의 제어 등 광범위하게 응용되고 있다. 최근에는 마이크로프로세서 분야와 로봇 산업의 발달과 더불어 여러 산 업계의 시스템이 자동화됨에 따라 좀더 효율적인 제어를 위해서 감지부의 고 감도화를 수반하는 고성능화를 요구하고 있다. 실리콘 다이아프램형 압력센서는 외부압력에 의한 다이아프램의 휨 정도가 달라짐을 이용하는 정전용량형과 다이아프램 위에 위치한 저항체가 응력에 따라 저항값이 바뀌게 됨을 이용하는 압저항형으로 크게 구분되는 데, 용량형 압력센서는 온도계수가 낮고, 전력손실이 작지만, 소자면적이 넓어야 하고 정 전용량을 출력신호로 이용하기 때문에 복잡한 신호처리부를 필요로 한다. 반 면에 압저항형 압력센서는 선형성이 우수하고 신호처리가 용이하나, 감도가 낮으면 온도 의존성이 용량형보다 높다. 최근에는 집적회로 기술 및 신호처리 회로의 발달로 인하여 소자의 감지부, 신호처리회로 및 보상회로 등을 단일칩 - 242 -
화 하는 연구가 수행되고 있다. 반도체 압력센서가 출현해서 압력센서의 시장이 크게 확대된 것은 결국 종 래의 압력센서에 비해서 반도체 압력센서가 압도적으로 저가격이기 때문이다. 따라서 저가격화에 의해 시장을 확대시키는 것이 역시 반도체 압력센서의 가 장 중요한 역할이다. 이것은 다이아프램의 박막화에 의한 칩 크기의 축소, 다 이아프램 수율의 향상 및 적절한 규모의 IC화가 중요한 과제로 되었다. 압력 범위의 확대는 종래의 압저항식의 실리콘 다이아프램에 의한 반도체 압력센 서 로서는 한계가 있으며, 대략적으로 언급해서 0.1~100 기압의 범위를 초월 하는 경우, 구조상 또는 회로상의 연구가 필요하게 된 다. 따라서 보다 낮은 저압력 영역에서는 정전용량식이, 보다 높은 고압영역에서는 간접 다이아프램 에 의해 shield 다이아프램식이 이용되고 있다. 인간과 유사한 촉각을 갖는 로 봇을 개발하기 위해서는 위에서 언급한 고성능 촉각 센서의 개발 외에도, 양 방향성 힘 제어 알고리즘과 같은 지능형 신호 처리 방법에 대한 연구도 수행 되어져야 할 것이며, 어레이 신호처리 기술의 개발도 필요하다. 국내외 동 향 및 시 장규 모 지능 로봇 개발을 위한 센서 시스템의 국내외 동향을 살펴보기 위해, 우선 세계의 센서 시장 및 국내 센서 산업의 현황을 간단히 살펴보고, 본 연구에서 개발하고자 하는 인간의 오감을 모방한 시각, 청각, 후각, 촉각 및 미각 센서 및 지능시스템의 국내외 연구 개발동향을 정리한다. 세계 센서시장 센서기술의 응용 범위가 날로 확대되어 가고 또한 그 파급효과가 커짐에 따라 최근 센서산업이 급신장을 거듭하고 있다. 국내 센서시장은 전 세계 시 장 규모의 1.5% 수준이나 매년 급 신장하는 추세에 있다. 전 세계 센서시장 규모는 1990년 약 50억불이었으나 매년 급성장하여 95년에는 약 90억불, 2000년에는 약 130억불, 2010년에는 약 500억불 규모에 이를 것으로 추정하 고 있다. 세계 센서시장은 미국, 일본 및 유럽이 각각 전체의 3분의 1을 점 유하고 있으며 나머지 전 국가의 점유율은 약 14%에 불과하다 한다. 이와 같은 경향은 2010년까지 계속될 것으로 전망하고 있다. 5년마다 거의 100% 의 성장률을 예상하고 있다. 이와 같은 성장은 주로 실리콘 센서기술의 급성 장에 기인하는 것으로 추측된다. 현재의 센서시장 성장에 가장 큰 역할을 하 - 243 -
고 있는 센서분야는 자동차용 센서분야이다. 그러나, 점차적으로 로봇분야가 성장해감에 따라 센서의 집대성으로 간주되는 로봇분야는 차세대 센서시장 성장에 가장 큰 역할을 할 것이다. 현재 일본의 장난감시장은 로봇으로 대체 되고 있으며, 20분만에 3000개의 판매를 기록 할 정도로 로봇의 시장성은 크 다. 또한, 인간의 3D 업종의 기피로 산업현장에는 다양한 용도의 로봇의 개 발을 요구하고 있는 실정이다. 그리고, 2010년까지는 전자부품의 가격이 로 봇 전체의 판매가격 25%에 달할 것으로 추측된다. 그리고 앞으로 환경계측 및 제어에 관련된 센서에 대한 수요가 증가할 것 으 로 생각되며 로봇분야의 센 서는 자동차용 센서와 더불어 센서 시장의 양대 지주가 될 것이 다. 국내 센서업체 현황 94년도 후반기를 시점으로 조사된 국내 센서 관련업체의 수는 약 410여 개 로서 이를 센서업종별로 나타내면 다음과 같다. 역학센서 (유량, 압력, 레벨, 위치) 365, 열센서 41, 전자기 센서 10, 화확 센서 39, 광 센서 66, 음향센서 20, 생물센서 1, 방사선센서 4 합계 546업계가 있다. 그러나, 주요 외국의 센 서업체는 일본 (1,200사), 미국 (1,500사), 독일 (500사), 영국 (350사), 스위스 (160사) 등이 있다 아래의 표 67은 국내 센서수급 현황을 나타낸 것이다[128]. <표 67> 국내 센서수급 현황 (단위: 억원) 구분 1994 1996 1998 2000 2005 * 연평균증가율 생산 1474 2146 3314 4415 6414 20% 공 급 수입(A) 993 1008 1266 1506 2012 8% 계(B) 2467 3514 4580 5921 8426 16% 수입의존도(A/B) 40% 31% 27% 26% 24% - 수출 61 98 231 333 587 33% 수 요 내수 2406 3056 4349 5588 7839 15% 계 2467 3154 4580 5921 8426 - 자료: 공장자동화센서개발 연구기획 ( 97, 통상산업부) *: 예상치 국내 센서기술의 개발과 현황 한국 센서 기술진흥회는 센서의 체계적 분류와 수출입 시 해당품목의 적용 코드의 작성을 신설을 주관 (재무부고시 제 93-24호ꡐ94.1.1. 시행)하고 센서 를 9개의 분야로 분류하였다 (역학, 전자기, 화학, 생물, 광, 방사선, 음향, 열, 기타). 시스템 분야에서는 IBS, 계측기 등 기업화 사례가 증가하고 있는 상황 - 244 -
이다. 국내 센서기술은 아직 시작 단계이나 산 학 측면에서 개발의 열기는 높다고 보여지며 전반적으로 소재기술이 취약하여 선진국 수준에 이르기 위 해서는 많은 시간을 요하는 것으로 판단된다. 국내 센서관련기술은 지금까지 선진국의 기술을 모방하여 재현시키는 과정을 시도해왔으며 기술보호의 벽으 로 우리의 것으로 만드는 데 시일이 소요되었다. 지금까지 어느 정도 기술 축 적이 이루어진 분야를 들면 다음과 같다. - 광/적외선 센서: 사람/소 등을 구별, 촬상관 소자 - 이온센서: 수소, K, Na, Ca, Cl - 가스센서: CO2, CO, HC, NOx, SOx, O2 - 역학센서: 로드셀, 압력센서, 속도/가속도센서, 유량센서 - 광섬유센서: 온도, 전류/전압 - 기타 개발된 센서는 전자회로 기술과 연계하여 제어 및 시스템화를 이루며 기계 기술과 밀접히 연관되어 로봇제어, 자동차 제어장치를 구현하며 기타 통신, 가전 및 환경 기술과 불가분의 관계에 있으므로 센서기술 만큼 주변 기술과 다양 하게 연계되어 있는 기술 분야는 드물 것이다. 지능형 센서들의 국내외 연구 개발 현황 시각센서 시각 센서의 개발을 위해서는 이미지 센서의 개발 외에 광센서의 개발도 중 요하다. 몇몇 자료들을 토대로 세계 센서시장 규모 속에서 센서시장의 약 40% 를 차지하는 FA센서시장의 광센서 분야를 살펴보면, FA분야에서 주로 사용되 는 포토커플러는 세계적으로 일본 시장이 가장 크며 연간 5~6%의 성장을 보 이고 있다. 유럽은 변위 측정용 광센서 시장이 큰 비율을 차지하고 있으며 광 센서의 발전에 힘입어 연평균 10% 정도의 성장을 보이고 있다. 일본의 유명 제조회사로는 오므론, 썬키스, 키엔스 등이 유명하며 이들이 시장의 80%를 점 유하고 있다 (그림 114 참조). 국내 광센서의 시장규모는 96년 250억 원으로 전년도 대비 약 26%가 증가했으며, 98년 이후 다소의 감소를 보이고 있다. 국 내의 센서업계는 20여 개 남짓한 주요 업체들 가운데 겨우 오토닉스, 한영전 자, 건흥전기 등의 3개 업체만이 자체 개발하고 있 을 뿐이고, 나머지 업체들은 - 245 -
중소기업 형태이거나 기술제휴 또는 대리점 형태로 운영되고 있다. 국내의 센 서 제작기술과 기반 산업이 후진국 수준인 이유는 기반 기술과 원천 기술 산 업의 취약한 원인이다. <그림 117> 시각센서 기술비교 자 료 : 센 서 기술연구소 발전 계획과 자립방안 이미지 센서 및 응용시스템 개발의 국내외 연구 동향은 다음과 같다. CCD 소자를 급속하게 대신할 것으로 기대되는 CMOS 소자형 이미지 센서는 인간 의 안구와 유사한 구조를 갖도록 개발되고 있다. 인공 망막 칩의 개발은 90년 대 중 반 부터 연구가 시작되어 일본 등 선진국에서는 초기 단계의 이미지 센서 를 위한 시제품 정도가 만들어지고 있다. 또한, 인간의 안구 운동을 모방한 추 적제어를 위한 active vision system 개발 연구는 국외에서 90년대부터 연구를 시작해서 아직까지 시스템의 상품화 단계에 이르지 못하고 기초연구 수행 단 계로 시스템화 연구가 병행적으로 이루어지고 있다. 특히, 미국, 일본과 같은 선진 연구 기관에서의 연구는 뇌연구의 일환으로 수행되고 있다. 각 나라 별로 수행되고 있는 인공 망막 칩 및 응용 시스템 구현관련 연구는 다음과 같다. 미국 Califonia Institute of Technology의 Dr. T.K. Horiuchi, Dr. Christof Koch는 Analog VLSI Circuits for Visual Motion-Based Adaptation of Post-Saccadic Drift에 관한 연구를 토대로 안구의 Saccadic motion을 위한 아날로그 집적회 로 구현에 관한 연구를 활발히 수행 중에 있다. 또한, 일리노이 주립 대학 내 에 활 발한 학제간 연구를 수행해 오고 있는 Beckman Institute for Advanced - 246 -
Science and Technology 내의 N. Srinivasan (University of Illinoi)와 R.Sharma (Pennsylvania State Univ. )는 Active vision에서의 saccades 실행을 위한 urocon- ne troller에 대한 연구를 수행하여 1997년 IEEE Control Systems Magazine에 최 신 연구 결과를 발표하였다. 그러나, 이들 연구들은 실제 인간의 안구 운동에 대한 동역학을 전혀 고려하지 못하고 있고, CCD 카메라 2대를 이용한 Stereo 비젼 기술을 이용하고 있어, 인간의 시신경 기능을 구현한 망막 칩에 의한 안 구 운동 모델 등의 개발은 아직 시도되고 있지 못하다. 일본 나고야 대학의 T. Yagi 교수는 안구 운동에 대한 Biologically-inspired active vision system 연구를 수행해 오고 있고, Shizuoka Univ.의 Y. Ebisawa는 Characteristics of eye tracking m ovements 와 focal attention과의 관계에 관 한 연구를 수행하고 있다. 또한, Nagoya Univ.의 Dr. N. Sugie와 Uchikawa 교수는 RIKEN에서 제공한 연구 수탁과제로 Real time visual tracking system mimicking saccadic movements에 대한 연구결과를 발표한 바 있지만, 아직 시 스템 수준의 연구는 진행되고 있지 못하다. 또한, Toyohashi대학의 Yonezu 교 수는 인간의 시신경 세포의 신호 전달 동특성을 모방한 MOSFET를 이용한 반도체 인공 망막 칩을 개발하고 있 고, 같 은 대 학의 Shiro Us ui교 수는 인 간 시신경의 신호 전달 메커니즘을 분석한 생체 공학적 접 근 방법 으 로 시신경과 뇌 기능과의 이해 관계를 밝히고자 노력하고 있다. 기타 외국 독일에서는 Univ. of Freiburg의 Dr. B. Fischer가 Saccadic motion등 Eye movem ents와 관련 한 Optom otor system에 관한 연구를 수행 중이고, 영국에 서는 Univ. Caledonian in Glassgow의 Dr. P.C. Knox가 Express eye movements, vestibular control of eye movement, extraocular 및 muscle afferent signals and the visuomotor system에 관한 연구를 수행 중에 있다. 스페인의 Carpio는 방 사형 구조의 망막칩을 1996년에 개발하여 소 개하였으나, 이는 단순 이미지 센 서로서 물체의 윤곽정보나 움직임에 관한 정보를 제공하지는 못 한다. 국내 경북대학교내의 센서기술연구소는 국가에서 지정한 우수 연구 센터 (ERC) 로 지난 9년간 센서 기술 및 응용 시스템, 그리고 센서 산업의 육성 등에 상 당한 노력을 기울여 왔으며 우수한 연구 결과들이 발표되고 있고, 많은 산업 - 247 -
화 성공 사례들을 보유하고 있다. 본 연구와 관련해서도, 일본의 Toyohashi 기술 대학의 Yonezu 교수 등과 인공 망막칩에 대한 연구를 공동으로 수행하 여, 16x16 pixel의 인공 망막칩을 국내 처음으로 개발하였으며, 인간의 안구 운동 메커니즘에 대한 연구도 경북대 의공학과의 도움으로 상당히 진전되고 있다. 또한, 본 연구팀은 기존의 방법으로 제어하기 힘든 복잡한 비선형 시스 템에 대해 인간의 신경 전달 과정을 모델링한 인공 신경회로망을 이용한 지 능형 적응 제어기 설계에 관한 연구를 다년간 수행해 왔다. 한 예로, 기존의 다른 방법으로 제어하기 힘들었던 인공 심장 시스템에 대해 신경회로망 제어 기를 성공적으로 적용하여 구현함으로써 우수한 연구 결과들을 얻어왔다. 따 라서, 기존의 안구 운동 메커니즘의 이해 및 하드웨어 기술을 바탕으로 인공 시각 시스템의 구현에 필요한 안구 운동 추 적 제어 기를 신경회로망 등을 이 용하여 효과적으로 설계할 수 있을 것으로 생각된다[129]. 청각센서 국내에서 청각센서를 생산하는 업체는 약 20여 곳이 있으며 LG전기에서는 PZ T에 관한 연구가 진행되고 있고, 삼성전기에서는 2성분계 압전 세라믹스에 관한 연구가 진행 중이다. 국외에서는 미국의 외닝트론사는 PZT를 연구 생산 하고 있고 일본에서는 동경 공업대학 다까기 연구실에서 PbTiO 3 -PbZrO 3 의 연구가 수행되었다. 소련에서는 2성분계로부터 3 성분 계, 4 성분 계로 치환되는 새로운 재료개발이 이루어졌다. 청각 센서의 시장 추이를 보면, 1996년 국내 200억원, 국외 6,000억원의 시장규모에서 2000년에는 국내 300억원, 국외 8,000억원의 시장으로 성장하였다. 앞으로 10년 후인 2010년에는 국내 시장이 2,000억원, 국제 시장이 48,000억원의 규모로 성장할 것으로 전망되고 있다. 후각센서 현재 통계에 의하면 국내 센서업체는 수는 약 410여 개로써 전 세계의 약 1.5%를 점유하고 있는 상태이다. 특히 자동차의 고급화와 운전자 쾌적환경조성 에 대한 관심이 높아짐에 따라 최근 가스센서를 장착하여 차 실내환경을 제어하 는 예가 증가하고 있으며 차 실내에 유해 가스 성분 유입을 차단하는 장치가 국 내 외 차종에 이용되고 있다. 또한 실내 환경측적용 CO 2 센서가 주목을 받고 있다. 그리고 현재 전 지구적으로 부각되고 있는 환경문제 중 대기환경문제의 원 인이 되고 있는 대기오염원을 제어하는 센서를 개발하는 단계에 있다. - 248 -
촉각센서 미국의 NOVA SENSOR사에서는 SFB (silicon fusion bonding) 기술을 이 용하여 의료형 catheter-tip에 이용할 목적으로 압력센서를 개발하였다. 일본 의 NEC사는 바이폴라에 비해 집적도가 높고 전력소비가 적은 MOS 집적화 압력센서를 개발하였다. 국내에서의 압력센서 기술개발은 경북대학교의 센서 기술연구소, 서울대학교, 한국과학기술원, 영남대학교 등에서 이루어지고 있으 며 대성전기, 코닉스, 대화계전, 멘택 등에서 상품화개발이 진행되어 일부는 양산하고 있다 (그림 115, 116 참조). Others 14% Semiconduc ter 3% Aerospace 11% Medical 13% Process 35% Automotive 24% <그림 118> 세계 센서 기술 비교 자료: 센서 기술연구소 발전 계획과 자립방안 <그림 119> 세계 압력센서 주 소비 시장 분포도 자료 : F rost & Sullivan 센 서 기술의 수요 및 제품 개발 전 망 센 서 기술의 수요 최근 센서 및 센서기술의 수요는 산업 전분야 걸쳐 높아지고 있으며 이에 비 례 하여 기업간 국가간 경쟁이 첨예화되고 있다. 그리고 센서기술은 현재 급진보하고 있는 반도체 기술 등 첨단기술과 긴 밀 하게 연계되 어 소형 경량 화 및 고성능화 센서의 요구도가 높아지고 있어 종래에 사용되어 오던 각종 센서들의 형태가 성능을 개선하기 위한 개발 연구가 매 우 활 발하게 전 개되 고 있다. 즉 센서기술의 수요는 산업 민생 등 광범위한 분야에 걸쳐 날로 높아 지고 있으며 점차 그 고성능화를 요구하고 있 다. 현 재 산업면에서 센서기술의 요구도가 가장 높은 분야가 반도체 산업과 자동차산업으로 반도체 조립공정 과 자동차에 관련된 센서의 종류와 그 소요량이 증가 추세에 있음은 잘 알려 - 249 -
진 사실이다. 그리고 최근 크게 부각되고 있는 환경문제와 연관된 환경측정용 센서와 산업성이 높은 의료용 센서 등이 제품 개발 면에서 중요시되고 있지 만, 향후 로봇 산업의 개발 및 발전에 비추어 볼 때, 센서 기술의 수요가 한 층 더 요구될 것으로 기대된다. 향 후 기술개발 육성시 책 앞으로의 기술발달은 양의 시대, 질의 시대에 이어 감성의 시대가 될 것이 라고 많은 학자들은 예견하고 있다. 많은 공장은 더욱 자동화에 박차를 가해 인간이 필요 없는 공장들이 증가하리라 예상된다. 이러한 미래의 세상에서 선진국과의 경쟁에서 충분한 경쟁력을 가지기 위해서는 우리나라의 연구체 계가 우선 확립되어야 할 것이다. 센서기술은 국가 핵심 개발사업이므로 국 가주도의 전략적인 연구 개발사업이 활발히 이루어져야 하고, 기술 및 시장 정보의 체계화가 이루어지고, 산 학 연 협력 연구가 활 성화되어 수요 우선 의 개발이 이루어지면서 자연스럽게 전문인력의 양성과 관련인력과 기업의 효율적인 규합이 이루어지도록 해야한다. 기대 효 과 많은 미개척분야를 지니고 있는 새로운 지식 집약적 첨단기술로서 우 수한 연구개발두뇌를 필요로 하는 반면에 제조설비의 투자규모는 그다지 크지 않 아도 되므로, 적절한 투자만 이루어진다면 기술 선진국들과의 효과적인 경쟁 이 가능한 분야이다. 따라서 우수한 고급인력이 풍부한 우리나라에 매우 적 합한 분야이며, 현시점이 우리나라 센서산업, 기술의 발전을 위해 정부와 산 학연이 일체가 되어 적극적인 지원과 연구개발을 추진할 적기이다. 한국에 적합 한 선 택 과 집 중 초정밀 Linear Scale 정밀 linear motor는 반도체 후가공 (wafer inspection, cutting, die bonding, packaging) 및 PCB chip mounter 등에 두루 사용되고 있다. 이러한 linear motor의 위치 정밀도를 결정하는 것이 linear scale이다. 1 micrometer의 분 해능을 갖는 linear scale은 독일의 Heidenhein, 일본의 Mitsutoyo 등 선진국 일부 업체가 생산하고 있다. 1 micrometer 이하의 분해능을 갖는 linear - 250 -
scale의 개발연구가 산업고도화에 기여할 것으로 본다. 고 성능 C M OS Vision Sens or CMOS vision sensor는 CCD에 비해 반응 속도가 빨라 HDTV와 같이 frame rate가 높은 camera에 적합하다. 또 하나의 장점은 amp 및 신호처리 logic을 같이 imbed시킬 수가 있고 저전력으로 동작한다는 점이다. 선폭 0.25micron 공정을 이용해서 noise level이 매우 낮도록 설계하는 기술이 중 요하며 4백만개의 pixel 수를 목표로 한다. 개인용 로봇을 위한 모터 부착형 엔코더 로봇 구동부의 핵심이 되는 actuator인 모터는 정확한 위치제어를 위해서 엔코더가 반드시 부착되어야 하는 데, 기존의 것들은 가격이 고가인 이유로 로봇제품과의 접목이 쉽지않은 상황이다. 이런 현실을 감안하여 저가이면서 도 정확성을 유지할 수 있는 모터 시스템의 개발이 요구되고 있다. 종래의 엔코더는 모터의 회전에 따라 바퀴의 회전 속도, 가속도 등을 감지하게 하기 위해서 밀도가 높은 슬릿을 고가로 제작. 장착하여 높은 비용이 소요되며, 또한 모터의 회전에 따라 전진하던 바퀴가 그 방향을 바꾸는 경우, 바퀴의 회전이 정회전인지 역회전인 지를 감지하는 것이 용이하지 않다는 기술적 한계가 있다. 기어박스 내부에 또는 외부에 발광 소자와 수광 소자를 설치하 고 그 사이에서 슬릿을 회전하게 하여 기어박스 최종 단의 위치, 속도 및 가 속도를 측정할 수 있는 저가형 엔코더 장착 기어박스를 개발하고 자 한다. - 여러 개의 슬릿이 구비된 회전판을 기어 박스 내 최종 단의 기어에 장착 하지 않고 최소 그 앞 단 이상의 기어에 장착하여 그 기어비로 인한 엔 코더 펄스의 증폭을 이룰 수 있게 한다. - 1개의 발광 소자와 최소 2개의 수광 소자가 한 쌍으로 이루어져 장착이 되게 하고 그 사이에 여러 개의 슬릿을 가지는 회전판을 설치하여 슬릿 이 첫번째 수광 센서 앞을 지나서 두 번째의 수광 센서를 지날 때까지의 시간을 측정하여 방향성을 검출할 수 있게 한다. 로봇용 3D 시각 인식모듈 개발 - 로봇탑재용 초소형 3D 비젼 H/W 모듈 개발 렌즈, 영상 Sensor, 소형 Pan/Tilt 내장형 설계 - 251 -
3D 비젼 처리용 인터페이스 및 제어보드 개발 능동형 Actuator 내장형 스테레오 비젼 모듈 개발 초소형 능동형 스테레오 비젼모듈 개발 - 실 시 간 Vis ual Track ing 기술개발 3D Depth 인식 알고리즘 개발 영상신호 기반 Stereo 정합 알고리즘 개발 실시간 3D 모델 렌더링 기술 개발 - 물체인식 및 감정인식 기술 개발 배경 및 물체 분리 알고리즘 개발 단순형상 인식 알고리즘 개발 얼굴표정 인식 인공지능 알고리즘 개발 - 스테레오 비젼을 이용한 거리정보 및 3차원 정보 추출 기술 3차원 영상처리의 고속화를 통한 실시간 추적기술 영상인식 모듈의 소형화 경량화 설계 환경인식 알고리즘 및 감정 인식 기술 촉각 인식모듈 개발 - 인체 촉각 Sensing Mechanism Model 연구 촉각 Sensing 알고리즘 구현 Tactile Sensor 구조설계 및 공정기반 구축 10 10 (100dpi급) Tactile Sensor 설계 및 제작 - Tactile Imaging Sensor D isplay 기술 개발 Sensor 신호처리용 DSP 제어회로 설계 및 제작 64 64 (200dpi급) Tactile Sensor 설계 및 제작 Tactile Image Display Sys tem 설 계 및 제작 - 지능형 Tactile Imaging Sensor 기술 개발 집적화 및 지능형 알고리즘 설계 지능형 Tactile Sensor 설계 및 제작 지능형 Human Hand 시스템에 적용 및 통합실험 인간의 망막을 닮은 시각센서 개발 - 100 X 100 이상의 해상도를 가지며, 윤곽 검출 및 움직임 검출 기능 및 자동 조도 조절 기능을 갖는 인공 망막칩 개발 - 252 -
- 인간과 유사한 선택적 주의 집중 기능을 갖는 인공 시각 센서 시스템 개 발 및 소형 액츄에이터 개발 칼라를 인식할 수 있는 CMOS 인공망막 칩 설계 기술 인간의 시각 시스템 동작 원리 규명 및 뇌 조직의 기능 이해 스트레오 비젼 기술 영상 분리 및 인식 성능 향상 기술 - 청각 센서 개발 잡음원과 신호원을 분리할 수 있는 신호처리 기술 잡음원만 선택적으로 제거할 수 있는 능동소음 제거 기술 실제 자연환경에서의 단절음 및 연속음성인식 성능 향상 기술 Technology Roadmap (human-like sensor system) Technology 1st generation tech (mono-function) 2nd generation tech (multi-function) 3rd generation tech (high-intelligent, multi-function) 시각 센서시스템 기술 100x100 인공망막칩 설계기술 고기능인공망막칩설계 기술 (윤곽검출, 움직임검출, 광적응성) (칼라인식, Optical flow 출력, 스트레오) 선택적 주의집중 기능을갖는 인공망막칩을 이용한 시각센서 시스템 지능형 능동시각센서시스템 3D 비젼 처리용 인터페이스 및제어보드개발 3D Depth 인식알고리즘 개발 렌즈, 영상 Sensor, 소형 Pan/Tilt 내장형 설계 실시간 3D 모델 렌더링 기술 개발 적응형 및통합형 인공망막칩설계 (Ganglion cell 수준) 지능형 능동시각센서시스템을 이용한 영상 분리 및 인식, 이해 얼굴표정 인식 인공지능 알고리즘개발 단순형상 인식 알고리즘 개발 청각 센서시스템 기술 잡음원과 신호원분리기술 압전세라믹 설계기술 주파수분해능향상 기술 선택적주의집중기능 시스템 직접화 기술(스마트센서시스템) 스테레오기능(방향탐지) 적응형지능형스마트 센서 시스템 설계 후각 및 미각 센서시스템 기술 어레이센서개발 인간코의냄새인식 메커니즘을 모방한센서설계기술 Bioelectronics 기술을 활용한 지능형전자코 설계기술 어레이 신호처리및 인식기술 혼합신호분리 및 인식기술 환경적응형신호 처리 기술 및스마트센서 촉각 센서시스템 기술 선택에칭기술 On-chip화 기술 멀티화, 다기능화 인텔리전트화 기술 SOI, IC화 기술 촉각 Sensing 알고리즘 구현 집적화및 지능형 알고리즘설계 어셈블리 기술 200dpi급Tactile Sensor 설계및 제작 지능형Tactile Sensor 설계 및제작 100dpi급 Tactile Sensor 설계 및 제작 Sensor 신호처리용 DSP 제어회로 설계 및 제작 지능형Human Hand 시스템에 적용 촉각Sensing 알고리즘구현 Tactile Image Display System 설계및제작 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 <그림 120> Human-like sensor system 기술개발 TRM - 253 -
센 서 융 합 (Sens or F us ion) [ 1 3 2, 1 3 3 ] 개 요 현재 sensor신호 및 구동기의 제어 신호를 연결하는 데 주로 시리얼 접속 (RS232, IEEE 422, IEEE485, IEEE 1394 등)이 사용되고 있는 데 이 것은 다 음과 같은 문제점이 있다. - 전송속도가 대체적으로 낮다. (1MPbs이하) - 단 일 point 대 단 일 point 접 속 밖 에 가능하지 않 다. - 접속 시 상대방도 동일 한 protocol의 사용이 필수적이 다. - 설치 시 hardware와 software의 변경이 필요하다. - 잡음에 대한 대책이 미약하다. - Cable이 많고 유연하지 못하다. 그러나 현재 ethernet을 사용한 internet 기술은 엄청나게 발달되어 있다. Unshielded Twisted Pair Cable로 1 Giga bps 속도로 100m 전송이 가능할뿐 아니라, auto configuration, auto-negotiation, dynamic routing, fault monitoring, security 등 다양한 기능이 지원된다. 따라서, Internet Protocol을 닮은 data 전송 방식을 robot sensor 및 구동기에 적용하여 손쉽게 탈착이 가능한 구조로 바꾸고자 하는 노력이 필요하다고 본다. 이를 위한 요구사항은 아래와 같다. - s elf calibration - autom atic registration - learning of fus ion rule - autom atic device level integration 상기 기능의 핵심요소는 program을 손댈 필요 없이 임의의 sensor를 임의 의 장소에 탈착이 가능한 지능형 통신 구조를 말 한다. 전 송 및 접속형태에 있 어서는 다음과 같은 사항이 요구된다. - 발신지/수신지 주소가 있는 packet을 사용한 data 전송 - 다수의 수신자와 다수의 송신자가 원하는 임의의 접속을 할 수 있어야함 - Packet의 dynamic routing의 기능이 있어야 함 - 전송 node fault를 피해 bypass route를 자동적으로 형성 할 수 있어야 함 - Self diagnostic 및 fault monitoring 기능이 있어야 함 - 접속 시 전송 속도의 auto negotiation 기능이 있어야 함 - 254 -
- data 전송의 delay가 어느 이하로 보장될 수 있어야 함 - 수신자의 수신확인 절차가 필요 즉 상기 사항을 요약하면 TCP/IP protocol stack을 sensor 및 구동기 제 어 시스템에 맞게 변환하여 새로운 통신 protocol을 확립하는 연구 및 개발 이 필요하다. 또한 무선 network를 통해 여러 로봇이 통신할 필요가 있 고 sensor 정보를 공유할 필요가 있다. 유무선 통신 프로토콜 [135] 로봇의 센서, 구동기로 이루어진 네트워크에 필요한 아키텍쳐, 프로토콜, 제 어 시스템 등의 개발에 관한 세부 항목은 아래와 같다. - Robot 내부의 각종 모듈 간의 통신을 위한 framework 설계 및 protocol 개발 com munication이 필요한 모 듈 간의 상 호 관계 분 석 개발된 모듈간의 통신을 위한 Framework 설계 효율적 communication을 위한 protocol 개발 - 모 듈 간의 효과적인 Com munication을 위한 Control 및 관리 기술 개발 및 적용 여러 가지 상황을 고려한 Robot의 동작에 따른 필요 control 기술 정의 모듈의 control을 위한 기술 개발 구성된 Network 을 유지, 관리하기 위한 기술 개발 Robot 내에서의 효율적인 관리를 위한 적용 기술 개발 - 각종 이동 Robot간의 Communication을 위한 Network 및 protocol 개발 여러 가지 상황에 적합한 Network 구조 설계 효율적으로 Network 를 구성하기 위한 방법 연구 Communication을 위한 protocol의 구조 설계 및 개발 각 세부 Protocol의 정의 및 기능 설계, 개발 - Robot으로 이루어진 Network을 효과적으로 유지, 관리, 제어하기 위한 기 반 기술 개발 Network 을 유지, 관리하기 위한 Interface 개발 및 정의 Network 유지, 관리에 필요한 protocol 및 시스템 구조 정의, 개발 Network 정보 유지, 관리 기법 개발 - Robot의 각종 Application에 따른 효율적인 Communication 방법 개발 - 255 -
네트워크의 효율적인 사용을 위한 Application의 특성 분류 및 개발 각 Application에 적합한 communication 방법 개발 각 Application을 효율적으로 이용하기 위한 protocol 및 시스템 개발 - 여러 Application을 위한 Robot간의 효과적인 Interface 기술 개발 다른 모듈과의 com munication Interface 기술 개발 각 시스템과 전체 시스템의 상호 운용을 위한 Interface 기술 정의 및 개발 Interface를 위한 정보, 전달 기술 등의 정의 및 개발 - 효율적인 Network을 구축하기 위한 방법 및 이용 방안 연구, 개발 상황에 따른 Network 구조 및 시스템의 구조 정의 및 개발 각 Network 및 시스템의 구조에 따른 효율적 활용 방안 연구 및 개발 블루투스의 로봇 통신에의 응용 현재 로봇에 사용되는 데이타 전달 및 리모트 제어 (Remote Control)는 거의 기초적인 수준에 머물고 있는 데 이는 communication component들의 성능에 한계가 있기 때문이다. 현재 산업체 및 연구소, 대학 등에서 로봇에 주 로 사용되는 communication component들은 저성능의 적외선 센서 (Infrared Sensor) 및 단순한 RF 단말기 등이 대부분이다. 그러나 이러한 기술들은 성 능 및 가격에서 앞으로 대중화될 로봇에는 부적합하며 새로운 고성능 저가 의 신기술의 등장이 요구되어지고 있다. 아래의 표 68은 로봇에 적용될 수 있는wireless communication 기술들의 성능을 보여준다. <표 68> 주요 wireless communication 기술 기술명 블루투스 (Bluetooth V1.0) Home RF 적외선센서(IrDA) 최고데이타전송속도 1 Mbit/s 0.8 and 1.6Mbit/s 4Mbit/s Waveband 2.4 GHz 2.4 GHz Infrared Modulation 기술 FHSS D SSS and F H SS 4/16-level PPM 음성채널 Yes Yes None 가격 $5 (target) $25 (target) $3 최고 전송 거리 10m 50m 3.8m 최고 전력 소비량 30mA Not disclos ed 10mA 보안 Standard(encryption) Standard(encryption) None - 256 -
기술개발 내용 공중 망, 개인 사설 망, 개인용 PC를 통한 인터넷 접속 및 다양한 단위 장 치간의 무선 통신을 가능케 하는 근거리 무선 데이터 인터페이스로서 Bluetooth 와 IrDA (InfraRed Data Association) 등은 앞으로 많은 각광을 받을 것으로 기대된다. 특히 2.4GHz 공용 주파수 대역을 사용하는 근거리 무선 데이터 통 신 기술인 Bluetooth는 실용화 단계를 맞으면서 무선통신에서 앞으로의 큰 이 슈가 될 것이다. 그리고 기존의 유선망 이론과 이러한 무선 기술 등은 완전한 근거리 무선 사설 망 구성에도 큰 역할을 할 것으로 기대되는 데, 이미 선진 국 등을 중심으로 편리한 사무환경, 연구환경, 그리고 가정환경을 위한 많은 노력들이 시도되고 있다. 더불어 Bluetooth를 중심으로 하는 사설 망에서 완 전한 Ad Hoc망 구현을 위한 새로운 라우팅 프로토콜 설계 및 신속한 Handoff 제어 문제 그리고 유무선망의 유연한 연동 등도 해결해야 할 과제이자 이슈 가 되고 있다. 더불어 이러한 기본 기술을 바탕으로 로봇 분야에서도 메인 센터와 로봇간 그리고 모바일 로봇간의 완벽 한 유무선 네트워크를 통하여 인 간 친화적인 로봇 출현에 많은 기여를 할 것으로 보인다. 기존의 유선망에 B luetooth 등의 무선기술을 이용한 로봇용 통신 네트워크를 구축하기 위해서 는 다 음 과 같은 기술개발이 요구될 것으로 보인다. 국내외 동 향 및 시 장규 모 B luetooth 분야 [ 134, 135] 1994년에 스웨덴의 Lund에 있는 에릭슨의 이동통신 AB는 이동전화기와 주 변 장치간의 저전력, 저비용 무선 인터페이스에 대한 가능성을 조 사 하는 연구 에 착수한 이래로, 에릭슨은 기술상의 관심을 증대 (시스템이 성공하기 위 해 서는 상당히 많은 휴대용 기기들이 근거리 무선을 사용하여야만 함) 시키기 위하여 다른 휴대용 기기 제작자들과 교섭을 시작하였다. 1998년 2월에 5개의 프로모터사 (에릭슨, 노키아, IBM, 도시바 그리고 인텔)은 SIG (Special Interest Group)을 결성하였고, 1998년 5월 20일과 21일에 열린 Bluetooth 컨 소시엄은 런던, 잉글랜드, 산호세, 캘리포니아, 일본 동경에서 일반에게 결과 들을 발표하였다. 그 이후로 몇 개의 회사가 기술 지원자 자격으로 동참하였 다. 현재 Bluetooth Promoter Group에 참여하고 있는 회사는 모토롤라, 마이 크로소프트, 루슨트테크롤로지, 3COM 등 4개 사가 가세해 9개사로 늘어났으 - 257 -
며, 회원사는 이미 1,600여개 사에 이른다. 앞으로도 계속 늘어날 추세여서 그 위용을 과시하며 확고 부동한 세계적 규격으로 자리잡고 있다. 그리고 이미 Ericsson에서는 2000년 상반기에 Bluetooth를 지원하는 Headset을 출시하였고 많은 회사들이 Bluetooth를 탑 재 한 제품들을 빠르게 출시하고 있다. Bluetooth의 사양은 1999년 7월에 채택된 'Bluetooth Version 1.0A'를 기본 골격으로 한다. 사용자가 무면허로 이용할 수 있는 2.4GHz의 ISM (Industrial Scientific Medical) 대역에, 대역폭이 1MHz인 채널을 79개 설정하여, 1초간 1,600번 채널을 바꾸는 주파수 호핑기술을 채용한다. 그리고 주파수 호핑기술 을 사 용 하기 때문에, 다른 기기가 같은 대역의 전파를 발신하여 간섭을 받는 대역이 있어도, 그 외의 다른 대역을 사용하여 간섭문제를 쉽게 극복할 수 있 다. Bluetooth의 무선망은 분산 네트워크를 기초 개념으로 하여 만들어지며 일반적으로 점-대-점 그리고 점-대-다점 연결을 지원한다. 그 중 중 요한 개 념이 그림 118에서 보여주고 있는 피코넷과 스캐터넷이다. <그림 121> 피코넷과 스캐터넷 여기서 하나의 피코넷은 일종의 간략화된 Ad Hoc망 형태로 Bluetooth를 통해 연결된 기기의 모음으로 정의될 수 있으며, 2개로 시작하여 최대 8개까 지 연결될 수 있다. 하나의 피코넷을 구성할 때는 1개 유닛만 마스터로, 그 외 나머지는 슬레이브로 동작한다. 그리고, 스캐터넷은 복수의 독립적이고 동기되어 있지 않은 여러 개의 피코넷으로 구성되며, 각 피코넷은 다른 주파 수 호핑열에 의해 구분된다. 같은 피코넷상에 참여하는 모든 사용자들은 같 은 호핑열에 동기화되어 있다. Bluetooth를 이용한 사설 망에서 Handoff제어 를 위한 방법은 아직 구체적으로 구현되어 있지 않다. 단지 이와 관련하여 지금까지 소개된 기술은 Bluetooth에 셀룰러 IP와 이동 IP 기술을 적용하여 Bluetooth 기기들로 구성된 피코넷이 IP 기반의 공중망에 접속하는 BLUEPAC IP (BLUEtooth Public ACcess Internet Protocol) 방법 등이 전부이다. - 258 -
Ad Hoc 망 분야 무선 Ad Hoc 망 구성기술과 관련된 국외의 동향을 살펴보면, 우선 인터넷 표준 제정을 위한 국제 기구인 IETF (Internet Engineering Task Force)의 경 우 MANet이라는 작업그룹이 결성되어 다수의 RFC와 인터넷 초안 (Internet draft)가 나와 있다. 미국의 D ARPA에서 지원하고 있는 G lomo 프로그램의 경 우, 군용 무선 Ad Hoc망 구축을 위한 연구를 수행중이며, HomeRF Working Group에서는 SWAP (Shared Wireless Access Protocol)이라는 무선 접속 프 로토콜을 정의하고 이를 이용한 무선 Ad Hoc 망 및 무선 접속 장치를 지원하 는 것을 목표로 한 HomeRF 표준을 제정하였다. 이 외에도 CMU의 Monarch (Mobile Net-working Architecture) 프로젝트와 같은 무선 Ad Hoc망과 관련 된 프로젝트들이 대학을 중심으로 활발히 진행 중에 있다. H andoff 제어 분야 Handoff는 한 셀에서 다른 셀로 이동해 갈 때 현재의 통화채널을 자동적으 로 전환해주는 것을 말한다. AMPS 시스템에서는 새로운 통화 채널을 열기 전에 기존의 채널을 먼저 끊는 'break before make' 방식의 Hard Handoff를 사용하였으나 CDMA 시스템에서는 대부분의 Handoff가 채널을 먼저 연결하 고 기존 채널을 끊는 'make before break'방식인 Soft Handoff, Softer Handoff가 사용된다. 발전 전 망 및 기대 효 과 미래의 로봇을 위한 네트워크 기반 기술의 개발은 연구 범위와 활용성, 그리 고 사회 전반에 미치는 영향 등을 생각해 볼 때, 국가 주도의 효과적인 연구 개발 체 계가 필요하다. 현재까지 로봇에 대한 연구는 많이 있어 왔지만 그것은 주로 부품의 성능 향상에 초점이 맞추어져 있었다. 하지만 이제는 그러한 것뿐 만 아니라 미래 로봇의 활용을 위해서 네트워크화 된 로봇의 연구 개발이 필 요하다. 또한 이것을 위해서는 어느 한곳에서의 연구 개발보다는 정부가 주도 하여 산업 현장의 요구 조건을 바탕으로 기업과 연구소, 그리고 최신 기술과 기초 기술을 동시에 연구하는 학교의 협력 체 계가 절실히 요구된다고 할 수 있다. 따라서 본 연구의 빠르고 효과적인 목표 달성을 위해서는 정부 주도로 산학연의 결집된 연구력이 필요하다. 미래형 로봇에 있어서의 데이타 전달 및 리모 트 제어 (Remote Control)를 위한 communication은 매우 중요한 기술로서 성능 - 259 -
과 가격대에서 최적의 기술을 개발, 적용한다면 미래형 국가 산업에서 많은 고 부가가치를 창출하게 될 것으로 보인다. 또한 이러한 communication을 위한 고부가가치의 component 개발은 하드웨어 기술개발과 더불어 소프트웨어적인 연구가 중요하므로 인적자원이 풍부한 우리나라에 적합한 연구임에 분명하다. 이에 기대되는 기대효과 및 활용방안은 다음과 같다. - 교육적 측면 유무선 통신망의 라우팅 알고리즘 이해 및 학습 기능성을 부여한 프로토콜 제작 기술 습득 모바일 로봇에서의 통신 기술 습득 - 기술적 측면 Bluetooth에서 Ad Hoc망 및 Handoff 제어 및 이를 유선망에 유연하게 접속시키는 프로토콜 제작기술 습득 유무선 통신 component 개발 기술 습득 유무선의 연동을 통한 로봇간 원활한 통신 능력 제공 - 경 제 산업적 측면 로봇 산업에서의 고부가가치 창출 로봇용 통신망 설계분야에서의 경제적 우위 확보 유무선 통합 네트워크 기반의 다양한 애플리케이션 개발을 촉진 선 택 과 집 중 Sensor fusion을 통해 여러 가지 센서의 기능을 통합하여 로봇에 들어가는 통신 모듈 및 각종 component들을 경박 단소화시킴으로써, 궁극적으로는 시 스템의 간소화 및 로봇 상호간의 완벽한 고속의 communication 확보 및 low cost를 통해 통신 모듈 및 component들의 대량생산을 목표로 한다. 이러 한 기술들의 개발은 국내 로봇 산업의 활성화뿐만 아니라 세계적인 로봇 선 진국으로 도약할 수 있는 계기를 마련해 줄 기회라고 생각된다. 물론 일차적 으로는 국내의 여건에 맞는 기술의 개발을 목표로 하여야 하겠지만 최종적인 목표는 유사 기술의 세계화를 앞장서서 이끌 수 있어야 할 것이다. 그러기 위 해서는 먼저 국내에서 사용되는 로봇 기술과 세 계적으 로 사용되고 있는 로봇 에 대한 자료를 바탕으로 범용적으로 사용될 수 있는 기본적인 네트워크의 설계를 마쳐야 할 것이다. 그리고 로봇이 사용되는 여러 분야를 몇 개의 대표 - 260 -
분야로 나누어서 그에 따른 필요한 사항들을 정의하고 해당 기술을 개발하여 야 할 것이다. <그림 122> Sensor Fusion Technology TRM Actuator s ys tem 개 요 엑추에이터는 입력된 신호에 대응하여 작동을 수행하는 작동기, 또는 명령신 호에 따라서 작동하는 집행기이다. 따라서 액츄에이터는 로봇시스템에서 팔, 다 리 등의 관절에 필요한 구동모터, 자동차의 전장품, 반도체 이송장치, 의료기기, 직교좌표 로봇 등에 사용되어진다. 이러한 응용분야에서 액츄에이터의 성능이 곧 전체 시스템의 성능을 좌우한다고 할 수 있다. 모든 로봇시스템은 신속하고 정확한 동작을 위해서 빠른 응답성, 정확성, 고효율성, 저가형, 고토오크밀도 등 많은 성능을 요구한다. 따라서 이에 적합한 다양한 액츄에이터용 모터 개발이 요구된다. 앞으로 액츄에이터로서 연구되어야 할 모터는 다음과 같다. - L inear Synchronous M otor (선형 동기 모터) - Ultrasonic Motor (초음파 모터) - Superconducting Motor (초전도 모터) - 261 -
- High Torque Density Motor (고토오크밀도 모터) 이러한 actuator들과 함께 병행하여 연구되어야 할 분야는 액츄에이터로 구동되는 각종 로봇시스템 및 그 외 주변 장치들이 있다. 이를 살펴보면 다 음과 같다. - 비 행 로봇 개발 - Part assembly 로봇 시스템 개발 - 초소형 부품조작 로봇 개발 - 마이크로머신용 전원 공급장치 개발 - Smart actuator 개발 최근에 기존 R/C 항공기 등에 자동화 개념을 부가하여 항 공기에 지능을 구 현하는 개념으로 최근 S/W, 무선통신, 초소형 센서 기술 등의 개발로 비 행 로 봇의 개발이 활발히 진행되고 있다. 또한 part assembly 로봇은 조립 자동화 에 필요한 force control을 이용한 정밀 조립과 비전을 이용한 조립과정의 자 동화 그리고 MEMS나 조립에 사용되는 소형 조립 기구들을 이용한 정밀 조 립 등에 초점을 맞추어 연구를 진행하고 있다. 초소형 부품조작 로봇은 초소 형 극초소형 소자의 제작 후에 요구될 때, 제작 및 조립, 그리고 이를 통한 초소형 극초소형 시스템의 제작에 필요한 로봇에 관심 을 갖 고 중 장기 연구 개발이 진행되고 있다. 그 외 주변 장치로서 마이크로머신용 전원 공급장치는 마이크로머시닝 기술을 이용하여 μm 단위의 초소형 센서나 엑츄에이터 및 전 기 기계적 구조물을 개발하는 MEMS (m icro electrom echanical s ys tem ) 기술 이 요구되는 시스템에 필요한 전원을 공급하기 위한 장치로서 on-board와 off-board 전원 공급 방법이 있다. Smart actuator는 소형 고출력 모터, 내장 형 구동 드라이버 및 통신기능을 포함한 모터 콘트롤러와 정밀 감속기를 일 체화한 액츄에이터를 개발함으로써 수많은 actuator를 가지고 있는 로봇도 간 단한 명령만을 통하여 쉽게 구동할 수 있도록 한다. 이러한 액츄에이터 시스 템의 연구 방향, 국내외 동향과 시장규모 및 기대효과를 살펴보기로 한다[136]. 초 정 밀 L inear s ynchronous m otor [ 1 3 7 ] 개 요 직선운동을 구현하는 기존의 방식으로 전동기의 회전운동을 벨트, 기어 등 을 통하여 직선 운동으로 변환하는 기존의 방식은 장치가 복잡하고 정확한 - 262 -
제어가 어려우며 유지 및 보수에 어려움이 있었다. 하지만, 선형 전동기 시스 템은 위와 같은 기구 없이 직선운동을 구현함으로서 시스템의 간소화, 단순화 를 가능하게 하여 기존의 방식이 가지고 있던 문제점 들 로부터 자유롭고 정확 한 제어가 용이하다. 이러한 장점으로 인해 선형 전동기 시스템은 직선운동이 요구되는 응용영역에 빠르게 확산되어 산업체에 적용되고 있다. 또한 선형전동기 시스템은 세계적으로도 비교적 새로운 기술이며, 부가가치 가 매우 높고, 선진국과 우리나라의 기술격차가 아직 크지 않다. 그리고 국내 모터관련 제조업계의 기술수준은 선형전동기 시스템의 제조기술에는 충분한 수준이지만, 설계기술의 수준이 낙후하여 모 터 관련 제조 업 계가 가진 기술적 기반을 부가가치가 높은 방향으로 유도하지 못 하고 있 는 실정이다. 따라서 이 러한 상황임을 감안할 때 선형전동기 시스템의 개발이 매우 시급히 요구된다. 국내외 동향 및 시장규모 최초로 상업적인 선형전동기 시스템을 선보인 Anorad사를 선두로 예전에 서보 전동기를 제조하던 회사들이 제품 개발과 시 장확보에 힘쓰고 있다. 이들 이 만든 제품은 높은 추진력(thrust)과 고성능의 드라이브 (drive)기술을 가지 고 있다. 하지만 아직까지는 고가의 상품이기에 널리 상용화가 되지 못하고 높은 수준의 정밀도가 요구되는 반도체 생산설비나 고급 직교좌표로봇에만 적용되고 있다. 하지만 국내에서는 몇몇 업체에서 개발 중이거나 소량의 시제 품이 시장에 나와 있는 정도의 시작 단계이다. 현재 국내외의 시장 규모를 살 펴보면, 아래의 표 69와 같다. <표 69> 국내외의 선형전동기 시장 규모 구분 현재의 시장규모 예상되는 시장규모(2002년) 세계시장규모 3000억원 5000억원 한국시 장규모 100억원 250 억원 자료: Anorad 사의 전년도 매출액 (세계 및 한국시장) 개발내용 - 10nm의 정밀성을 갖는 선형 전동기 개발 Laser interferometer와 Air bearing을 장착한 초정밀 선형 전동기 개발 고정밀 응용을 위한 Winding 구조 개발 - 263 -
추진력을 극대화시키기 위한 방열 구조 개발 - 전동기의 드라이브를 개발하여 전체적인 선 형 전 동 기 시스템 개발 선형 전동기의 특성을 감안한 제어 알고리즘 개발 소형화, 고정밀화, 사용의 편리성을 가진 드라이브 개발 기대효과 - 무역역조의 개선 거의 전량을 수입에 의존하고 있는 선형모터 시스템이 국산화되면 수입대 체 효과뿐 아니라 수출증대를 가져올 가능성이 크 다. 국제경쟁력의 제고 선형 전동기 시스템의 국내 개발은 여러 분야에서 국제경쟁력을 크게 제 고할 수 있다. 선형전동기를 필요로 하는 생 산설비를 국산화함으로서 선형전 동기 생산분야뿐만 아니라 반도체 생산분야 등 선형전동기 이외의 각 분야 에서 국제 경쟁력의 향상이 예상된다. U ltras onic m otor [ 1 3 9 ] 개 요 선형 또는 회전운동이 요구되는 로봇시스템, 자동차용 전장품, 반도체 이 송장치, 의료장비 분야 등에서는 동작 시 자기 노이즈가 발생하지 않고, 전 기적 스파크가 발생하지 않으며, 파워 밀도가 높고, 큰 토오크가 요구된다. 따라서 이에 적합한 초음파 모터 개발을 필요로 한다. 이 러 한 초음파 모터의 특징은 높은 효율성을 가진 저속 고토오크를 갖고, 자계(EMI/RFI)의 영향을 받지 않기 때문에 각종 의료장비의 actuator로 사용될 수 있으며, 기어를 사 용하지 않는 단순구조로 제작이 용이하고, 정밀위치제어에 적합하며 응답이 빠르다. 또한, 스파크가 발생하지 않으며 선형구조가 가능하다. 국내외 동향 및 시장규모 초음파를 이용한 전동기 시스템, 기존의 서보 전동기를 제조하던 회사들이 제품 개발과 시장확보에 힘쓰고 있다. 이러한 제품들은 저속에서의 높은 토 - 264 -
오크와 고성능의 드라이브 기술을 가지고 있다. 하지만 아직까지는 널리 상 용화가 되지 못하고 높은 수준의 정밀도가 요구되는 분야에서 적용되고 있 다. 국내에서는 피에조 테크널리지와 같은 몇몇 업체에서 개발 중이거나 소 량의 시제품이 시장에 나와 있는 정도의 시작 단계이다. 개발 내용 현재 초음파 모터는 각종 로봇 시스템의 actuator로 사용할 수 있으며, 기존 의 다른 모터 들에 비해 앞에서 언급한 다양한 특성으로 아래 표 70처럼 응답 특성 및 힘이 우수하다. <표 70> Ultrasonic motor 특성 Drive Source Name Displacement Length Accuracy Generative Force Res ponse speed Air pressure Air pressure M otor Air pressure Cylinder Rotation 100 mm 100 ìm 5 kg m 10~12 kg/mm2 10 sec 10 sec Oil pressure Oil pressure Motor Oil pres surec ylinder Rotation 1000 mm 10 ìm 10 kg m 10 kg/mm2 1 sec 1 sec AC servo motor Rotation 3 kg m 100 msec DC servo motor Rotation 10 mm 20 kg m 10 msec Electricity Step motor Voice Coil M otor 1000 mm 1 mm 0.1 mm 30 kg/mm2 30 kg/mm2 100 msec 1 msec Piez oelectric Actuator 0.1 mm 0.1 mm 3 kg/mm2 0.1 msec 자 료: 피에조 테크놀리지 기술자료 [140] 실제 연구되고 있는 초음파 모터는 크게 요약해서 다음과 같이 분류 할 수 있고, 운동방식에 따라서는 rotary와 linear type이 있다. - Standing- w ave noncontact USM - H ybrid transducer type U SM - Traveling-wave type U SM 이러한 초음파 모터 설계를 위해서 필요한 요소 기술은 초음파 구조, 고정 자 지지구조 설계, 압전 세라믹 등의 설계기술과 고주파 발진 및 속도/위치 - 265 -
제어 시스템 을 위한 회로 기술, 정밀 위치 제어와 고출력 제어를 위한 제품 성능 기술, 고출력 압전 세라믹 개발, 세라믹과 고금속 접합기술, 최적 마찰재 설계를 위한 기반기술이 요구된다. 아래의 그림 120은 초고속 모터 제작에 관 한 기술들과의 관계를 나타낸다. 설계 기술 1. 압전 세라믹 기술 2. 고정자 지지구조 설계 3. 초음파 구조 설계 회로 기술 1. 고주파 발진 회로 2. 속도 및 위치제어 시 프템 설계 초음파 모터 기반 기술 1. 고출력용 압전 세라믹 2. 고금속/세라믹 접합기 술 3. 최적 마찰재 선정 제품 기술 1. 정밀 위치제어 2. 고출력제어 <그림 123> 초음파 모터 제작에 필요한 기술 기대효과 - 고출력, 고효율의 구현으로 고전력밀도를 갖는 actuator 제작 가능 - 고자장에 영향을 받기 쉬운 의료장비나 storage media와 같은 응용분야에 적용이 용이 - 정지 및 기동 시 0.1m/sec의 응답특성 - 권선이 없어 구조가 간단한 시스템에 적용이 용이 - 초음파 모터의 국산화에 따른 산업설비에 사용되는 actuator의 국제 경쟁력 의 향상에 기여 Superconducting m otor [ 1 4 1, 1 4 2 ] 개요 초전도 기술이 세상에 알려진 것은 지난 1911년 네덜란드의 카멜린 온네스 박사에 의해서다. 온네스 박사는 절대온도 4도 (4K 섭씨 영하 2백69도)에서 - 266 -
수은의 전기저항이 0으로 떨어지는 초전도현상을 발견하게 됐다. 초전도체는 임계온도가 낮은 금속계 저온 초전도체와 임계온도가 상대적으로 높은 산화 물계의 고온 초전도체의 두 종류로 나눌 수 있다. 금속계의 저온 초전도체는 산화물계의 고온 초전도체에 비해 선재로 가공하기가 쉽 고 전 기적 특 성이 우 수한 것이 특징이다. 그러나 대부분의 저온 초전도시스템은 고가의 액체 헬륨 을 사용하기 때문에 냉각비용을 줄여서 경제성을 높이는 것이 상용화의 관건 이라고도 할 수 있다. 한편 지난 86년에 발견된 산화물 고온 초전도체는 높은 임계온도에도 불구 하고 선 재로 가공하기가 어렵고 금속계 초전도선재에 비해 실용화에 따른 비 용이 10~100 배 정도로 높아 완전 상용화에 어려움을 낳고 있다. 이러한 초 전도를 이용한 응용분야로는, 새로운 고속열차로 각국에서 연구되고 있는 자 기부상식 리니어모터는 초전도기술을 응용한 것이며, 이와 비슷한 성질의 초 전도 전자추진선도 개발되어 있다. 이것들은 초전도자석에 의한 고자기 ( 高 磁 氣 )를 이용하는 것이지만 핵융합로 ( 核 融 合 爐 )라든가 고에너지가속기, 전력 저장장치 등에도 응용될 수 있다. 전기저항이 0이라는 특성을 이용, 송전이나 전기통신에 응용할 것도 연구되고 있어, 에너지손실이 아주 적은 매우 이상 적인 전력수송이나 통신이 실현될 수 있다. 이 밖에 정보처리분야에서 조지 프슨소자 ( 素 子 )를 이용하거나, 정밀뇌파계 ( 精 密 腦 波 計 ), 심전도 ( 心 電 圖 ), 지 질탐사장치 등에 응용하는 길도 모색되고 있으며, 핵자기공명장치 (NMR), 전자현미경에 대한 응용연구도 추진되고 있다. 시장규모 미국, 일본 등 선진국에서는 실용화 연구가 활 발하게 진행되고 있으며, 우 리나라도 작년부터 2006년까지 총 249억원의 연구비를 투입해 선진국 추격에 나서고 있다. 국내서 개발중인 고온초전도 응용제품은 초고감도의 초전도 양 자간섭장치 (SQUID)와 초전도 필터, 초전도 전선 개발 등 크게 세 갈래로 나 뉘어 진행되고 있다. 양자간섭장치는 지구 자기장의 10억분의 1 이하인 아주 미세한 인체 자기도 측정할 수 있는 장치로 뇌나 심장연구에 유 용 하다. 표 준 과학연구소는 7채널의 고감도 SQUID를 개발하고, 이를 16채널용으로 확대하 는 데 주력하고 있다. "뇌수술이나 뇌기능 신비를 푸는 데 크게 기여할 수 있 다"는 것이 연구원측의 설명이다. 선진국에서는 32채널용 SQUID가 이미 개 발돼 상용화를 앞두고 있다. LG종합기술원도 SQ U ID 기술을 축 적하고 있 다. 초전도필터는 휴대폰의 기지국에 들어가, 원하는 주 파 수를 정 확 하게 걸러주는 - 267 -
역할을 한다. 초전도 필터를 쓰면, 현재 중계기의 수를 20~30% 이상 줄여줄 수 있을 것으로 예상되고 있으며 삼성종합기술원 등에서 연구가 활 발하다. 초 전도전선은 궁극적으로 에너지 손실 없이 전기를 보내거나, 고효율의 발전기 와 모터를 만드는 데 목적이 있다. 가늘고 길게 뽑아내면서도, 부스러지지 않 는 재료를 만드는 것이 관건이다. 현재 일본에선 이미 길이 2km의 초전도전선 이 개발됐으며, 미국에서는 소형 초전도 모터로 강력한 고속정을 만드는 연구 를 진행하고 있다. 국내에서는 100m급의 선재 개발에 성공한 상태이다. 초전 도 전선을 쓰면, 전기저항이 없으므로 도심의 지하 송전케이블을 기존의 6분 의 1 크기로 만드는 것이 가능해진다. 고온 초전도는 아니지만, 초전도기술은 이미 수송분야에서도 획기적 결과를 내놓고 있 다. 일 본은 현 재 오사카와 동경 사이 48km의 시험 구간에서 시속 500km급의 초전도 자기부상열차를 개발해 시험 중이다. 이러한 초전도산업은 2010년에 600억~900억 달러, 2020 년에는 1,500억~2,000억 달러의 새로운 세계 시장을 형성할 것으로 예측된다. 개발내용 초전도 물질 이용한 모터 중에서 특히 generator에 이용되는 초전도 발전기 개발에 요구되는 항목은 다음 표 71과 같다. <표 71> 초전도 모터 개발 구 분 세 부 기술 내용 - 저손실 안정화 도체의 설계 제작기술 연구 초전도선재 개발 - 교류손실평가 기술 - 궨치보호 기술 - 회전장에서의 여자특성유지기술 초전도 권선개발 - 도체권선 및 절연 지지방법 연구 - 계자권선의 냉각과 안정성 연구 - 계자권선의 유효 냉각기술 기발 냉각시스템 및 헬륨공급장치 개발 - 자성유체의 의한 헬륨 실드기술 - 액체 헬륨의 열침입 해석 및 감소기술 - 축방향 열수축 해석 및 해결 방안 - 다중원통 회전자의 진동특성분석 Torque Tube 개발 및 damper 개발 - 정밀가공 및 조립기술 - 고강도 damper재의 개발 - 최적 여자방식 연구 여자 장치 개발 - 계자 전류제어법 개발 - 전류도입선 개발 - 과대전자력의 지지기술 공극전기자 코일 개발 - 정밀 제작 및 조립기술 - 268 -
또한 초소형 (mm) 선형 초전도 모터에 관한 개발이 진행이 필요하다. 이 러 한 초소형 선형 초전도 모터는 contact-free micromachine을 위한 초전도를 이용한 자기부상 액츄에이터로서 추가적인 제어 mechanism들이 요구되지 않 으며, 운전 시 에너지 손실이 거의 없다. 기대효과 초전도 모터는 각종 Driving pump, Fans, Compressors, Generators 등에 사용되는 데 특히 초전도동기모터를 이용한 발전기 시스템은 기존 발전기 손 실의 41.4%로 손실절감 효과가 크다. 노화된 발전기의 교체가 신설되는 발전 기의 도입량을 2030년까지 약 68만MW로 예상할 경우 손실 절감은 2020까지 240kW로 원자력 2기분에 해당하며, 2030까지는 480만 kw 가량이 된다. 이러 한 효율향상은 전력 수급량에 따른 전력을 생산하는데 소용되는 연료절감, 및 CO 2 배출억제 효과가 있다. 또한 기존 발전기에 비해 중량 50% 이하로 경량 화, 소형화가 가능하고 발전기 제작용량의 한계가 없 기 때문에 부지 및 송 전 선 건설비용 절감효과가 연평균 1,600억원이다. 또한 초전도 발전 플랜트 기 술개발을 통하여 획득한 초전도응용 기반 기술은 미래첨단과학 사회에서 필 요한 핵융합, 초전도 에너지 저장 등을 개발하여 실용화하는 데 간접적인 기 술적용이 가능하다[ 143]. 고 토 오 크 밀 도 모 터 개요 국내 로봇 업계뿐만 아니라 세계 로봇 업계가 고개를 저었던 양족 보행로 봇의 결실이 여러 곳에서 이루어졌지만, 보다 인간과 흡사한 동작을 빠르게 수행하는 로봇의 개발이 로봇에 사용되는 서보 모터의 성능 때문에 미뤄져 왔다. 국내에서도 2족 보행 로봇에 대한 연구가 활 발히 진행되고 있다. 하지 만 일본에서 제작된 혼다사의 아시모, 소니사의 SDR 3X, 피노에 비해서는 그 기능적인 면에서나 기술적인 면에서 많이 뒤떨어지고 있는 것이 현실이다. 현재, 발표된 국내의 2족 보행 로봇으로는 다진 시스템의 루시 (Lucy), 미니 로봇의 미니캅, 로보블럭시스템의 휴로이 등이 있다. 국내로봇의 성능이 다 른 나라의 업체보다 뒤떨어지는 이유 중 하나는 로봇의 관절을 제어하는 액 츄에이터용 모터의 성능이라고 할 수 있다. 국내에서 사용되고 있는 모터는 - 269 -
고가의 모터가 아닌 일반 저가형 서보 모터를 사용하고 있는 것이 현실이다. 물론 이것은 해당 업체가 지니고 있는 재정적원인도 한몫을 하고 있지만, 무 엇보다 심각한 것은 국내에서의 서보모터 개발 및 연구가 미 비 하기 때문이 다. 예를 들어 소니사의 SDR 3X에 사용된 모터는 자사에서 투자하여 자체 생산 한 것으로 종전에 로봇용 서보모터에서는 발휘할 수 없었던 고토오크 고속의 성능을 지니고 있다. 이번 2000년 11월에 요코하마 ROBODEX 2000에서 발표 되었던 SDR-3x (small biped walking entertainment robot) 양 족 로봇은 2 4 개의 관절로 이루어져 있고, 각 관절은 joint size와 출력이 서로 다른 세 가지 모터로 움직인다. 이 actuator는 motor unit, gear unit, circuit unit로 구성되어 있으며 이 세가지가 하나로 통합되어 actuator 출력을 낸다. 이런 구조는 소 형 경 량모터로부터 최대의 출력을 얻을 수 있다. 기본적으로 이 로봇은 OPEN-R 구조 (로봇을 구성하는 hardware, movem ent software, information process ing programs 등이 각각의 모듈로 이루어져 추후에 많은 적용대상에 적당한 모듈 변화로 쉽게 용도를 변경할 수 있도록 만든 구조)로 이루어져 있으며 24개의 관절이 동기화가 되어 움직일 수 있도록 구성되어 있다. 이 로봇의 핵심 기술인 ZMP (Zero Movement Point) 판단기술을 이용하여 로봇의 무게중심을 예측하여 균형을 잡도록 하고 있다. 물론 경사면을 오르거 나 내려갈 때는 몸통부근에 부착된 posture sensor나 발 밑에 부착되어 있는 touch sensor로 몸체가 쓰러지지 않도록 자세를 교정시켜 주도록 도와준다. 양족 로봇의 핵심은 몸체가 쓰러지지 않은 상태에서 몸을 이동시켜야 한다는 것이다. 단순한 문제일지 모르지만 이런 기술에 밀접하게 관련되어 있는 문제 는 위의 센싱에 빠르고 정확하게 대처할 수 있는 actuator의 개발이다. 이 로 봇의 또 다른 특징이 분당 15m를 60mm의 보폭으로 움직이고, 킥 능력이 부 가되어 있을 정도로 빠르게 움직이는 것 인걸 볼 때, 이런 정도의 응답성을 보이기 위해서는 고출력 고속의 모터특성을 요구하고 있 다. 이 런 성능의 모 터 가 국내에서 개발되기 위해서는 국가적 단위에서 기존의 서보모터를 탈피하 여 새로운 개념의 비산업용 고토오크밀도 모터의 개발 및 연구를 추진해야 한다고 본다. 국내외 동향 신개념의 서보모터로 구축된 소니사의 SDR 3X의 개발자 토시 도이는 지금 생산되고 있는 SDR의 경우 애완용으로 그 수행 범위가 한정되어 있지만 앞으 로 5년 이내에는 간단한 집안일을 거둘 수 있을 정도의 지능을 가진 로봇을 - 270 -
생산할 것이라는 당찬 포부를 밝혔다. 일본의 Honda사의 2족 보행로봇 아시모 와 P3 Prototype3 개발했고 이중 P3 Prototype3 을 내년부터 일반인에게 판매한다고 발표했다. 혼다는 로봇기술을 기반으로 가까운 장래에 가사일과 노 인간병, 각종 재해현장의 구난활동까지 수행하는 인간형 로봇을 개발할 계획이 라고 한다. 이렇듯 일본의 2족 보행로봇은 세계를 향해 그 활로를 모색하고 있 다. 이에 반해 국내에서는 지난해 한국과학기술연구원 (KIST)이 네 발로 걷는 4족 보행로봇 센토를 개발하였고[144], 국내 여러 기업에서 루시, 미니캅, 휴로 이 등 2족 보행로봇을 개발하였지만 아직 기술적인 면에서는 외국의 로봇 수 준을 따라가기 힘든 실정이다. 현재는 국내에서도 여러 기업을 중심으로 2족 보행로봇에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 하지만 세계의 로봇 기술을 향해 발돋움하려면 로봇분야에 막대한 연구자금과 기술력이 필요하다고 생각한다. 현재 세계는 2족 보행로봇이 인간이 거주하는 생활공간에 자유롭게 투입될 수 있는 차세대 서비스 로봇 산업의 핵심 기술이라 인정하고, 일본과 미국, 프랑스 등은 국책연구과제로 선정, 집중적으로 개발하고 있 다. 그 만 큼 해 외 에 서 로봇에 대해 국가적인 과제로 인식하고 있 는 것이다. 이것은 로봇의 시 장규모하고도 맞먹는 일이라 할 수 있다. 일본의 SDR을 판매주문 받았을 때 2만대의 선 주문을 받을 정도로 로봇에 대한 관심이 높았던 사실을 감안하면 아마 앞으로 개발될 로봇에 대한 사람들의 인식이 PC의 사용이 그러했듯이 생활의 일부로 생각할 날이 다가올지도 모르겠다. 이렇게 시장확대가 이루어 져 로봇의 보급이 늘어난다면 세계시장에서 획득할 수 있는 가치는 판매자가 가지고 있는 로봇의 기술력과 비례하게 될 것이다. 국내의 기술력이 미비한 점을 감안할 때 다가올 로봇시대에서 국가 경쟁력을 확보하기 위해서는 국가 적 단위에서 로봇에 대한 기술 투자가 이루어져야 할 것이다. 그리고 로봇 컨 트롤용 서보모터의 개발이 요구된다. 국내외에서 개발 중인 로봇 시스템에서 다리 관절용 모터의 사양을 살펴보면 다음 표 72, 73, 74와 같다[145, 146]. <표 72> 소니사의 AIBO 로봇 관절용 모터 사양 항 목 값 항 목 값 정격전압 7.2 [V] 최대효율 57 [%] 무부하속도 16,000 [rpm] 정격출력 1.3 [W] 기동토 크 38 [gcm] 최대출력 1.8 [W] 정격속도 12,700 [rpm] 토크상수 32 [gm] 정격토크 10 [gcm] 모터크기 14.5 20 [mm] 정격전류 0.32 [A] 체적당 출력비 0.41 [W/cm 3 ] 1) 정격은 최대효율점을 기준으로 하여 설정 2) 기어 감속비는 1:217 3) 브러시형, 5슬롯, 2극의 일반 dc 모터 사용 - 271 -
<표 73> 삼성전자의 관절용 모터 사양 항 목 Type- 1 Type- 2 Type- 3 출 력 [W] 6 15 15 정격전압[V] 24 24 24 토크상수[kgcm] 0.2 0.39 0.39 기어비 36 50 50 Size D24 50 (기어포함) D32 50 (기어포함) D32 55 (기어포함) 체적당출력[W/cm 3 ] 0.27 (기어포함) 0.37 (기어포함) 0.34 (기어포함) <표 74> Maxon사의 관절용 모터 사양 항 목 Model-1 Model-2 Model-3 Model-4 기어헤 드 출 력 [ W ] 6 6 15 15 0.75-4.5[Nm] 정격전압[V] 24 24 24 24 - 토크상수[kgcm] 0.31 0.28 0.39 0.38 - 기어비 - - - - 51, 79 Size D22 48 (모터단체) D26 44.7 (모터단체) D32 57 (모터단체) D32 60 (모터단체) D32 43.1 (기어단체) 체적당출력[W/cm 3 ] 0.33 (모터단체) 0.25 (모터단체) 0.33 (모터단체) 0.31 (모터단체) - 2 중 air- gap 고 토 오 크 밀 도 모 터 개 요 고토오크밀도 모터를 구현하기 위해서 모터의 구조의 변경이 요구된다. 이 를 구현할 수 있는 모터의 구조는 2중 공극 (air-gap)을 갖는 모터이다. 내측 과 외측에 고정자 winding을 감고 그 사이에 회전자를 두어 기존의 모터보다 2배의 토오크를 발생시킬 수 있는 고토오크밀도 모터를 구현할 수 있다. 이러 한 2중 air-gap 고토오크밀도 모터의 개략적인 구조를 살펴보면 다음 그림 121와 같다. - 272 -
Stator1 Stator2 Air-gap Air-gap Rotor <그림 1 24> 2중 air-gap 고토오크밀도 모터의 개략적인 구조 기대효과 - 비산업용 모터개발을 통해 human 로봇산업의 기초 기반 확립 - 국내 휴먼로봇의 관절 액츄에이터 대체로 인한 국가 경쟁력 향상 Products Linear Synchronous motor Ultrasonic motor Superconducting motor 고 토오크밀도 motor Technology Roadmap (Linear Synchronous, Ultrasonic, Superconducting, 고 토오크밀도 motor ) X-Y 직교로봇 반도체 이송장치 로봇관절 시스템 자동차 전장품 X-Y 좌표로봇 반도체 이송장치 의료기기 장비 교효율 발전기 초전도 자기부상열차 드라이빙 펌프,컴프레셔등의 산업장비 보행 Robot Technology 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Linear Synchronous motor Ultrasonic motor Superconducting motor 초정밀 선형 전동기 개발 전동기의 드라이브를 개발 전체적인 선형 전동기 시스템 개발 Laser interferometer와 Air bearing을 장착 선형 전동기의 특성을 고려한 제어 알고리듬 개발 멀티축 좌표로봇으로의 확장 고정밀 응용을 위한 winding 구조개발 소형화, 고정밀화, 사용의 편리성을 가진 드라이브 개발 2nm 정밀성을 갖는 초정밀 산형전동기 구현 추진력을 극대화 시키기 위한 방열구조개발 Piezoelectric ceramic 압전소자애 관한 특성 분석 세라믹과 고금속 접합기술 확보 최적 마찰재 설정 각종 초음파 모터 및 Piezoelectric Exciting System 개발 Piezoelectric Exciting System를 이용한 제어기 설계 고출력 압전 세라믹 개발 고정자 지지 구조설계 초음파 모터의 비선형성 고려 고주파 발진회로 설계 각종 파라매터 변화를 고려한 제어기 설계 Traveling-wave-type와 Non-contact standing-wave type 등의 다양한 초음파 모터 제작 고출력및정밀위치제어 초전도 재료 및 소자연구개발 초전도모터제작 운전제어 및 운용기술 개발 저손실 안정화 도체의 설계 및 제작기술 연구 초전도 권선개발 시스템 안정도 해석 교류손실 평가기술 냉각시스템 및 헬륨공급장치 개발 통합 감시 제어시스템 개발 궨치보호 기술 여자장치개발 표준화 작업 공극전기자 코일개발 2중 고정자를 채택한 소형 고출력 모터의 개발 관절 시스템 및 구동 드라이브 구현 로봇제어를 위한 알고리즘 개발 고 토오크밀도 motor 축베어링 설계 기어 유닛 설계 및 제작 ZMP(Zero Movement Point) 판단기술 2중 고정자를 위한 Winding 및 고정자 설계 OPEN-R 구조 확립 고출력/고속의 신속한 위치제어 회전자 설계 구동드라이브 설계 및 제작 고토오크 최대화를 위한 slot/teeth 설계 <그림 1 2 5 > Linear Synchronous, Ultrasonic, Superconducting, 고 토오크밀도 motor 기술개발 TRM - 273 -
비 행 로봇 개요 비행로봇은 무인항공기 (UAV, Unmanned Aerial Vehicle), 초소형 항공기 (MAV, Micro Aerial Vehicle), 무인전투기 (UCAV, Unmanned Combat Aerial Vehicle) 등을 포함하며 기존의 유인 항공기 기술에서 소형화, 자동화 및 지능화에 많 은 역점을 두고 있는 새로운 무인 항공기 개발 경향을 알 수 있다. 비행 로봇 은 기존의 R/C 항공기 등에 자동화 개념을 부가하여 항 공기에 지능을 구현 하 는 개념으로 최근 S/W, 무선통신, 초소형 센서 기술 등의 개발로 활 발한 연 구 개발이 이루어지고 있는 상황이다. 연구내용 비행 로봇은 최근 IT, NT 등 주변 기술환경의 변화와 밀접한 관련이 있 다. 즉 IT 기술 개발에 따른 초소형 프로세서 및 센서, 무선통신 기술 및 GPS 센서 등의 발달로 무인화 및 자동화가 구현된 비행체 개발에 대한 연 구가 활발히 진행되고 있다. 비행 로봇은 현재 개발중인 소형의 첨단 프로세 서로 구성되므로 기타 산업분야에 대한 부가적 파급효과가 지대하다고 할 수 있다. 본 연구에서 개발되어야 내용은 다음과 같다. - 센서 데이터 합성 기술 개발 - 센 서 및 구동기 기술 연구 - 초소형 가속도 및 각속도 센서 개발 연구 - 센서 정밀도 향상 기술 개발 및 개발 - 다중 센서 정보 최적 합성 기술 연구 - MEMS 기술을 활용한 초소형 시스템 설계 기술 연구 - 비행 로봇 핵심 모듈인 비행 컴퓨터 개발 기대효과 - 비행 로봇에 소요되는 각 요소기술은 일반 산업체 및 국방 기술에 파급 효과 가 대단히 큼 - 요소기술 개발을 통한 원천기술 및 특허 확 보. - 274 -
Part as s em bly 로봇 시 스 템 개요 상품 제조의 큰 부분을 차지하는 part assembly는 오늘날 제조업의 경향이 다품종, 소량생산의 체제로 전환됨에 따라서 그 중요성이 날로 커지고 있다. 그러나 현재 많은 수의 로봇 (약 750,000대로 추산됨)이 자동화 공정을 위하여 도입되어 있으나 조립 부분에 있어서는 거의 사용되지 못하는 실정이다. 실제 조립과정에서의 로봇의 적용은 전체 로봇 사용의 약 3%에 그치고 있으며 대 부분이 전자부품을 기판에 실장하는 등의 작업에 사용되고 있는 실정이다. 또 한 상품의 제조에 사용되는 부품의 정밀도가 높아지기 때문에 로봇보다 사람 의 능률이 저하되는 상황이 발생하고 있으며 나아가서는 인간의 작업수행이 불가능한 상태가 될 수 있다. 따라서 로봇을 이용한 조립 및 분해의 자동화 구 현은 앞으로의 상품 생산 및 품질 나아가 국제 경쟁력확보에 필수적이다. 로봇 등의 자동화 기기를 사용한 공장 자동화의 경우, 철강 제조 공정 등 분야에 따라서 unmanned factory의 실현이 얼마 남지 않은 단계에 도달하고 있으나 조립과정의 경우 이러한 단계는 아직 요원한 실정이다. 국제적으 로도 현재 로봇을 이용한 조립 및 분해과정의 자동화는 그리 높은 수준의 개발단 계에 있지 않다. 이러한 원인은 로봇을 이용한 자동화된 조립과정이 로봇 자 체의 성능뿐만 아니라 인공지능, 센서 및 계측 기술, 그리고 기타 상품 design 의 효율성 등에 좌우되기 때문이다. 현재 많은 연구자들이 조립 자동화에 필요한 요소 기술들 에 대 한 연구를 진행하고 있으며 이에 따른 연구 성과도 발표되고 있다. 조립 자동화에 필요 한 요소 기술들 중에서 특히 force control을 이용한 정밀 조립과 비전을 이용 한 조립과정의 자동화 그리고 MEMS나 조립에 사용되는 소형 조립 기구들을 이용한 정밀 조립 등에 초점이 맞추어져 있다. 이 부분의 일단의 목표는 unmanned assembly이지만 나아가서는 로봇 스스로가 적절한 조립 및 상품 제작 단계까지를 인간의 개입 없이 스스로 수행하는 것이다. 이러한 목표를 위한 첫 연구결과가 브랜다이스 대학의 조던 폴랙, 호드 립슨 두 박사에 의해 서 세계적인 과학 잡지 네이쳐지에 게재되었는 데 이들이 개발한 로봇 제작 용 로봇 시스템은 기계에 컴퓨터가 연결돼 있는 형태를 취하고 있으며 아직 정교한 것은 만들어 내지 못하지만 플라스틱 막대와 볼 조인트로 된 약 20cm 크기의 조형물을 제조할 수 있으며, 이 조형물은 모터와 마이크로칩을 장착하 면 초당 몇 인치 정도로 천천히 기어갈 수 있다고 한다[147]. - 275 -
기술 내용 로봇을 이용한 자동 조립의 경우 아래 그림 123에서와 같은 여러 가지 요 소 기술의 발전 이 필요하다. 특히 force control과 cooperative robot control 그 리고 precise position control이 직접적으로 연관된 기술이다. <그림 126> 로봇을 이용한 자동 조립을 위한 요소기술 - Precise position control Precise position control 기법의 경우는 현재까지 생산된 산업용 로봇에 있 어 서 가장 중요한 기술로 많은 기법상의 발전이 이루어져 왔으며 현재 반복 정밀도 0.025mm 이내의 로봇이 많이 생산되고 있다. 현재 이 정도의 정밀도 는 적정한 값으로 인식되고 있으나 정밀 조립작업을 위해서는 정밀도의 향 상 이 필요하다. - Force control Force control은 정밀 조립 및 조립 작업을 위한 로봇의 정밀도를 적정한 수준에서 가능하도록 도와줌으로서 조립작업에 기여한다. 특히 조립작업에 있어서 force control은 중요한 요소인 데 이것은 크게 두 가지에 기인한다. 첫째, 최근의 각종 조립 단계는 조립 작업의 부품에 사용되는 정밀도가 높 아지고 있다. 현재의 조립 시스템은 위치를 기준으로 조립하는 것이 대부분 이며 position control의 정밀도를 향상시키는 등의 방법으로 전체 조립 단계 의 정밀도를 향상시켜왔다. 그러나 position control 방법만을 사용하였을 경 우 약간의 오차에도 조립 작업이 불가능하게 되거나 조립 부품이 파손되는 등의 경우가 발생한다. 또한 position control의 정확도를 향상시키기 위해서 는 position servo의 정확도를 향상시키는 것이 가장 중요한 데, 경제적인 면 - 276 -
에서 position servo의 정확도를 필요한 만큼 향상시키기는 어렵다. 이러한 문제를 정확도와 경제적인 면에서 해결할 수 있는 방법으로 force control 기 법이 제안되고 있다. 인간이 조립을 수행하는 과정을 고려해 보면 로봇에 비 해서 움직임의 정확성이 떨어짐에도 불구하고 손에 전해지는 force와 시각적 인 feedback을 이용하여 로봇이 수행하기 어려운 형상의 조립과정을 적절하 게 수행하는 것을 고려하면 force control 기법이 적절한 접근방법이 될 수 있음을 알 수 있다. force control은 조립과정에서의 위치오차가 발생하였을 경우 부품이 파손되기 전에 적절하게 force를 조절해 줌으로서 전체 조립과 정의 정확도를 향상시킬 수 있으며 전체 조립과정의 속도 또한 빠르게 할 수 있다. 둘째, 최근 제조업의 경향을 보면 다품종, 소량생산으로 변화하고 있다. 따 라서 조립 부품의 형상 또한 복잡해지고 있다. 복잡한 형상의 부품을 조립하 는 경우 기존의 단순 insertion등의 작업단계를 통해서는 작업 수행이 불가능 한 경우가 많다. 따라서 조립품의 형상에 따라 각각 필요한 형태의 조립작업 을 수행할 수 있는 유연한 조립 시스템이 필요하다. force/torque 정보를 전 체 조립과정에서 활용할 수 있고 적절한 force/torque를 조절할 수 있게 되 면 복잡한 조립 단계를 비교적 단순하게 처리 할 수 있다. 이 외에도 일종의 force feedback이 필요하기 때문에 기존의 force control based robot의 사용이 어려웠던 많은 분야에서 robot system의 활용이 가능 해지기 때문에 robot system의 활용 범위를 크게 늘릴 수 있다. force control 분야는 현재 미국과 일본 및 유럽에서 연구가 활 발하나 산업 현 장에 적용된 사례는 별로 없으며 몇몇 회사에서 시험적으로 연구 결과를 내놓고 있는 상태이다. - Cooperative robot control 현장에서 활용되고 있는 대부분의 로봇들은 각각이 단독으로 작업을 수행하 는 경우가 대부분이다. 그러나 향후 목표로 하는 unmanned factory를 실현하 기 위해서는 로봇 사이의 협동작업이 필요하다. 로봇 사이의 협동작업에 대한 연구는 1970년대 후반부터 어느 정도 이루어지기 시작하였으며 최근에 이르러 서는 mobile robot에 대해서 이러한 협동작업에 대한 연구가 활발하게 이루어 지고 있다. 특히 mobile robot의 경우 로봇 축구나 물류 시스템에서 협동작업 을 찾아볼 수 있으며, 미국의 경우 warfare robot에서 mobile robot의 협동작 업이 활발히 이루어지고 있다. 이러한 협동작업의 경우는 조립 작업뿐만 아니 라 산업용 로봇, 서비스 로봇 등 모든 분야의 로봇에 적용될 필요성이 있다. - 277 -
- Artificial Intelligence Artificial Intelligence는 이 분야뿐만 아니라 미래 기술의 기반을 이루는 기술로서 이 분야의 기술발전을 통하여 다른 모 든 부분 의 기술개발이 가능 해진다. 이 분야에 대한 연구는 미국에서 가장 활발하게 연구되고 있으며 개 발 역사도 가장 길다. 분야가 워낙 광범위하고 목표 자체가 어렵기 때문에 여러 가지 접근 방법들이 시도되고 있으나 아직 획기적인 연구 결 과는 발표 되지 않았다. 국내에서도 여러 대학, 연구소 및 회사에서 연구가 활 발한 상 태이며 선진국과의 격차는 그리 크지 않은 것으로 판단된다. 연구방향 20년 뒤의 로봇을 이용한 조립작업은 좀더 복잡한 모델의 로봇 구조, actuator, 제어기, Human-machine Interface, 그리고 그 외의 보조 시스템으로 구성된 다. 대부분의 조립 작업은 센서와 조립을 위한 특수 목적으로 제작된 센서와 model-based robot, end-effector device와 end-tool을 통하여 수행된다. 조 립을 위한 특수 목적의 end-effector와 end-tool은 물체를 쥐고 촉감을 통하 여 물체를 인식하고, 자르기, 표면 연마, 검사 및 측정, 코팅 등의 각종 작업 에 필요한 것이다. 이때 필요한 주요 기술들로 다 음 과 같 은 것들이 있다. - Dexterous manipulators: 조립작업에 필요한 중 량, 정확도, 속도 그리고 작업 반경을 가지는 것이 필요하다. 특히 dexterous m anipulator의 경우는 작업 환경과 목적에 적합하 도록 물체의 형상, 강성 그리고 구조를 적절하게 제어할 수 있도록 한다. 이 러한 목표를 달성하기 위하여 새로운 electro-m echanical component가 필요 하게 된다. 그리고 각종 센서 및 인공지능이 적절 한 모 델 과 각 종 센 서 로부터 의 정보를 종합하는 data fusion을 통해 작업을 수행한다. - 복잡하고 비선형성을 갖는 부분으로 이루어진 시스템에 대한 적절한 설계 기술: 앞에서도 언급하였듯이 앞으로의 조립작업은 상당히 복잡하고 비선형성을 갖는 조립작업이 필요하게 된다. 이를 위하여 로봇 시스템의 각각의 subsystem 의 선택, 제어 시스템의 설계 및 구현 그리고 tuning이 필요하게 된 다. 요즈 음 활발하게 연구되고 있는 고성능 컴퓨터를 이용한 시뮬레이션 작업은 이 부분의 발전에 큰 영향을 미칠 수 있다. 또한 조립한 제품의 성능을 테스트 하는 과정 또한 중요하다. - 278 -
- 시스템과 각 부분의 성능을 확인하고 동작을 예측할 수 있는 시뮬레이션 및 모델링 기법: 제어 시스템은 불확실하고 모델링 되지 않은 환경에서도 적절한 성능을 보장할 수 있어야 한다. 이와 같은 환경에서 올바르게 동작하는 제어 시스템 을 설 계하기 위해서는 적절한 test flatform이 필요하며 이것을 가상의 시뮬 레이션을 통해서 구현할 수 있다. - 유지 보수와 결함 보수를 위한 fault tolerance와 monitoring system: 로봇 시스템의 신뢰성을 향상시킬 것이며, 위험하고 인간이 작업하기 좋 지 않은 곳으로의 결함보수를 위한 투입 가능성을 감소시킨다. - 통합적인 센서와 제어 알고리즘 Sensor fusion과 맞물려 발전하고 있는 센서의 측정값을 제어시스템에 최 대한 활용하는 것이 중요하며 이를 통해 로봇 시스템의 적절한 성능을 보장 할 수 있는 제어 알고리즘이 필요하다 - 새로운 조립 구조와 조립 개념 그리고 높은 power-to-weight 비율을 갖는 actuator의 출현: 일차적으로 fluid-based actuator가 가까운 장래에 고효율의 actuator가 될 것으로 전망되고 있으며 이러한 고효율의 actuator가 개발될 경우 로봇 시스 템 의 크 기를 획기적으로 감소시켜 새로운 조립가능성을 열어주게 된다. 위의 기술들을 통하여 구현될 로봇을 이용한 조립 작업은 생산성 향상, 제 품의 결함율 감소, 제품의 design에서 제품 생산까지의 기간 단축, 노동력 및 관리 인력 감소 등의 효과를 가져오게 될 것으로 판단된다. 기대효과 로봇을 이용한 조립자동화는 범위가 넓고 여타 부분의 기술개발에 의 존 하 는 부분이 많다. 따라서 로봇을 이용한 조립자동화의 추진을 위해서는 광범위 한 산 학 연 협동과 정부의 guideline 설정 및 지원이 필요하다. 로봇 제조 분야의 경우 대부분의 중요 부품을 수입에 의존하고 있기 때문에 상업적인 로봇 생 산의 경우 한계가 있으나 이를 제외한 로봇 설계 연구 역량의 경우는 어느 정도의 수준에 있다고 본다. Force control의 경우는 외국에서도 실제 - 279 -
적용에 있어서는 초보 단계이기 때문에 연구를 집중할 경우 소기의 성과를 거둘 것이라 생각된다. Cooperative robot control의 경우는 로봇 축구 등으로 mobile robot의 경우 특정 분야에서 기술력을 보유하고 있다고 판단된다. 특 히 미국과는 달리 warfare robot에 대한 연구가 어렵기 때문에 물류 시스템과 조립 시스템에서의 충돌회피 및 작업효율의 향상에 초점을 맞추어 진행하는 것 이 필요하다. 센서분야의 경우 특히 국내의 기술력이 외국에 비해서 많이 떨어지는 분야이고 여타 대부분의 공학부분에서 필요로 하는 것 이 기 때문에 로봇 조립을 위해서 독자적인 연구를 수행하는 것보다는 미리 계획된 센서 부분의 연구를 진행하고 그 결과물을 신속하게 이 분야의 연구에 적용하는 것이 효율적이라 판단된다. 로봇을 이용한 조립자동화는 앞서서 언급한 바와 같이 연관된 분야가 많고 광범위하기 때문에 산학연에서 여러 연구팀이 하나 의 목표를 갖고 연구를 진행하는 것이 적합할 것이다. 초 소 형 부품 조 작 로봇 개요 1980년대 후반 이후 기계, 전자분야에서 주목을 받기 시작한 MEMS (Micro Electro Mechanical System) 기술은, 초창기 반도체 공정을 기계공학에 접 목시키는 새로운 공정기술을 바탕으로 머리카락 크기의 초소형 모터, 가속도계, 압력센 서, 각종 액츄에이터 등을 가능하게 하였다. 10 여년이 지난 오늘날, MEMS 산업은 약 $500억의 세계시장을 형성하고 있으며, 년간 20%의 시장 성장속도 를 보이고 있다. 이로 인해 90년대의 MEMS 산업은 70년대의 반도체 산업과 흔히 비교되고 있기도 하다. 80년 대 후반의 표면미세가공 (surface m icrom achining), 기판미세가공 (bulk m icromachining), LIG A 공정등과 같은 기반 공정 연구 혹은 초소형 센서, 액츄에이터 등의 단위 소자 연구로부터, 최 근 수년 간에 이룩되어진 MOEMS (Micro Opto Electro Mechanical System), 정보통신과 연결된 RF-MEMS, 바이오 산업과의 Bio-MEMS에 이르기까지, MEMS의 연 구 영역과 응용분야는 급속도로 확충되고 있다. 더욱이 21세기 들어 새롭게 부상하고 있는 NT (Nano Technology) 기술은 이러한 초소형 및 극초소형 소자 및 부품에 관심을 더욱 증대시켰으며, 이로 인해 초소형극초소형 소자의 현상 이해 및 제작 기술에 대한 많은 연구와 투자가 선진국을 중심으로 광범 위하게 이루어지고 있다. - 280 -
연구내용 본 연구는 현 단계에서 진행되고 있는 초소형 또는 극초소형 소자의 제작 후에 요구될, 소자의 조작 및 조립, 그리고 이를 통한 초소형 또는 극초소형 시스템의 제작에 필요한 로봇에 관심을 갖고 중 장기 연구개발 계획을 수립하 고자 한다. 이러한 연구는 90년대 후반 들어 미세조립 (micro assembly)라는 이름으로 중요성과 필요성이 부각되었고, 다양한 시도가 진행되기도 하였다. 미 세 조 립과 관련해 가장 먼저 연구가 시작된 분야가 초소형 그립퍼 (micro gripper, 초소형 집게) 인데, 다음 사진들은 현재까지 진행되어 온 초소형 집 게의 기존 연구 결과들을 보여주고 있다. 그러나, 이와 같이 다양한 집게의 구동 원리 및 제작 공정의 시도에도 불구하고, 현재까지의 초소형 집게 연구는 정전 부착 현상 (electrostatic sticking)으로 인해 한계에 부딪혀왔다. 즉, 수백 마이크론 크기의 초소형 물체를 집게로 잡았을 경우, 정전력에 의해 초소형 물체가 집게에서 떨어지지 않는 현상이 발생하는 것이다. 이 경우, 초소형 집 게는 물체를 잡은 것이 아니고, 묻힌 꼴이 되는 셈인 데, 이러한 문제는 물체 의 크기가 작아지게 되는 경우, 물체의 무게는 길이의 세제곱 승으로 감소하 고, 물체의 표면적은 길이의 제곱 승으로 감소하게 되어, 중력에 의한 영향이 표면적에 작용하는 정전력의 영향보다 현저하게 감소하게 되는 데에 기인한 다. 이러한 표면효과 (surface effect)에 의한 문제를 해결하고자, 초소형 집게 를 초고속으로 떨게 하거나, 다른 집게로 떨어뜨리게 하는 등의 연구가 시 도 되기도 했다. 하지만 현재까지의 MEMS 기술을 이용한 모든 시도는 정전 부 착 현상 극복에 완전한 해결책을 제시하지 못하여 왔으며, 이로 인해 초소형 또는 극초소형 소자의 미세 조립 (assembly), 조작 (manipulation), 더 나아가 그를 위한 로봇 시스템의 구현에 많은 어려움이 있어왔다. 본 연구에서는 표면 효과에 의한 정전부착 현상의 정확한 이해와 새로운 메커니즘의 개발을 통해 명실상부한 초소형 집게와 이를 바탕으로 초정밀 제 어 시스템의 개발, 전체 시스템의 모듈화를 통한 초소형 부품 조작 로봇의 제 작을 이루고자 한다. 이는 더욱 나아가 초소형 공장 (micro factory) 등의 연 구개발에 기반을 제공하리라 기대된다. - 281 -
마 이 크 로머 신 용 전 원 공급 장치 개발 개요 MEMS (micro electromechanical system) 기술은 반도체 공정, 특히 마이 크로머시닝 기술을 이용하여 μm 단위의 초소형 센서나 엑츄에이터 및 전기 기 계적 구조물을 개발하는 분야이다. 이와 같은 초정밀 미세 가공을 통하여 소 형화, 고속 다기능화, 집적화가 가능하며 일체화된 집적 시스템의 구현으로 조 립 필요성이 감소하고 값싸게 양산이 가능하다. 그러므로 자기 헤드, 프린 터 헤드 등의 정보화 기기 분야, 세포 조작, 인공 장기 등의 의료기기 분야, 센서, 자율 제어 시스템 등의 계측 기기 분야, 광 스위치, 가변 초점 거울 등 의 광 학기기 분야, 그리고 필터, 모터 등의 극소형 기계 등 매우 다양한 분야 에 응용될 수 있다. 그런데 이런 마이크로머신의 전원 공급 장치는 일반적인 회로의 전원 공급 장치와 아주 달라 별도의 회로가 필요하므 로 많 은 분 야 에 서 마이크로머신의 응용에 제약이 되고 있다. 현재 on-board 전원 공급 방법 으로는 배터리, 커패시터 등이 있고 off-board 전원 공급 방법으로는 자석이 나 코일, solar cell 등이 연구되고 있다. 특히, free-moving microrobotic system이나 space-based MEMS 같이 자율 동작 시스템 (autonomous operation system)을 위해서는 self-contained on board power supply나 remote power supply가 필요하다. 국내외 동향 및 시장규모 마이크로 머신 관련 시장은 국내에서는 아직 초기 단계이지만 세계 시장은 지난 1990년 140억 달러에서 2002년에는 380억 달러까지 성장할 것으로 예상 된다 (NEXUS의 '마이크로 시스템 시장 조사' 결과 참조). 세계 시장의 지역 별 분포를 보면 미국이 약 60%, 유럽과 아시아가 각각 20%를 형성할 전망인 데 핵심분야의 특허는 미국, 독일, 일본이 전 세계의 70%를 차지할 정도로 선진국에 의한 기술 독점이 뚜렷해지고 있다. 그러나 이 분야는 우리가 강점 을 가지고 있는 반도체 공정 기술을 바탕으로 하고 있으므로 연구 효과가 다 른 분야에 비해 월등할 것이라고 생각된다. 기대효과 - 마이크로머신용 전원 공급 장치 개발을 통한 원천 기술 및 국가 경쟁력 확보 - 282 -
- 다양한 응용 분야의 마이크로머신에 적용 가능 - 마이크로머신의 응용 분야 확대에 기여 Sm art Actuator 기술 개발 개요 엔터테인먼트용 로봇의 통신기능을 내장한 s mart actuator 및 다관절 메카 니즘 콘트롤러 기술을 개발하고자 한다. 개발 내용 장수명의 소형 고출력 BLDC 모터와 내장형 구동드라이버, 통신기능을 포 함한 모터 콘트롤러와 정밀 감속기를 일체화한 actuator를 개발함으로써 수많 은 actuator를 가지고 있는 로봇도 간단한 명령만을 통하여 쉽게 구동할 수 있도록 한다. 이러한 지능형 actuator를 팔, 다리 관절 등의 표준관절로 분류 하여 그 자체가 하나의 블랙박스화하여 외부에서 표준 인터페이스를 통하여 표준화된 명령으로서 복잡한 동작을 구현할 수 있도록 한다. - 283 -
Products Technology Roadmap (Aerial Robot /초소형부품조작로봇/ Smart Actuator) 초소형 부품 조작로봇 미세부품조립로봇 초소형 그립퍼 Technology 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Aerial Robot 비행 컴퓨터 기술 일반UAV용마이크로제어기 RiscProcessor 응용 초소형제어용컴퓨터 원격무선 통신기술 센서 및 구동기 제한된 전송거리 및 속도의 저출력 시스템 실시간 O/S, 자체 H/W 모델 설계 고속의 실시간 영상전달 고효율의 통신용 H/W 시스템 초소형전송시스템 비행체간 송수신 가능 가속도 센서, 고도계 각속도센서, 소형 서보기술 초소형 센서 센서 정밀도 향상 저장센서 및 데이타 합성 MEMS를이용한 IMU 기술 Aerial Robot 비행체 설계기술 축소형 비행체 제작 기술 MAV 및 초소형 엔진 스마트 유동제어 비행체 고정익 및 로우터 형태 저레이놀수상수. 비행체설계 자가 구조진다/변형 비행체 초소형 그립퍼모듈 MEMS공정을이용한 초소형 그립퍼 제작 집적화, 패키징 및 모듈화 완성 초정밀 제어 시스템 1단계미세조립로봇제작 2단계 미세조립 로봇 제작 및 사용화 연구 로봇 관절용 소형 고출력 BLDC모터및 소형 감속기 개발 로봇관절용 통신기술 및 다관절 메카니즘 제어기술 개발 로봇 관련 표준화 및 명령라이브러리 개발 초정밀고속이송및진동제어Hardware 및Sofeware 연구 Φ10mm이하Driver 내장형 소형 BLDC 모터 개발 로봇 제어용 Feild Bus 기술 및 소형 내장형 통신 콘트롤러 개발 초소형 그립퍼와 초정밀 제어 시스템의 일체화 Φ10mm이하유성치차형감속기개발 단축용 모터 일체형 콘트롤러 개발 미세부품 조립 로봇 상용화 연구 및 미세집적 시스템제작 Φ10mm이하유성치차형감속기개발 Φ5mm 이하Driver 내장형소형BLDC모터개발 Smart 다축 메타니즘 전용 콘트롤 Chip개발 Actuator 소형 케타니즘 설계 및 관절 표준화 단관절 명령 인터페이스 기술 개발 다관절 명령 인터페이스 표준화 초소형 부품 조작로봇 <그림 127> Aerial Robot/초소형 부품 조작로봇/Smart Actuator 기술개발 TRM - 284 -
선 택 과 집 중 로봇시스템의 성능을 좌우하는 액츄에이터는 그 특성에 맞게 모터를 설정하 여야 한다. 우선 엑츄에이터의 구동 모터로서 연구되고 개발되어져야 할 모터 는 앞에서 언급된 선형동기 모터, 초음파 모터, 초전도 모터, 고토오크밀도 모 터가 있다. 이러한 액츄에이터는 저가, 고성능을 목표로 하여 연구가 진행되어 야 할 것이다. 선형동기모터 개발 10nm의 정밀성을 갖게 하기 위해서 laser interferometer와 air bearing을 장착하고 고정밀 응용을 위한 winding 구조 개발, 추진력을 극대화시키기 위 한 새로운 방열 구조 개발에 연구를 집중하여야 할 것이다. 초음파 모터 개발 높은 효율성을 가지며, 저속 고토오크를 갖고, 자계의 영향을 받지 않고, 기 어를 사용하지 않는 단순구조로 제작이 용이하고, 정밀위치제어에 적합하며, 응답이 빠르며, 스파크가 발생하지 않으며, 선형구조가 가능하기 때문에 앞 으 로 많은 종류의 액츄에이터로 이용될 것이라고 생각된다. 따라서 초음파 구 조, 고정자 지지구조 설계, 압전 세라믹 등의 설계기술과 고주파 발진 및 속 도/위치 제어 시스템을 위한 회로 기술, 정밀 위치 제어와 고출력 제어를 위 한 제품 성능 기술, 고출력 압전 세라믹 개발, 세라믹과 고금속 접합기술, 최 적 마찰재 설계를 위한 기반기술에 연구 집중을 하여야 할 것이다. 초전도 모터 개발 초전도물질의 개발로 앞으로 바이오 로봇시스템과 같은 분야의 액츄에이터 로서 이용될 초전도 모터는 다른 모터와 비교할 때, 효율성이 월등히 우수하 다. 초전도 모터를 구현하기 위해서는 초전도 선재개발, 초전도 권선개발, 냉 각시스템 및 헬륨공급장치 개발 등의 연구가 선 행 되어야 하며, 앞으로는 초 소형 (mm) 선형 초전도 모터개발 연구가 진행될 것이다. 초소형 선형 초전도 모터는 contact-free micromachine을 위한 초전도를 이용한 자기부상 액츄에 이터로서 추가적인 제어 mechanism들이 요구되지 않으며, 운전 시 에너지 손 실이 거의 없다. - 285 -
고토오크 밀도 모터 개발 고토오크 밀도 모터는 단위 부피당 토오크의 크기를 높게 할 수 있는 모터 로서, 보 행로봇과 같은 신속한 움직임이 요구되는 로봇 시스템의 팔, 다리 관 절에 이용되는 액츄에이터이다. 이러한 모터는 2중 air-gap 구조로 구성되어 있으며 회전자 (rotor)를 내외측 고정자 (stator) 사이에 두어 기존 모터보다 큰 토오크를 얻을 수 있다. 고토오크 밀도 모터를 구현하기 위해서는 축베어 링 설계, 2중 고정자 winding법 개발, 고토오크를 위한 teeth/slot 설계 등의 연구가 이루어져야 할 것이다. 고효율 감속기 개발 로봇시스템에 이용되는 액츄에이터는 대부분 높은 비율로 감속기어가 사용 된다. 이러한 감속기어는 모터의 효율 손실을 초래하여 시스템의 성능 저하 요인이 된다. 따라서 액츄에이터 연구와 병행하여 개발되어야 한다. 앞에서 살펴본 액츄에이터로서 선형동기 모터, 초음파 모터, 초전도 모터, 고토오크 밀도 모터 및 고효율 감속기 개발이 차세대 로봇시스템의 부품으로 성능제고에 중요한 요인으로 작용할 것이라고 본다. 따라서 액츄에이터 부분 에서 위의 사항들에 집중하여 많은 연구 개발을 진행하여야 할 것이다. 2. 3. 2. 3 인 공지능 (Artificial Intelligence) 개 요 로봇이 현재의 환경을 인식하고 과거의 학습된 경험을 이용하여 행동을 취 하며 새로운 환경에 적응하고 과거와 현재로부터 미래를 예측하는 기술이다. 아래의 그림 125는 지능기술의 개요를 개괄적으 로 보여준다 - 286 -
<그림 128> Intelligence Technology 기술 개요 기술개발의 필요성 지식 기반 시스템 : 현실 세계의 모호하고 불확실한 문제를 처리하는 데 응용 지능 기술이 로봇의 가치를 결정하며 고부가가치 로 직 결 됨 IT, BT, NT 등 관련 산업 과의 연관성이 크 고 파급효과 큼 개발 초기 단계이므로 시장에서 우위를 차지할 수 있는 기회 적용 대상에 따른 필요 지능의 정도 - Intelligent Building, Machine 주어진 Rule Base (저 지능) - 산업 현장 같은 Structured Environment 센서부족으로 고지능 요구 - Service Robot, Intelligent Trans portation Sys tem, M icro- Nano 로봇 인간과 비슷한 센서 시스템 및 고도의 지능 요구 주 요 선 진 국의 지능기술 연구 동 향 미 국 [149, 150] - 학습한 것을 기억하여 움직이는 로봇인형 제작 [하스브로] - D ARPA를 통한 국가적인 연구체계 구축 - 287 -
- 무인자동차 등의 군사적 응용부터 CAD까지 광범위한 응용 분야 개척 - Future Combat System 으로의 활용을 위한 무인차량 로보틱스 기술 개발 [U.S. ARL] - Eigenspace 방법 적용한 얼굴 탐지, 인식 시스템 개발 [MIT] 운전면허증, ID 카드와 같은 신분확인에 이용 중 - 얼굴의 특징점을 추출하여 감정을 판단하는 연구 [CMU] - 인 간형 로봇 개발 [M IT AI L ab] 일 본 [148, 149] - 일본 정부의 로봇산업에 대한 본격적인 투자 간병 재난구조 등의 도우미 로봇 개발 활기: ꡒ21세기 로봇 챌린지ꡓ프 로젝트 병원, 가정에서 로봇이 합법적으로 간병 행위 가능하도 록 관계법 개정 도 추진할 계획 뇌연구 센터 [RIEKN, 100억엔] - 소니, NTT, 혼다자동차, 반다이 등의 각종 엔터테인먼트 로봇 제품 제작 - 로봇 산업의 장기 비젼 종합 [일본로봇공업 회 ] 산 학 연으로 조사위원회를 조직, 작업 진행 로봇을 정보화사회에 있어서 새로운 성장산업으로서 육성 로봇의 고도정보 지능화와 솔루션 비지니스화에 초점 서비스산업을 비롯한 신 분야의 개척 기업 컨소시엄을 설립 운영, 정부 및 참가기업은 벤쳐 자본으로서 출자 제언 - 차세대 간호사 로봇 개발 중 [마쓰시다 전기] 지능형 시각 인터페이스를 위한 얼굴정보처리기술 개발로 고부가가치 창출 기반 전망 - 인간의 안구운동을 모방한 실시간 추적 시스템에 대한 연구 개발 [나고야 대학] 유 럽 - 유럽 각 국들이 공동으로 ESPRIT와 같은 대형 Project를 통한 지능형 자 동차, 지능형 로봇 시스템 등 개발 - 288 -
- 공장, 병원, 공항 같은 장소에서 자동으로 청소할 수 있는 로봇 [독일 - 지멘스] - 적은 데이터로 얼굴이미지를 암호화 시키는 기술을 개발 [영국 - 켄트대학] - 인간의 시각피질을 신경망으로 모델링 이를 단일 시각 칩으로 구현하여 비젼 시스템을 제작하는 연구 [스위스 Zurich대학] - MEMS 기술을 이용한 박테리아 제거용 미세로봇 [스웨덴 - 린코핑대학] 국내 동 향 - 80년 말부터 가전제품에 신경망 기법을 도입한 지능화 관련 응용 연구 시작 - 기존의 산업용 로봇 이외의 비제조업 분야의 로봇응용 연구 활발 가정용 Personal Robot 개발이 주류 - 과기부의 뇌연구개발기본계획 (Braintech 21)에 따라 1997년부터 뇌정보처 리 메커니즘의 이해를 바탕으로 한 모방과 응용기술 연구 - 뇌연구센터 - 인 간형 로봇 [K IST - C entaur & M IM OT, KAIST- AM I] 개발 인간과 유사한 형태를 가지며 다양한 지능 기술을 접목시킨 로봇으로 H umanoid- Type 로봇 개발의 가능성을 시사 선 택 과 집 중 RT는 현재 세계적으로 거대 시장의 형성기에 있는 미래 산업이다. 이러한 분야에 있어 기술 선점이 갖는 의미는 매우 중요하다. 정보통신 사업분야에서 의 선례를 통하여 알 수 있듯이, 선발업체 (국가)는 표준화 작업을 포함한 기 술 선점을 통하여 시장을 선점하고 타 업체 (국가)의 신규 진출을 저지하며 기 반 기술을 독점함으로써 유사 분야를 통합, 흡수하고 있다. 따라서 RT 산업 전반에 미칠 영향과 사업의 중요도에 따른 합리적인 기술 분야의 선택과 그에 따르는 집중적인 투자가 시급히 요구된다. 지능기술과 관련 하여서는 다음과 같 은 세 가지 방향을 선택하여 핵심요소 지능기술을 개발한다. 다양한 지능형 로봇에 적용되는 공통 지능 기술 (핵심 공통 기술) 개발 인간의 시각은 두 눈을 통하여 입력된 두 장의 영상으로부터 많은 양의 정 보를 유추할 수 있는 능력을 가지고 있으며 추적, 인식 등 동시에 여러 가지 - 289 -
기능을 특별한 노력 없이 수행하고 있다. 그러나 현재로서 컴퓨터에 의한 인간 시각의 모사는 인간의 두뇌와 비교할 수 없는 매우 낮은 컴퓨터의 성능과 인 간 시각과 같은 효율적인 메커니즘을 밝힐 수 없음으로 인하여 아직 대상 물 체를 배경과 완벽하게 구분해 내는 것조차 쉽지 않은 실정이다. 대부분의 지능형 로봇에 있어 지능이란 주위 환경에 대한 이해를 바탕으로 구축될 수 있는 것이고 이것은 시각 기능을 통하여 주로 이루어지고 있으므로 인공 시각에 대한 기술적인 발전이 본격적인 지능형 로봇의 탄생을 위해서 절 실히 요구되고 있다. 또한 이 기술은 로봇 분야 뿐 만이 아니라 IT기술에도 공 통적으로 적용되는 기반 기술로서 개발 필요성이 크 다. 반도체와 컴퓨터의 발 전 속도와 현재 연구되고 있는 다양한 시각 알고리즘의 개발 속도로 볼 때 향 후 20년 후에 인간에 근접한 수준의 시각 기술이 개발될 것으로 예측된다. H um an- like Vis ion 기술 이 기술은 의미 있는 물체를 찾아내고 배경과 분리시키는 과정을 거치며 평 면적인 2장의 영상으로부터 3차원적인 정보를 만들어 내고 움직임을 추적하는 등 동시에 여러 가지 기능이 종합적으로 구현될 것이다. 중요 핵심기술은 물체 추출 (Object Segmentation), 실시간 3차원 모델링 기술, 물체 검지 및 추적 기 술 등을 포함하고 있다. 인식 기술 지능형 로봇을 위한 또 다른 중요한 핵심기술은 주변환경에 대한 인식기술 이다. 로봇이 존재하는 공간에서 자율적으로 작동하기 위해서는 다양한 인식 기술이 필요하다. 특히, 다양한 환경조건에서 신뢰성 있게 작동하기 위한 인식 기술의 개발이 매우 중요하다. 이를 위해서 조명 변화의 추정 및 모델링 기술, 3차원 물체인식, 얼굴인식, 감정인식, 제스처 인식 기술의 개발이 필요하다. 자기위치 추정 기술 인간시각기능은 크게 What (인식) 과 "Where (위치) 의 두 가지 중요한 기 능을 하는 것으로 밝혀져 있다. 이 중 위치인식은 모든 로봇의 3차원 공간에서 의 작업을 위해서는 필수적인 기능이다. 현재의 기술은 센서보정이라는 과정을 거쳐야만 카메라센서와 삼차원공간 사이의 기하학적 관계를 계산할 수 있 지만, - 290 -
가까운 장래에는 카메라 자체가 이러한 보정을 필요로 하지 않 은 자율카메라 가 등장할 것으로 기대된다. 핵심기술은 새로운 고정도 Dead Reckoning에 의 한 위치인식기술, 사물과의 거리 인식, 인공 및 자연 표식을 이용한 위치 추정 기술 등 에 대한 개발이 필요하다. 다른 산업분야에 파급효과가 큰 핵심 요소 기술 (중요 기반 기술) 개발 및 응용 지능기술 중 RT뿐 만 아니라 다른 산업분야에 적용되어 제품의 부가가치 를 높일 수 있는 일반적인 핵심 기술이 있다. 소위 신경망, 퍼지, 진화연산 등으로 대표되는 Soft computing 기술이다. 신경회로망은 생물의 뇌신경모델에 기 반한 인공신경모델로 이미 다양한 분야에 적용되는 그 파급효과가 매우 큰 요소기술이다. 최근, 새로운 뉴런모델에 기반한 신경회로망에 대한 연구가 주 목을 받고 있다. 또한, 진화적 강화학습법은 환경변화에 유연하게 대응할 수 있는 진화제어기에 적용되어 다양한 분야에 응용되고 있다. 파급효과가 큰 로봇 분야에 적용되는 Goal-directed 지능기술 개발 - Medical 로봇 응용을 위한 지능기술 기술적 측면 - 21세기 과학기술의 핵심 분야: 두뇌의 구조 및 기능적 메카니즘 규명과 이를 토대로 한 정보처리 기술은 정보기술 (IT)과 생명기술 (BT)을 접합 한 21세기의 핵심기술 - 인간 친화형 응용 기술: 이제까지 기계의 효율성만을 강조한 기술과 달리 인간을 중심 모델로 삼고서 인간과 같거나 유사한 형태로 정보를 처리하 고 환경에 적응하며 인간에 순응하는 인간 친화형 응용기술을 개발. 경제 산업적 측면 [152] - 고부가가치 산업 활성화: 지능 기술에 근거한 정 보 처리 기술은 산업 적 파 급 효 과가 막대한 고부가가치 사업 "10대의 두뇌 (지능) 없는 기계는 1대의 인공두뇌보다 못하다." 모든 가정에 다수의 인공두뇌를 장착한 기기 - 291 -
뇌와 기계의 인터페이스 생체정보 (biometrics; 얼굴인식, 음성인식 등) 자연어처리 (인지추론의 한 분야) 자료탐색 (Data Mining; 인지추론의 한 분야) - 현 우리 산업의 강점 활용: 인공두뇌기술의 산업화에 필수적인 신경회로 망 칩 구현기술은 현 우리 산업의 강점인 반도체 공정기술에 기반 Technology Roadmap (Human-like Active Vision) Technology 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 1st generation tech (mono-function) 2nd generation tech (multi-function) 3rd generation tech (high-intelligent, multi-function) Technology of Saliency map model Bottom-up saliency map model in gray & color image Top-down saliency map model in gray & color image Integration of bottom-up & top-down algorithms (Intelligent selective attention) Technology of Eye movement & Tracking Saccadic motion model Smooth pursuit motion model Vergence model Pan-tilt unit Small and high efficient actuators Integration of eye movement models Adaptive pan-tilt in changing environment Head-eye movement model Application of pan-tilt unit in surveillance and target tracking Pan-tilt unit using artificial retina chip and actuators including shape memory alloy and ultrasonic Technology of Image recognition Algorithm of extracting characteristic point in simple background Object segmentation/recognition In simple background Algorithm of extracting characteristic point in natural scene Object segmentation/recognition in natural scene Application of the image recognition algorithms in security, biometric system, HCI(Human Computer Interface) and wearable computer <그림 129 > Human-like Active Vision 기술개발 TRM - 292 -
Technology Roadmap (Human Interaction) Technology 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 센서 모델링 기술 다중 카메라 보정 기술 이동 카메라 보정 기술 동적 카메라 보정 기술 영상 처리 기술 특징 추출 기술 및 정합 기술 다중카메라 이용 모델링 기술 움직임 분석 기술 (제스츄어 인식 기본 기술) 영상 기반 사용자 인식 기술 다개체 추적 기술 조명 변화 추정 기술 다개체 강인 추적 기술 3차원강인추적기술 음성 처리 기술 음성 잡음 처리 기술 고립어 강인 인식 기술 연속 음성 인식/이해 기술 Human Interaction 기술 위치 이용 간접 의도 파악 기술 사용자 자극에 의한 직접 의도 파악 기술 공간을 이용한 의사 표현 기술 기계 학습 기술 패턴 분류/인식 기본 기술 사용자 특성 분석 기술 다중패턴 온라인 학습기술 사용자 자극에 의한 의도 학습 기술 장애물 인식 사물과의 거리 인식 사물의 재질, 방향에 관계없이 거리 인식 사물의 전체적 모양 인식, 소형장애물 인식 Landmark 인식 Artificial landmark 인식 사물의특징점추출, Natural landmark 인식 Localization Encoder, 자이로를이용한Dead reckoning, Landmark을통한자기위치인식및수정 Landmark Focusing을통한정확성향상 Map building Map 정의 주행경로를지도에update 경로의특성및환경정보저장, 수정 <그림 130> Human Interaction 기술개발 TRM Products 오락용 Robot 토이/애완 Robot Personal Robot 가정용 Robot 청소 Robot 보안/감시 Robot 도우미 Robot 안내 Robot 사무용 Robot 1세대 로봇 (단일기능) 얼굴 인식, 환경인식, 감정 표현 Technology Roadmap (서비스 Robotics) 2세대 로봇 (다기능) 얼굴 포즈, 표정 인식 능력, 음성 합성 명령에 응답, 지식 Data base 구축 3세대 로봇 (고지능, 다기능) 음성및시각이해, 행위학습 추론, 연상을 통한 응답 자율주행, 무선 통신기능 사람 인식, 자기고장진단 사람의 음성, 동작이해, 대화기능 자율주행, 넓은 지역 청소 자동충전, 시각센서를 이용해 구석진 곳 청소 청소 필요성을 스스로 인식, 여러 도구를 이용한 청소 무선통신을 통한 보안장치 감시 및 관리 자율주행, 침입자 감지 화상통신을 통해 원격지에서 보안상태 모니터링 경로생성, 장애물 인식 주행환경에 대한 지도 작성, 자율주생 음성 이해, 대화기능 정해진 경로를 통해 이동, 운반기능 환경인식, 자율주행 스케줄링, 의사소통 Technology 음성 인식 음성 합성 사람 인식 장애물 인식 Landmark 인식 Localization Visual servoing Path planning Map building 행위 학습 학습 방법 센서 센서 합성 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 단어 인식 화자 인식 대화형 문장 인식 음절단위로 합성 음절간 부드러운 연결을 통한 단어 생성 문장 전체 내용에 따른 고저 조절 얼굴 인식 표정 인식 표정 발생 사물과의 거리 인식 사물의 재질, 방향에 관계없이 거리 인식 사물의 전체적 모양 인식, 소형장애물 인식 Artificial landmark 인식 사물의 특징 점 추출, Natural landmark 인식 Encoder, 자이로를 이용한 Dead reckoning, Landmark을 통한 자기위치 인식 및 수정 Landmark Focusing을 통한 정확성 향상 특징점 추출 특징점 추적 특징점 위치 예측 센서 융합을 통해 Visual servoing 보완 Local path planning, 장애물 회피 Global path planning, 최적경로 생성 Map 정의 주행경로를 지도에 update 경로의 특성 및 환경 정보 저장, 수정 하위 레벨 행위 정의 및 학습 하위레벨 행위 조합을 통한 상위 레벨 생성 및 추가적인 합성 Real time 학습 Reinforcement learning Supervised learning Reinforcement learning + Supervised learning 적외선소자 기술, 1차원 정밀스캔 기술 다대역 영상센서 기술, 2차원 스캔 기술 초대역 영상센서 기술, 2차원 고속/정밀 스캔 기술 적외선+CCD 융합 기술 적외선+CCD+레이다 융합기술 다중대역 영상센서+레이다 융합 기술 <그림 131> 서비스 로봇 기술개발 TRM - 293 -
Products Technology Roadmap (퍼스널 로봇) 지능형 토이 로봇 시청각 기능을 갖는 토이 로봇 자율적 신경계를 갖는 토이 로봇 음성인식및이해로봇 단순자율판단및자율행위로봇 얼굴탐지및인식로봇 얼굴 포즈/표정 인식 및 합성 로봇 복잡한환경학습및진화기능로봇 지능형 개인 비서 로봇 음성 및 화상 메일 기능을 갖는 로봇 음성 메일 송수신 로봇 화상 메일 송수신 로봇 TTVS(Text to Visual Speech) 로봇 복합 무선 단말 기능을 갖는 로봇 무선 PDA 단말 기능 로봇 무선 전화 송수신 로봇 무선 전화 (IMT) 송수신 로봇 지능형 감시 로봇 원격지 감시 기능을 갖는 로봇 단순 원격지 감시 로봇 감시 대상 추적 로봇 감시 대상물 감지 및 인식 로봇 출입 제어 기능을 갖는 로봇 단일 신체 특징을 이용한 출입 제어 로봇 복합 신체 특징을 이용한 출입 제어 로봇 Technology 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 DB 구축 기술 음성 인식용 DB 구축 얼굴 인식용 DB 구축 얼굴 포즈/표정 인식용 DB 구축 실시간 멀티미디어 처리기술 실시간 음성, 시각 및 영상처리 알고리즘 얼굴 탐지 및 인식 기술 단일 얼굴 탐지 및 인식 복합 얼굴 탐지 및 인식 눈, 입술탐지및인식기술 얼굴 특징 추출 알고리즘 얼굴 특징 상태 인식 알고리즘 얼굴 포즈/표정 및 인식 기술 얼굴 표정 합성 기술 음성 인식 및 이해 기술 단순 음성 인식 Passive 얼굴 포즈/표정 인식 알고리즘 2-D 얼굴 표정 합성 알고리즘 복합 음성 및 자연어 처리 Active 얼굴 포즈/표정 인식 알고리즘 3-D 얼굴 표정 합성 알고리즘 Lip reading/sync. TTVS 기술 Lip reading 기술 Lip Sync 기술 한국어 TTVS 기술 이동 물체 추적 기술 원격지 감시 기술 단순 이동 물체 추적 (kalman) 고정식 원격지 감시 및 추적 정밀 2-D 이동 물체 추적 (Condensation) 이동식원격지감시및추적 정밀 3-D 이동 물체 추적 (GA 기반 Condensation) 임베디드 시스템 구현 기술 Java 기반 임베디드 OS Java 기반 임베디드 Applet Java 기반 임베디드 시스템 고장 진단 Agent 및 시스템 통합 기술 단순 Agent 및 SI 기술 복합 Agent 및 SI 기술 지능형 Agent 및 SI 기술 유/무선 통신 기술 WAP 기반 PDA 응용 기술 WAP 기반Mobile 화상전화응용기술 WAP 기반 Mobile IMT-2000 응용 기술 <그림 132> 퍼스널 로봇 기술개발 TRM Products Technology Roadmap (Intelligent Machines, Vehicles & Transportation Systems ) Intelligent Bending Machine Intelligent Bending Machine 휴대폰 인증 구매 아이템을 구매 성향에 따라 교체 및 지능적인 판매 상품 진열 및 직접적인 판매 지능형교통시스템 첨단 교통관리 시스템 통행료 자동 징수 무인 자동 단속 고속도로 유입 교통량 자동 조절 전국 도로 지도 전자 지도화 및 최단 경로 제공 첨단 대중교통 시스템 노선정보, 환승 정보 및 운행계획 정보 제공 노변 및 차내 기종점간 최적 대중교통경로 제공 실시간 최적 대중교통경로 제공 첨단 화물 운송 시스템 화물 차량 알선 및 운행 안내 시스템 화물 차량 위치 추적, 유지 보수 위험화물차량추적, 특정노선안내 Intelligent Vehicle 첨단 차량 시스템 충돌경보시스템, ICC 정속주행, 차간거리유지 차선인식 장애물감지 충돌경보 빈 주차공간 인식 차량 상태 Monitoring 자동 조향 시스템 차선이탈방지시스템 고속 자율 주행 차선이탈경보 차선이탈방지제어 충돌방지제어 위험경보, 방지 군집주행 고속자율주행 밀집대형주행 도로-차량간 통신 차-차간 통신 Technology 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 음성인식및합성기술 단어식 명령어 인식 문장식 명령어 인식(핵심 명령어 추출) 저용량의 DB를 이용한 음성합성시스템 연속 음성 인식 기술 능동소음및진동제거기술 차량의각종소음제거기술 진동 제거 기술 능동형 서스펜션 전자석을 이용한 능동적 서스펜션 제어 노면상태에 자동 적응 기술 실시간 도로 영상 처리 기술 다양한 도로, 기상환경에서 차선 인식 기술 Night vision 기술 도로상의 차량, 신호 및 표지 추출 기술 졸음 운전 방지 기술 얼굴영상 처리 및 질문 반응 속도 통한 졸음 운전 경보 졸음 운전 예방 및 방지 시스템 졸음 운전시 부분적 차량 자율 주행 모드 전환 기술 운전자의 행동 모델링 기술 운전자의 반응 패턴 실시간 분석 신경망 학습 항법시스템 소프트웨어 개발 적용 최적 주행 환경 조성 <그림 133> Intelligent Machines, Vehicle & Transportation Systems 기술개발 TRM - 294 -
Products Technology Roadmap (Industrial Robot) 공장 자동화 로봇 용접/조립 로봇 이송/적재/포장로봇 자동차 공장 로봇 반도체장비/직교로봇 직교로봇 Manipulator/제어기 수평 다관절 조립 로봇 수직 다관절 경량 로봇 지능형 자동화 로봇 컨베이어 벨트 장치 고속 정밀 장치 제어기의 디지털화 자동차 문 장착 로봇, 타이어 장착 로봇 무인운송및적재장치 Linear motor 활용 장치 제어기의 모듈화 지능형 포장 및 운송 장치 지능형 Clean Room Robot Parallel manipulator 채용 로봇 Automated Guided Vehicle 공장용, 항만용 AGV 주행로 감지 장애물 감지, 회피 인간 감지 Visual Servo 사무실용, 병원용 AGV Artificial Landmark 인식 Localization 도시형, 농업용, 군사용 AGV 음성 인식 Natural Landmark 인식 Path Planning Navigation 도색/코팅/미장로봇 머신 비전시스템 검사/측정/모니터링로봇 제조 공정 모니터링 장치 물류취급및도장로봇 물체 인식 및 판별 장치 실시간제어장치 자동 공급 장치 불량품선별장치 지능 제어 모니터링 장치 Crop-dusting Helicopter 원격 조작장치에 의한 농약살포 무선통신에 의한 화상정보 송수신 영상 인식 기후변화 감지 GPS 이용 Localization 자율비행에의한농약살포 고도 감지 비행 장애물 감지 장애물 회피 제어 명령의 지능적 처리 기체상태 자가진단 장애물 회피 Path Planning 위험상황 경보 Technology 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 시각기반 Human interaction 2D/3D Object detection/recognition Object tracking (motion tracking) Gesture recognition Face & Expression recognition 시각기반 Manipulation stereo vision, camera calibration object recognition, localization object segmentation 분산제어기술 분산제어기 제작 기술 분산제어 알고리듬 자기고장 진단 및 자기 극복 기술 실시간 데이터처리기술 실시간 신호처리 기술 병렬처리 지능제어기 충격검지 기술 Visual servoing 기술 Camera hardware기술 평지주행기술 장애물 회피기술 다각보행기술 충격 센싱 기술 Visual servoing 조립 기술 영역 선택 기술 충격완화 제어기술 촉각을 이용한 조립기술 기구학적 해석 미끄러짐보상 자이로 시스템 기술 장애물감지인식기술 선택 영역 처리 기술 시각과 촉각을 이용한 조립기술 형상가변 무한궤도 이동기구 제작기술 4각 보행로봇 설계 <그림 134> Industrial Robot 기술개발 TRM Visual inspection 기술 정적, 동적 보행 알고리듬 2. 3. 2. 4 휴 먼 인 터 페 이 스 (H um an- Robot Interface) 개 요 Human-Robot Interface 기술은 인간이 로봇에게 명령을 내리거나, 로봇으 로부터 인간이 정보를 전달받기 위하여, 명령을 전달하기 위한 각종 입력기구 (input device)와 로봇을 연결하고, 로봇이 작업하는 환경의 여러 가지 정보 (시각, 역각, 촉각, 위치감, 청각 등)을 인간에게 전달시키는 기술로 정의될 수 있다. 즉, HRI 기술은 로봇을 인간의 의도대로 작동시키기 위한 로봇기술 중 가장 기본적인 기술로 다음과 같은 특징이 있으며 이에 따른 개발 전략이 수 립될 수 있다. 개발하여야 할 요소 기술이 광범위하고 다양하며 이의 개발을 위해서는 복 합 적 전 문기술이 요구된다. (기계, 전자, 정보통신, 의료 및 Bio). 따라서, 많은 연구기관이 동시에 연구를 수행하되, 연구 방향을 조정하고 연구결과를 체계 적으로 관장하기 위한 국가주도의 전략적 기술개발 추진체계가 구축되어야 한다. - 295 -
선진국과의 기술격차가 그리 크지 않고 미개척 분야가 많고 향후 막대한 시 장 수요가 예측되며 타 분야로의 기술파급효과가 크다. 따라서, 이 분야의 궁 극 적인 기술개발 목표는 로봇 비전문가가 복 잡 한 로봇을 쉽 게 사용할 수 있도록 해주는 감성 명령/재현 기술 및 IT 기술과 접 목된 가상 I/ F 기술 분 야 로 설정하되, 요소 부품 (H/W) 산업 저변이 부족하므로 S/W 기술을 선별하 여 개발하는 것이 바람직하다. 기술개발의 필요성 미래의 사회에서는 정보통신기술의 발달, 사회의 고령화, 인적 자원의 감소, 인간 생활의 복지, 풍요와 여유 추구 등 여러 가지 요인으로 지능화된 로봇의 수요가 대폭 확대될 것이다 (표 75 참조). 일예로, 일본로봇공업회에서 조사에 의하면 현재의 산업용로봇 (제조업 및 비제조업) 근간의 로봇 시장은 점차적 으로 비산업용 로봇 (Home Automation, 생활지원, 오락, 관리 등)의 중심 시 장으로 전환될 것이라고 예측된다 (표 76 참조). 산업용로봇과 달 리, 비 산업 용 로봇은 로봇에 대한 전문 지식이 없는 비전문가에 의해 조작되므로, 보다 인 간친화적인 HRI 기술의 개발이 요구된다[153]. <표 75> 산업용과 비산업용 로봇의 분류 구분 용도 대표적인 작업 산업용 로봇 비산업용 로봇 제조업 (공장 자동화) 용접, 조립, 반송, 도장 등 비제조업 (현장자동화) 과일수확, 육모, 철골용접/조립, 벽체작업, 수중 작업, 의료등 Home Automation 청소, 정리정돈, 경비, 반송, 조리, 제초 등 생활지원 간병, 장애자보조, 재활훈련 등 오락 음악연습, 게임, 스포츠 등 <표 76> 일본 로봇산업의 수요 예측 (단위: 억엔) 구분 1995년 2000년 2005년 2010년 (실적) (예측) (예측 ) (예측 ) 제조업 2,412 4,900 5,400 6,980 산업용 비제조업 62 2,300 5,400 - 합계 2,474 7,200 10,800 - 비 산업용 0 253 1,746 11,628 수출(비산업용 제외) 2,320 2,370 2,610 3,380 총계 4,794 9,570 13,410 - 자료 : 일본로봇공업회, 1997년 - 296 -
기술의 개념 및 특 성 Human-Robot Interface기술 정의 [153, 154] Human-Robot Interface 기술은 인간이 로봇에게 명령을 내리거나, 로봇으 로부터 인간이 정보를 전달받기 위하여, 명령을 전달하기 위한 각종 입력기구 (input device)와 로봇을 연결하고, 로봇이 작업하는 환경의 여러 가지 정보 (시각, 역각, 촉각, 위치감, 청각 등)을 인간에게 전달시키는 기술로 정 의 될 수 있다. 로봇에 명령을 전달하는 방법은 인간이 직접적으로 haptic 도구 (m aster arm, hand m aster, hand controller 등)과 같은 입력기구를 구동하는 방법이 현재 가장 널리 사용되고 있으며, 향후에는 보다 진보된 방법으로 로 봇이 인간의 의도 (자세/표정/감정/대화)를 스스로 인식하여 이 정보에 따라 인간의 의도대로 명령을 수행하는 감성명령 기술이 개발될 것이다. 또한, 로봇이 작업하는 외부 환경의 정보를 인간에게 전달하는 방법으로 현 재 가장 널리 사용되고 있는 방법은 각종 센서 (시각, 역각, 촉각, 위치감, 청 각 등)을 이용한 feedback 방법이 있으며 이중 시각의 전시기술(3차원 입체영 상 전시, 3차원 그래픽 시뮬레이션 시스템, 가상현실 시스템 등)이 가장 중요 한 기능이다. 향후에는 보다 지능화된 방법으로 인간이 보다 쉽게 정보를 습 득할 수 있게 하는 로봇의 감성재현 (인간모사/표현) 기술이 등장할 것으로 예상된다. Human-Robot Interface 기술은 다음의 표 77과 같이 구분할 수 있 으며, 입력기구, 외부환경 전시, 및 인간의 감성 명령/재현 기술 외에 이들 도 구와 로봇을 연결하는 인터페이스 및 프로그램 (제어/통신 구조, robot language) 등의 기술도 포함된다. MMS는 로봇과 사용자간을 연결시켜주는 하드웨어 기반의 제작자 공급측면의 요소라 할 수 있고, 인터페이스 및 프로 그램은 MMS의 바탕 위에 구축되는 사용자 수요측면의 요소라고 할 수 있다. - 297 -
< 표 77> Human- Robot Interface 기술계통도 분 류 중분류 세분류 세세분류 master arm 힘반영 제어 기구구조 (kinematics) human factor mapping, algorithm ergonomics motion reduction human modeling 지능형 입력기구 (haptic device 포함) mouse, joystick 등 인간 근력 측정/재현 도구 인간 자세 측정/재현도구 인간 팔 모사도구 haptic 설계/제어기술 motion capture (광학, 자기, 음향, prosthetic 응용) MMS 외부환경 전시 3D display Force display VR display (graphic display) 감각 전환 (시각/청각 등) 인간 gesture 인식 3D 영상, 홀로그래피 2D (간단수술용), 3D, 다차원 FD(미세수술용) HMD, LCD, VRML auditory guidance 감성 (생체 명령 인식) 인간 표정 인식 인간대화 인식 nano scaling. brain-pc I/F 인간 감정/신경 인식 인간 gesture, 표정,. 감정, 감성 재현 (인간모사/표현) 언어, 근력 동물감성재현 의사전달학습 (강아지,고양이등) Real time OS Interface and program m ing 제어/ 통신 구조 open architecture plug & play internet-based 원격제어/통신 무선통신 RT middle ware Real time simulator 신뢰도향상, 시간지연, 정보압축, 다중신호전송, 협동로봇 VRML, 블루투스 robot language human-like language unified language virtual programming rapid programming 자연어 개발 기능/감성 programming용 언어 신뢰도 향상 - 298 -
<표 78> Market별 Human-Robot Interface 분야 소요 기술 Application Market Indus trial Automation Service to Hum an Intelligent Sys tem Integrated w ith IT Connection to Micro, Nano & Bio world Product Technology Manufacturing, Cons truction, Factory autom ation, Agriculture M edical Robotics, Entertainment, Personal, Military, Hazardous Intelligent appliance, room, home, building Transportation Sys tem, Machine M icro Robot, Nano Robotics, B io- autom ation M anipulation -힘반영제어기술 (desk top master arm, MMS Tele-oper ation (입력기구, haptic) Human Robot Interface - 힘반영원격제어 - Ergonomics - Sensor fusion (vision, range, force, tactile, audio) - 다중신호전송기법 - 실시간 Geometric Modelling - Task generation (shared jobs) - Multi-telerobot 협동제어 - Virtual prototyping - Haptic설계/ 제어기술 kinematic design, human factor) -인간/외부환경인식기술 (3D, gesture, 표정, 음성, 감각, 생체신호 등 인식) -외부환경전시기술 (3 D 영상, holography, 감각, 감각간 전환전시 등) -인간모사기술 (gesture, 표정,감정, 언어, 근력 등) -auditory guidance system -자기 고장진단 -Haptic 설계/제어기술 -인터넷기반원격제어 -Multi-telerobot 협동제어 -인터넷기반 haptic device (joystick, display) -graphic simulator -Haptic설계/ 제어기술 -Scaling 기술 (Force, geometry) -Micro stereo vision -인간 팔 모사 기술 (근력, 자세) -human-like gesture eneration -Haptic 설계/제어기술 Interface and Program ming -무선통신 (VRML, 블루투스) -open architecture (real-time OS) -Internet-based 원격제어/ 통신 -Virtual/rapid programming -Plug and Play -Real time simulation -다중센서정보 실시간 전송 -natural robot language -무선통신 (VRML, 블루투스) -open architecture (real-time OS) -Internet-based 원격제어/ 통신 -Virtual/rapid programming -Plug and Play -다중센서정보 실시간 전송 -무선통신 (VRML,블루투스) -open architecture (real-time OS) -Internet-based 원격제어/ 통신 -Virtual/rapid programming -Plug and Play -무선통신 (VRML, 블루투스) -open architecture (real-time OS) -Internet-based 원격제어/ 통신 -Virtual/rapid programming -Plug and Play - 299 -
Products Technology Roadmap (MMS) 지능형 Master 인간형 원격조정 마스터 지능형 작업환경 귀환형 특수작업용 Haptic 입력기 외부환경 전시기 장갑형 입력기 감성 기능형 멀티미디어 전시장치 Force Display 3차원형상인식장치 감성 인식 장치 음성인식및이해로봇 Human Modeling 몸체 장착형(wearable) Human Factor 해석 및 구현 햅틱장치 부착형 햅틱장치 부착형 단순 Kinetic 형 힘반영방식 촉감반영방식 텍스처반영방식 데스크 탑형 마이크로/나노 입력형 장갑형(유선통신방식) 촉감,열감 재현장치 장갑형(무선통신방식) 악력 반영장치 촉각 반영기 부착형 기하학적인 형상 전시장치 3차원 Gesture 전시장치 홀로그라피 전시장치 가상현실장치 표정전시장치 오감전시장치 간단한 수술용 Force Display 미세 수술용 3D, 다차원 Force Display 3차원 데이터 인식장치 3차원형상인식장치 제스처 인식기 단순음성 인식장치 사진인식장치 음성명령인지장치 대화인지장치 감정(표정,억양) 인식장치 Technology 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 감성명령기술(생체인식) 음성명령인식기술 자연어인식기술 인간 제스처 인식기술 인공지능기술 인공지능학습기술 인간감정 (표정,억양) 인식기술 인간-로봇간 대화기술 감성재현기술(인간모사/표현) 동물제스처 재현기술 문장인식 재현기술 인간제스처 재현기술 인간언어 재현 기술 인간감성 표현기술 기구설계, 제어기술 원격 마스터/슬레이브계 기술 정밀 힘, 위치제어 기술 인간근력측정 재현가술 개방형 분산처리 기술 인간형 마스터, 햅틱장치 힘 반영기술 센서 융합 기술 시각, 역각 융합 사진 인식 기술 촉각, 텍스처 융합 기술 고속 영상 전송 기술 <그림 135> HRI에서의 MMS 기술개발 TRM Products Technology Roadmap (Programming) 개방형 주 제어기 단독형 주 제어기 개방형 주제어기 H/W 개방형 주제어기 O/S 인공지능형 로봇용 BIOS 및 주제어기 PNP 장치 통합인터페이스버스칩셋 통합 PNP 자원 general package 인터넷 기반형 제어기 인터넷 테이터로거 다중신호 관리 및 처리장치 무선통신 제어기 표준 브루투스 제어기 로봇 언어 자연/통합 언어 자연언어 해석장치 다국어 처리장치/동시 통역장치 기능 프로그램용 언어 컴파일러 기능 프로그램용 언어 컴파일러 Virtual programming VR 시물레이터 VR language compiler Rapid programming 그래픽 엔진 실시간 로봇 시물레이터 Rapid programming compiler Technology 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 개방형 아키텍처 개방형 아키텍처 표준화 실시간 OS 설계기슬 실시간 middle ware 설계기술 Plug / Play 기술 VR, Haptic 장치 표준화 VR, Haptic 장치의 통합 인터페이스 기술 VR, Haptic 장치의 Plug & Play Internet based 원격제어/통신 무선통신기술 정보압축/시간지연 해결기술 VRML, 브루터스 다중 신호 전송기술 고속 인터넷 무선통신 기술 인간언어 기술 자연어 환경의 표준화 및 규약 인간의 언어와 유사한 자연어 개발 통합 언어 통합언어의 표준화 기능 프로그램용 언어 감성 프로그램 언어 언어 신뢰도 향상 Virtual programming 이종 로봇간의 시물레이션 환경개발 시물레이션 가능한 가상 프로그램 언어 개발 Rapid programming 실시간 엔진기술 그래픽 기반의 실기간 시물레이션 시물레이터를 통한 Rapid programming 언어개발 <그림 136> HRI에서의 Programming 기술개발 TRM - 300 -
주 요 선 진 국의 육성정 책 및 기술동 향 M an- M achine Sys tem 분 야 전반적으로 현재의 Human-Robot Interface 기술은 15~20년 전의 PC 주변기 기 interface 기술 수준 정도이다. 이는, 여러 분야에서 개발된 로봇이 활발히 사용되고 있지 않은 가장 큰 원인이다. 단, 최근의 VR 및 haptic 기술은 급속 히 발전하고 있으며, 이의 응용 분야도 모든 로봇 응용분야로 확대되고 있어, 창의적인 Human-Robot Interface 기술의 초석으로 활용되고 있다. 따라서, 로봇 비 전문가가 복잡한 로봇을 쉽게 사용할 수 있게 하는 기술이 개발되어야 하며, 이를 위해서는 보다 진보된 interface 기술 및 VR 기술의 개발이 필요하 다. 현재까지 MMS 분야에서 가장 활발히 연구되고 있는 분야는 haptic 기술 분야로서 초기에는 주로 극한환경용 로봇에 적용되어 왔으나, 최근에는 각종 서비스 로봇으로의 적용 범위가 확대되고 있다. 이 분야의 국내 기술 수준은 개발 기술의 시장수요 부족 (산업용 및 극한 환경용으로 국한)되어 일본, 미 국 등에 비하여 현저히 낙후되어 있었으나, 최근에 들어와 서비스 로봇 의료, 유희, 복지 등)에의 관심이 확대되어, 국내의 많은 연구기관이 연구를 착 수한 바 있다. 세 부 기술 개발 동향 햅틱 장치 햅틱장치는 핸드 마스터, 핸드 콘트롤러 형태의 햅틱 장치와 마스터 암으 로 구분되며, 세계적으로 많은 연구가 수행되고 있으나, 주로 힘반영 기능 구현에 관한 연구이며, 국내에서는 연구개발 초 기단 계이 다. - 힘반영 마스터 암 힘반영 마스터 암은 원격조작기의 주조작기용으로 개발되었으나, 최근 그 적용범위가 확대되어 군용, 자동차용, 항공산업용 등에서의 모의 시 험 장치를 조종하는 훈 련기구로도 사용 범용형 (universal type) 마스터 연구가 활 발히 진행되어 왔으며, 상용 - 301 -
화된 대표적인 장치로는 미국 JPL의 Hand Controller, 미국 Cybernet Systems 사의 PER-Force Hand controller (그림 134)와 일본 Mitsui Engineering 사의 FF Joyarm (그림 135) 등이 있음 Southern Methodist 대학에서는 어깨의 3자유도와 팔꿈치의 1자유도 를 표현할 수 있는 마스터 암을 개발 힘반영 마스터 암의 설계에서 힘반영 성능의 향상을 위하여 human operator dynamics에 대한 연구가 수행되어 왔으며, NASA에서는 human operator dynamics에 따른 힘반영 성능의 제약사항을 연구 <그림 137> PER-Force 6축 hand controller <그림 138> Mitsui Engineering사의 FF JOYARM - 핸드 마스터 hand-master는 손에 착용하여 손가락의 위치 정보를 컴퓨터에 입력하고, 형상감과 부피감 등을 출력할 수 있는 햅틱 장치로서 힘 피드백이 가능 일본의 동경대학에서는 각 손가락마다 4개의 자유도를 표현하여 총 20 자유도를 구현할 수 있도록 설계된 Sensor Glove II라는 핸드 마스터를 개발 - 핸드 콘트롤러 핸드 콘트롤러는 손과 팔을 통해 역감을 유발하는 장치로서, 이는 현재 보급된 PC의 마우스를 대체할 탁상형 입력 장치로서 부각되고 있음 SensAble Inc.에서는 링크의 끝에 달린 골무 형태의 말단부를 손가락에 끼 우고 움직임으로써, 3 자유도의 공간 상의 위치 정보 및 힘 정보를 제공하는 PHANTOM (Personal Haptic Interface Mechanism) (그림 136)을 개발 - 302 -
Haptic Technologies Inc.는 DD 모터를 사용하여 힘 반영 기능을 수행하는 PenCAT/Pro (그림 137)을 개발 이 외에, 독창적인 아이디어로 다양한 형태의 기구부를 설 계하고, 폴 리 머, 압전 소자, 형상 기억 합금 등의 다양한 액츄에이터를 적용한, 다양 한 핸드 콘트롤러 형태의 햅틱 장치들이 개발되고 있음 <그림 139> Sensable Inc. PHANTOM <그림 1 4 0 > Haptic Technologies PenXAT/PRO - 기타 지능형 입력기구 로봇은 힘뿐만 아니라, 촉각, 탄력, 온도, 소리 등의 다양한 작업 정보를 작업자에게 전달하여야 함. 이와 같은 정보를 감지하는 개별 소자는 상 당부분 개발되어 있으나, 이를 조작자에게 반영시켜줄 수 있는 입력기 구에 관한 연구는 전무함 외부환경전시 인간이 작업하는 데 필요한 정보의 70% 이상이 시각에 의존하고 있으며, 현재는 주로 CCTV에 의한 2, 3차원 시각 기술이 개발되어 있으나, 보다 생 생한 환경의 3차원 전시를 위하여 holograh, VR 기술 등의 연구가 활 발히 진행되고 있다. CMU는 3차원 공간의 물체를 인식하는 로봇 (Artisan)을 개 발한 바 있으며, Cybernet Systems사에서는 미육군의 훈련 모사장치 (Full body Training Simulator)인 K ines thetic D is play를 개발하였 다. 감성(생체) 인식/재현 현재의 산업용 로봇은 명령어에 따라 구동되는 방식이나, 미래의 지능형 로봇은 - 303 -
인간과 쉽게 통합되기 위해서 인간의 지령을 스스로 이해하고 또한, 작업 상황을 인간과 같은 얼굴 표정, 대화 등으로 작업자에게 전달하여야 한다. 이 기술은 최근 개발되기 시작한 애완용 로봇 (소니 AIBO) (그림138)에 적용되기 시작했으며, 세 부적인 감성표현은 아직 미흡하며 많은 연구가 필요하다. 생체인식은 생리학적 또 는 행동상의 특징을 기반으로 신원을 자동으로 인식하는 것으로 현재 지문, 홍채, 망막스캐닝, 음성, 얼굴모양 및 손모양 등 다양한 형태의 생체측정시스템이 실시간 인식에 이용되고 있다. USC (University of Southern California), UMD (Univ ersity of Maryland), MIT 등은 정지영상, profile 영상, 및 동영상을 이용한 인간 얼굴의 인식 분야 연구를 수행중이다. MIT AI Lab에서 개발한 로봇인 Kismet (그림139) 는 얼굴표정 (피로함, 공포, 역겨움, 흥분, 행복, 슬픔, 놀람 등)을 표현할 수 있어서 의사소통에 추가적인 정보를 제공할 수 있다. <그 림 14 1> Sony AIBO Robot <그림 142> MIT AI LAB - Kismet Robot Program m ing 분 야 최근에 마이크로프로세서와 센서기술의 발달로 Human-Robot Interface가 용이해지고 있으며 이를 위한 소프트웨어의 표준화가 수행되고 있음. 또한 로 봇용 운영체제, 유틸리티 프로그램, 로봇언어 그리고 다양한 응용프로그램이 개발되고 있어 점차 MMI가 용이해지고 로봇의 지능화, 고성능화에 일조하고 있다. 상용화된 로봇 구동 소프트웨어는 다양한 입력장치를 프로그램할 수 있 도록 고안되어 왔고, 프로그램 즉시 모사실험을 하거나 출력장치를 통해 재현 시킬 수 있는 단계에까지 도달하였으나, 보다 쉽고 인간친화적인 언어에 의한 소프트웨어의 개발이 요구된다. 로봇구동을 위 한 기하학, 정 역 학 그리고 동역 학 기술의 기반 위에 개발된 시뮬레이터 프로그램은 이미 상용화되어 있으며, 현재 많이 사용되고 있는 대표적으로 것으로는 ADAMS, DADS 그리고 IGRIP 등이 있다. 그러나, 로봇에 대한 실시간 계산을 수행하고 그에 따른 Man-Machine - 304 -
Interface를 가능하게 하는 발전된 형태의 실시간 시뮬레이터는 아직 개발되지 않 고 있 다. 로봇과 외부 환경과의 인터페이스를 역학적으로 모델링할 수 있는 기초적인 VR 기술이 개발되고 있으나, 아직까지는 환경전시의 부정확성, 사용 의 불편함 등 많은 문제점이 있어, 인간친화적인 감성인식/감성재현 분야의 VR 기술이 개발되어야 한다[156]. 특히, 최근에 정보통신기술의 급속한 발달에 힘입어 인터넷 기반의 가상 인 터페이스 기술이 급속도로 발전하고 있으며, 이 기술은 무선통신 기반의 원격 제어 (Web기반 제어, 블루투스, 무선인터넷 등) 분야에서 많이 사용되고 있다. 이와 같이 다양한 분야에서의 HRI용 소프트웨어가 개발되고 있으나, OS 표준 화 체계의 미흡, 폐쇄적인 제어 구조 등으로 이의 활용정도가 높지 않고, 기술 간 공유도 이루어지고 있지 않다. 따라서, 미래 로봇의 기본적인 소프트웨어는 모듈화된 개방형 구조로 개발되 어 용 도 및 필요성에 따라 사용자가 응용 프로그램을 만들 수 있어야 하며, PC와 같이 여러 사람이 동시에 응용 프로그램을 만들 수 있도록 통일된 OS와, 개방형 통신 구조를 가져야 한다. 선진국 기술 개발동향에 따른 시사점 미국[154], 일본 등은 정부 주도로 로봇 분야에 대한 기술개발 정책을 이미 확립하여 이에 따른 각 연구주체간의 역할 분담을 정책적으로 유도하고 있음. 미국, 일본 등은 산업용 로봇의 생산체제를 점차적으로 비산업용으로 전환하 고 있으며, 비산업용 로봇의 핵심기술이라 할 수 있는 지능화된 MMS 기술 (감성명령/재현 기술)의 선점을 위하여 많은 기업들의 집중투자가 예상된다. 미국, 일본 등은 우리에 비하여 연구개발 인 력 및 개발 기술의 수요가 훨 씬 풍부하며 첨단 HRI 분야의 기술은 기술개발 = Thesis = make m oney" 가 보 장되기 때문에 대학의 풍부한 연구 인력이 참여하고 있다. 국내의 경우는, 다행히 최근 산자부[153], 과기부[157] 중심의 RT 육성계획 이 진행되고 있어 이를 기반으로 체계적인 연구개발이 가능할 것 으 로 예상 된 다. KIST의 서비스 로봇과 휴먼 로봇 과제 등에서 지능화된 MMS 기술의 일 부가 개발 중에 있으며 KAIST를 비롯한 많은 대학에서 이 분야의 기초 연구 가 산발적으로 이루어지고 있으나, 몇몇 분야의 기술에 중복 연구되고 있다. 따라서, 다양하고 복합적인 HRI 기술의 특성 상 현재와 같이 많은 연구기관 이 동시에 연구를 수행하는 것은 바람직하나, 연구 방향을 조정하고 연구결과 를 체 계적으로 관장할 수 있는 총괄기구의 필요성이 요구되며 산업체에서의 투자가 거의 전무한 실정으로 이에 대한 지원 및 정책적 배려가 요구된다. - 305 -
국내 현 황 M an-m achine Sys tem 분 야 주로 햅틱 장치의 연구가 주종을 이루며, 최근에 감성 인식/재현 연구가 소 규모 착수되고 있다. 특히, 소니의 AIBO 출시 후 산 학 연에서 이 분야에 관심을 갖고 연구가 착수 될 예정이다. - 한국원자력연구소의 범용형 6 자유도 힘반영 마스터, KAIST의 힘반영 5 각 관절 병렬구조의 6 자유도 힘반영 마스터, 및 고려대학교의 6자유도의 힘반영 마스터 (KU-MA2 모델) 등이 개발되어 있으며, KIST에서도 힘반 영 기능을 가진 인간 장착형 로봇 마스터 팔의 연구가 수행되고 있음[155] Program ming 분 야 산업용 로봇에 사용되는 기초적인 인터페이스 및 프로그램 기술은 상용화 되어 상당한 수준에 올라있으나 지능형 인터페이스나 감성 인터페이스를 처 리하는 기술은 선진국에 비해 뒤쳐져 있다. - 산업용 중심의 로봇 기술 및 정보가 대기업 위주로 형성되어 있어 중소기 업 성격의 인터페이스 & 프로그램 기술의 적극적인 개발이 늦어져 있음 - 최근 국내 순수기술로서 개발된 RecurD yne이라는 다물체동역학 기반의 C AE 소프트웨어가 상용화되었음. 이 소프트웨어는 기존의 시뮬레이터 프로 그램으로는 구현할 수 없었던 실시간 MMS에 대한 가능성을 보여주는 업 그레이드된 solver 엔진을 가지고 있어 ADAMS, DADS 등과 같은 외국 제품보다 기술적 우위를 가지고 있음 - 국책연구소 중심으로 프로그램 개발이 주도되 (KIST: task 응용 알고리즘 및 조정기구 구동 알고리즘, 원자력연구소: 원격조작 프로그램, 생산기술연 구소: field 인터페이스 - 건설/산업) - 많은 중소기업들이 비 산업용 로봇을 개발하고 있고, 인터페이스와 프로그 램기술을 가진 한울로보틱스, 다진시스템 등 관련 벤처기업의 창업이 증가 하고 있음. 따라서 부분적인 기술은 일부 개발되어 있으나 통합화된 인터 페이스와 프로그램은 아직 완성된 것이 없음. 다진시스템: 16개 관절의 2족 보행로봇 보행알고리즘 한울로보틱스: USB 통신을 이용한 제어프로그램 - 306 -
우 리 나 라 의 기술수준 분 석 주요 선진국과 국내의 HRI 기술수준을 비교하면 다음의 표 79와 같이 정리 할 수 있다. <표 79> 선진권과의 HRI 기술수준 비교 분 류 기술분야 진국 대비 비교 연구 추진방향 선진국에서는 상용화 단계에 있 의료, 서비스 등에 활용가능 m aster arm 으나, 국내에서는 연구개발 초기 하며, 인간의 신체구조에 적 단계에 있음 합한 형태의 기구 개발 필요 지능형 입력기구 (haptic device 포함) 선진국에서는 다양한 액츄에이터를 적용한 햅틱장치들이 개발되고 있으며, 국내에서도 근래에 학계 를 중심으로 연구가 활성화되고 있음 촉각, 탄력 등의 다양한 반 응 을 인 간이 느낄 수 있 도 록 하는 지능형 입력기구 개발 필요 MMS 외부환경 전시 선진국에서는 holograph, VR 기 술을 로봇에 응용단계에 있으며, 국내에서는 기초연구 단계에 있음. 선진국에서는 로봇이 사람의 얼 개발 초기 투자비용이 크므 로, Tele분야 연구에 투자 감성 (생체 명령 인식) 굴 표정, 음성을 인식할 정도의 기술 수준에 있으며, 국내에서는 이 분 야의 연구를 최근에 시작 기술파급효과 및 부가가치 가 크며, 연구 역량의 집중 이 요구됨. 하였음 선진국에서는 애완용 로봇이 인 Interfa ce and progra mming 감성 재현 (인간모사/ 표현) 제어/통신 구조 robot language 간 과 같은 얼굴표정과 간단한 대화 등의 감성표현 능력을 가지 기술파급효과 및 부가가치가 는 기술수준에 있으며, 국내에서 크며, 연구역량의 집중 필요 는 이 분야의 연구를 최근에 시 작하였음 국내의 고급 IT인력을 활 선진국에서는 로봇에 open architecture, 용하고 인터넷, 무선통신 internet-based, 무선통신 등의 기술 등의 정보통신기술을 접목 을 접목하고 있으며, 국내에서는 한 원격제어 기술 개발에 기초연구를 수행 중에 있음 연구역 량 집 중 선진국에서는 감성 인터페이스, 기존의 computer 언어에 지능화 소프 트웨어 기술의 상 의한 프로그래밍 형태보다 용 화 단계에 있으며, 국내에서 는 human-like 언어의 개 는 연구개발 초기단계에 있음. 발에 연구역량 집중 - 307 -
선 택 과 집 중 H RI 기술발전 성공/제약 요인 HRI의 국내 기술 수준은 개발 기술의 시장수요 부족 (산업 용 및 극 한 환 경 용으로 국한)으로 일본, 미국 등에 비하여 현저히 낙후되어 있었으나, 최근에 들어와 서비스 로봇 (의료, 유희, 복지 등)에의 관심이 확대되어, 국내의 많은 대 학 및 연구기관이 연구를 착수한 바 있으나, 몇몇 분야의 기술에 중복 연구 되고 있다. 따라서 다양하고 복합적인 HRI 기술의 특성상 현재와 같이 많은 연구기관이 동시에 연구를 수행하는 것은 바람직하나, 연구 방향을 조정하고 연구결과를 체계적으로 관장할 수 있는 총괄 기구의 필요성이 요구된 다. 다 양 한 기초기술을 모두 세계적인 수준으로 끌어올리는 것 보다 HRI 기술과 같 은 핵심기술을 선택하여 집중하는 것이 로봇산업에서 주도권을 가질 수 있는 방향 이다. 또한, 이 분야는 선진국 대비, 기존 고급 IT 인력을 활용할 수 있는 분야로 기술우위의 선점 가능성이 높다. Human-Robot Interface 분야의 요소기술은 매우 광범위하며 다양함. 또한, 이의 개발에는 경우에 따라 여러 가지 전문기술 (기계, 전자, 정보통신, 의료, 및 Bio)이 복합적으로 요구되는 기술임과 동시에 로봇 산업이외의 정보통신, 의료, 및 Bio 산업 등으로의 파급효과도 매우 큰 기술이며, RT중 타 요소 기 술에 비하여 미개발된 기술이 대부분이다. 기술에 따라 일부 차이는 있지만, 선진국 (일본, 미국)들도 최근에 들어와 본격적인 연구를 착수하고 있어 선진 국과의 기술 격차가 그리 크지 않고, 국내에서 집중투자가 요구되는 분야이 다. 즉, 미국, 일본 등은 산업용 로봇의 생산체제를 점차적으로 비산업용으로 전환하고 있으며, 이를 위하여 많은 기업들이 미래의 지능화된 HRI 기술 (감 성명령/재현 기술)의 선점을 위하여 집중투자가 예상된다. 국내의 경우는, KIST의 서비스 로봇과 휴먼 로봇 과제 등에서 이와 같이 지능화된 MMS 기 술의 일부가 개발중에 있으며 KAIST를 비롯한 많은 대학에서 이 분야의 기 초 연구가 산발적으로 이루어지고 있다. 따라서, HRI분야에서는 선진기술 대 비 기술수준 격차가 크지 않고, 기술파급효과와 부가가치가 큰 감성명령/재현 기술 개발 분야 및 IT 기술과 접목된 가상 I/ F 및 programming 기술분야에 연구 역량을 집중하여야 할 것이다. - 308 -
발전 전 망 및 기대 효 과 경제적 측면 - 비산업용 (Home Automation, 생활지원, 오락, 관리 등) 로봇 시장이 활성화될 것으로 전망됨. - 사회간접자본 시설 (교량, 댐, 공장, 빌딩 등)의 대형화와 더불어 이를 경 제적으로 관리할 로봇이 등장할 것으로 전망. - 직접적인 인체와 기계간의 인터페이스 연구분야가 활성화되고 6백만불의 사나이 와 같은 생체 인터페이스 또는 바이오 로봇의 단계로까지 발전된 기술이 개발될 것이며 이에 따라 새로운 산업의 혁명기가 대두될 것임. 기술적 측면 - 로봇이 인간의 의도 (자세, 표현, 감정, 대화)를 스스로 인지하여 명령을 수행하고, 로봇이 보고 감지한 것을 인간과 같은 형태의 표정, 제스쳐, 대 화 등으로 보다 빠르고 직관적으로 전달하는 인간친화형 로봇이 등장할 것임 - 기존의 역각 외에 촉각, 탄력, 온도, 소리 등의 다양한 반응을 인간이 느 낄 수 있도록 하는 구동기들이 개발되어 입력기구에 장착될 것임 - VR 기술의 발달로 보다 생생한 시각전시가 이루어지고, 단순한 영상에다 작업현장의 환경정보가 렌더링되어 조작자의 현장 실제감이 대폭 증가할 것임 - 인체 부착형 HRI 기술이 개발되어 사람이 마음먹은 대로 동작시켜 인간 의 작업을 완벽히 대신할 수 있는 로봇이 등장할 것임 - 컴퓨터의 발전에 따른 정보처리 및 사고의 기술은 인간 뇌의 수준으로 발전하게 되며 이를 매개로 하여 로봇과 인간의 인터페이스 기술이 급 속히 발전될 것임 - 정보통신망과 결합된 가상현실의 인터페이스 기술이 발전될 것으로 전망됨 - 표준화된 MMS의 개발과 블루투스 기술의 확대에 의해 로봇에 부가적인 MMS의 결합이 자동적으로 이루어지며 (plug-and-play), 로봇간의 interaction을 통해 그 사용자간의 interaction (언어전달, 정보교류, 감성 교 류 등 )이 가능하게 될 것임. 그에 따라 새 로운 서비스 및 산업의 출현 이 기대됨 - 로봇이 처한 환경이나 대상으로 하는 실 object와 사용자에게 표출되는 가상 object 간의 현실감 있는 mapping은 가상 인터페이스의 가장 중요 - 309 -
한 요소가 되며 그 원천기술인 실시간 역학모델링 소프트웨어 분야의 발 전이 전망됨 - 기존의 computer 언어에 의한 프로그래밍 형태보다는 단순히 동작의 결 과를 나 타 내는 한, 두 문장의 명령 형태로 프로그램이 될 수 있는 human-like 언어의 개발이 이루어질 것 임 - 언어에 의한 프로그램 입력보다는 사용자의 행동이나 음성에 의한 것과 같 은 가상 인 터페이스를 통한 다양한 입력장치를 이용한 virtual and rapid 프 로그래밍이 보편화 될 것임 사회문화적 측면 - 정보통신기술의 발달, 사회의 고령화, 인적 자원의 감소, 인간 생활의 복 지, 풍요와 여유 추구 등, 여러 가지 요인으로 의료, 서비스 및 엔터테인 먼트 분야에 사용될 지능화된 로봇의 수요가 대 폭 확대될 것임 - 노인이나 유아 돌보기 로봇, 서비스 및 접대용 로봇, 스포츠, 오락 로봇 등의 새로운 서비스 및 엔터테인먼트 사업의 등장 기대 - 로봇에 대한 전문 지식이 없는 비전문가가 조작할 수 있도록 보다 인간친화적 인 로봇의 등장 2. 3. 2. 5 시 스 템 Real- Tim e Proces s ing 개 요 실시간 처리 (Real-Time processing)은 로봇 시스템을 구성하는 3 대 요소 mechanism, hardware, software 중 software의 근간을 차지하는 부분으로써, 앞으로 시스템의 응용분야의 확대와 기능의 발전에 따라 더욱 더 전체 시스템 내에서 차지하는 비중의 중요성이 증대될 분야이다. 이 분야의 연구로는 개방 형 제어기 구조, 실시간 운영체제, 임베디드(embedded) 운영체제, middleware, network, 표준화 등을 포함한 로봇 시스템 제어용 기반 software들을 포함한 다. 이러한 software 기술의 연구 확보는 향후 국내 로봇 산업의 국제경쟁력을 좌우하는 중요한 요소의 하나가 될 수 있으며, 또한 이 자체로도 유망 수출 품 목이 될 수 있는 분야이다. - 310 -
기술개발의 필요성 자동차 산업을 예로 들어보면 과거의 자동차는 기계로 분류되지만, 현재의 자동차는 연비의 향상, 안전, 편의성 등을 위하여 각종 전자장치를 도입한 결 과, 기계-전자 장치 (mechatronic system)로 발전하였다. 미래의 자동차는 전 자장치의 비중이 더욱 더 커져서, 기계 부분을 능가할 날이 오리라고 예상된다. 이중 전자 장치의 내부를 들여다보면 hardware 및 software로 구성되어 있음을 알 수 있는 데, 예를 들어 가솔린 엔진의 전자제어 시스템은 일분에 수천번의 엔진 회전수에 해당하는 공기, 연료의 흡입, 압축, 폭발, 배기의 4행정을 제어 하고 있는 ECU (Engine Control Unit)를 발견할 수 있다. 저공해 고효율의 엔 진을 위하여 폭발시점의 정확한 제어는 종래의 기계식 제어에 비해 월등한 성 능을 발휘하고 있다. 이러한 엔진 제어 알고리즘은 software로 구현되어 ROM (Read Only Memory)에 저장되어 microprocessor에 의하여 그 역할을 충실히 수행하고 있다. 현재 개발 방향을 보면 이 ECU에 트랜스미션, 브레이크 등의 제어 기능을 추가하는 방향으로 개발이 되고 있으며, 이는 약간의 hardware 추가와 해당 software의 추가로 경제적으로 구현할 수 있다. 그러나 이렇게 여 러 가지의 제어 기능을 시간적 차질 없이 수행하려면 단순한 software의 추가 로 가능할까? 이러한 점을 해결하기 위하여 실시간 운영체제가 절대적으로 필 요하게 된다. 또한 미래의 자동차 제어에서 software가 차지하는 비중은 더욱 더 커지게 된다. 따라서 시스템 구성 중 software의 비중이 매우 크고 이 기술 의 확보가 국제경쟁력에 큰 영향을 미치게 된다. 로봇 시스템의 경우에도 마찬 가지로 시스템 구성요소 즉 mechanism, hardware, s oftw are 중에서 software의 중요성 및 비중이 점차로 증대되고 있다. 따라서 이러한 software중 기반 software인 실시간 처리 분야의 중대성은 아무리 강조해도 지나침이 없다고 생각된다. 실시간 처리 중에서 실시간 운영체제 (Real-Time Operating System)을 예로 들어보면 이의 도입을 위해서는 향후 사용될 시스템마다 royalty를 납부하여야 하므로 막대한 외화가 소비된다. 이러한 시스템 소프트 웨어 표준화의 중요성은 절실하다고 할 수 있다. 이러한 기반 software 위에 응용 software가 구축되기 때문이다. 기반 software의 표준화 없이는 응용 software의 호환성 및 상호 활용은 불가능하다. 따라서 범국가적인 연구 개발 을 통 한 국제적으로 호환 가능한 실시간 처리 시스템 software의 개발이 장래 로봇산업의 발전을 위해 필수적이다. - 311 -
기술개발의 개념 및 특 성 제안하는 실시간 처리 software에 대한 기술개발은 다 음 과 같 이 분류할 수 있으며 상세한 기술계통도는 다음의 표 80과 같이 나타낼 수가 있다. Software architecture Real-time operating system Middleware Network ing Standardization 이러한 기반 software 분야는 상호 유기적으로 연계 개발되어야, 그 위에 응 용 software를 호환성있게 개발함이 가능하게 된 다. < 표 80> Real-time process ing 기술계통도 (Technology Tree) software architecture Real- Tim e operating s ystem (RTOS) Open architecture controller Real-time operating s ystem Embedded operating s ystem M odular s ens ing unit M odular controller M odular actuator U niproces sor RTOS Symm etric multiprocessor RTOS Networked M ultiprocessor RTOS U niproces s or em bedded RTOS M ultiproces s or embedded RTOS 실시간 처리 software Middleware Device driver library M odular driver library Real-time sens or Sens or proces s ing signal processing Remote sensing M odular control language Robot control language H uman- like language GUI M ultim edia middlew are Fieldbus Networking Internet Wireless F ieldbus/ Internet Standardization - 312 -
Technology Roadmap (Real-Time Processing) Software Architecture Open Architecture Controller Modular Controller Networked Controller Self-configurable controller Real-Time Operating System Modular Actuator Modular Sensing Unit Operating System Real-Time Linux Kernel SMP Kernel Hierarchical/distributed OS Embedded Operating System Embedded Linux Kernel Networked Embedded Kernel Middleware Device Driver Library Real-Time sensor processing Modular driver library Sensor modules: Speech, Image Networked driver library Remote sensing/control library Robot Control Language GUI Modular control language Human-like language Multimedia middleware Networking Interconnection with FIeldbus Network protocol Fieldbus/Internet integration Wireless Standardization Standardization Standardization Standardization 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 <그림 143> Real-Time processing 기술개발 TRM 주 요 선 진 국의 육성정 책 및 기술동 향 미국 미국의 Microsoft사는 전 세계 PC 운영체제 시장을 독점하고 있고, 그 영 향력은 널리 알려져 있으며, 미국 내에서조차도 그 독점의 폐해가 논란이 되 고 있다. 이에 대응하여 상용의 운영체제 공급회사들은 주로 실시간 운영체제 를 개발 공급하고 있으며, 대표적으로 Vrtx, VxWorks 등이 있다. 이들은 kernel, micro kernel, 개발 환경 등의 종합 package로 시용자의 편의성을 추 구하고 있다. 한편 학계에서는 개방 source를 기본으로 하여 Linux, Free Softw are F oundation의 Gnu 등 을 사 용 한 연구가 활 발하다. 대 표 적으 로 New M exico Institute of Technology의 RT L inux (Real- Time L inux )를 들 수 있 는 데, 이는 open source인 Linux 운영체제에 실시간 task들을 위한 interrupt - 313 -
dispatcher, scheduler 등을 module 형태로 추가하여 역시 open s ource로 공 개하고 있다. 유럽 이탈리아에서도 이와 유사한 연구를 수행하여 RTAI (Real-Time Application Interface)를 공개하고 있다. 구현방법에 차이가 있을 뿐, 성능은 RT Linux와 유사하다고 판단된다. 독일에서는 자동차 회사와 학교들의 연합 으로 자동차 제어장치에 필요한 RTOS의 표 준 안을 제안하였 는 바, OSEK-VDX라고 명명되어졌으며, 특징은 ROM화가 가능한 작 은 크 기의 운 영 체제로써, 다수제어기간의 통신에 대한 표준, network management에 대한 표준도 아울러 제정되어 있다는 점이다. 이 표준은 로봇에 대한 embedded 운 영체제에도 활용될 수 있어 관심을 가질 가치가 있다. 일본 일본에서는 여러 응용방면에 대한 표준 운영체제로써, TRON project를 수 년간 지속하였는 바, itron이 가장 로봇 제어에 합당하다고 판단된다. 국내현 황 국내에서는 시스템 개발 시 대부분의 경우 외국 회사에서 VxWorks, Vrtx, OS-9 등의 운영체제 및 개발환경을 도입하여 개발하고 있 는 실정이다. 서울대 학과 KAIST에 서 RTOS를 개발한 사 례 가 있고, 실시간 통신에 대한 연구가 일부 진행되고 있다. ETRI에서는 정보가전용 OS를 미국 Vrtx와 기술제휴 로 추 진 하고 있다. 정부차원에서 본격적인 연구개발지원은 없 다. 기술수준 및 시 장경 쟁 력 분 석 제안하는 사업 및 기술개발에 있어, 한국의 기술수준은 아직 선진권과 비교 하여 상당히 뒤쳐졌지만, 체계적 정부지원과 여 러 연구인력의 단합된 힘을 집 결하면 우수한 기반 software의 개발이 가능하리라고 본다. Software의 특성 상, 우수 software의 전 세계 시장 진출은 매우 전망이 밝으므로 투자 대비 효 과가 탁월하리라고 생각된다. - 314 -
선 택 과 집 중 개방형 software - Linux 및 Gnu - 등을 적극적으로 활용하고, 개발환경으 로 L inux 및 X w indow 를 활 용 하여, 조 직 적인 개발을 수행 하여 가능한 한 최 단시간 내에 선진국 수준의 system 기반 s oftware를 개발한다. 발전 전 망 및 기대 효 과 산업 경제적 분야 기반 software의 확보는 관련 산업 - 자동차 산업, 무선통신 사업, 가전 사 업 등에도 널리 활용되어 국가경쟁력 확보에 큰 도움이 된다. 기술적 분야 기반 software의 개발 및 기술확보는 먼저 경제적인 고성능 로봇 시스템의 구현이 가능하게 되며, 아울러 software 기술의 초석이 되어 관련 software 산업의 괄목할만한 발전을 가져올 수 있다. 국제적인 분야 기반 software 기술의 확보와 아울러 표준화에 대한 노력으로 국제적으로 공 인된 software 기술 부국으로 인정받고 해외신인도가 높아질 수 있다. Sys tem Integration 개 요 System Integration 분야는 로봇 실용화 및 상품화를 위한 주요 기술로서 로 봇의 표준화 및 모듈화기술, 로봇 성능 평가기술, 로봇 디자인 기술 등으로 나 누어진다 (표 81 참조). RT는 기존의 산업용 로봇에서부터 퍼스널로봇, Nano 및 바이오 로봇에 이르기까지 로봇분야를 총 망라하는 기술로서 이 러 한 전 체 분야에 공통적으로 적용되는 System Integration 기술은 기반기술로 볼 수 있 고 실제로는 각 로봇 분야마다 다른 형태의 기술들이 필요하다. 그만큼 - 315 -
System Integration 기술은 로봇의 기계, 전자적인 구성과 응용분야에 따라 크 게 좌우된다. 이와 같이 기술이 매우 다양하고 각 로봇 분야마다 다른 기술이 필요하지만 로봇 산업측면에서 System Integration 기술은 로봇의 성능과 안전 성을 좌우하는 매우 중요한 기술이다. 향후 국내 로봇 산업이 산업용을 넘어서 퍼스널로봇, 나노 및 바이오 로봇으로 발전해 나아갈 경우 System Integration 기술은 국내 로봇 산업을 지탱해 주는 핵심기술이 될 것이다. <표 81> Sys tem Integration 기술계통도 (Technology Tree) Electrical Interface 로봇 부품 및 시스템의 표준화 인터페이스 성능 M echanical Interface H uman Interface C om m unication Interface Perform ance Safety 기타 Terminology 부하 (L oad) System Integration 성능 (Performance) 동작영역 (Work area) 속도 (Velocity) 가속 도 (Acceleration) 로봇 시 스템 성능평가기술 정도 (Accuracy) 위 치결 정 시간 (Positioning Time) 위치 (Position) 경 로 (Path) 속도 (Velocity) 해상 도 (Resolution) 환경 (Environm ents) 로봇이 작업할 환경 로봇으로부터 발생 되 는 환경 디자인 시나리오 로봇 시스템 디자인 인터페이스 디자인 디자인 시뮬레이션 - 316 -
기술개발의 필요성 로봇의 R&D 단계에서는 첨단기술을 활용한 고도의 기능과 성능을 부여 하는 것이 주요 기술이지만 로봇의 상품화 단계에서는 System Integration 기술이 제일 중요하다. 일본이 로봇분야에서 세계 1위를 유지하는 이유를 살펴보면 R&D 기술은 미국 유럽에 비하여 그다지 앞서 있다고 할 수 없으나 System Integration 기술이 타국에 비하여 월등하게 앞서 있음을 알 수 있다. 즉, 국가 적으로 중요한 로봇 산업분야에 대하여 부품 및 시스템의 표준화를 설정하고 성능평가 기준을 엄격하게 적용하며, 특히 로봇 디자인을 통하여 상품성을 추 구해 나아가고 있다. 이러한 기술이 기존의 산업용 로봇에서도 중요했었지만 향후에 로봇산업의 주류를 이루게될 퍼스널 로봇, 나노 및 바이오 로봇의 경우 는 System Integration 기술이 이 분야 산업의 성공을 좌우하는 핵심기술이 될 것이다. 특히 비산업용 로봇의 경우 인간과 융화되며 동작되기 때문에 안전성 과 관련된 각종 표준화 및 평가기술 등이 매 우 절실히 필요하다. 부존 자 원이 원천적으로 부족한 우리나라의 경우 로봇산업이 국가중점산업으로 선택되는 것이 피할 수 없는 현실인 상황에서 로봇분야의 세계제일국가가 되 기 위 해 서 는 과거에 산업용 로봇에서 범한 실수를 재 연하지 않도록 System Integration 분야에 많은 관심을 갖고 기술개발을 추진해야한다. 정 부차 원에 서 수립 추 진 해 야 할 배 경 및 시 급 성 로봇산업은 반도체, 통신 등과 같은 단일 핵심기술이라기 보다는 여러 기술 이 모여서 이루어지는 시스템 기술이다. 즉, 로봇산업이 발전하기 위해서는 IT, NT, BT 기술이 다 같이 발전해야 하고, 컴퓨터, 반도체 기술에서부터 모터, 센서 등의 부품기술에 이르기까지 대부분의 국가산업이 발전해야만 더불어 발 전 이 가능하다. 따라서 이러한 분야는 중소기업은 물론이고 대기업들도 단독으 로 추진하기 어려운 분야이므로, 범 국가적인 차 원에 서 기술 로드맵이 작성되 고 이에 따라 개발이 추진되어야만 로봇을 최종 대상으로 하는 국내 부품산업 (모터, 센서 등)의 산업에 기술 상품적 이정표가 되어줄 수 있고, 국내 많은 중 소기업과 대기업들이 로봇 분야에 참여하여 우리나라 로봇 산업을 발전시키는 데 일익을 담당하게 될 것이다. 특히 System Integration 기술의 핵심인 표준 화 기술은 범 국가적인 차원에서 추진해야만 실효를 거둘 수 있고, 이러한 분 야 기술개발은 빠르면 빠를수록 이 분야에 종사하는 많은 연구 및 개발 인력 의 연구의 효율성을 높일 수 있고, 실용화 및 상품화를 앞당겨 줄 것이다[158]. - 317 -
기술개발의 개념 및 특 성 제안하는 System Integration 에 대한 기술개발은 다음과 같이 분류할 수 있다. - 로봇 부품 및 시스템의 표준화 - 로봇 시스템의 성능평가 - 로봇 시스템 디자인 그러나 상기 내용은 로봇 분야 (산업용 로봇, 퍼스널 로봇, 나노 및 바이오 로봇 등) 마다 다른 기술들이 필요하다. 그 만큼 System Integration 기술은 로봇 시스템의 기계, 전자적인 구성과 응용분야에 따라 크게 좌우된다. 따라서 System Integration 기술은 새로운 로봇 분야의 실용화 및 제품화 과정에서 반 드시 선행되어야 하는 기술이다. 예를 들어 산업용 로봇의 표준화를 위해서는 7개 분야에 대하여 기준이 설정되어야 한다[159, 160]. - Electrical Interface - Human Interface - Mechanical Interface - C omm unication Inform ation - Performance - Safety - Terminology - 318 -
Technology Roadmap (로봇 시스템 표준화 및 모듈화) 인터페이스 Electrical Interface Mechanical Interface Human Interface Communication Interface Industrial Automation Service to Human Nano & Bio Application Industrial Automation Service to Human Nano & Bio Application Industrial Automation Service to Human Nano & Bio Application Industrial Automation Service to Human Nano & Bio Application 성능 Performance Safety Industrial Automation Service to Human Nano & Bio Application Industrial Automation Service to Human Nano & Bio Application 기타 Terminology Industrial Automation Service to Human Nano & Bio Application 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 <그림 144> System Integration (로봇 시스템 표준화 및 모듈화) 기술개발 TRM Technology Roadmap (로봇 시스템 평가) 로봇 성능 부하(Load) 동작영역 (Working Area) 속도 (Velocity) 가속도 (Acceleration) 위치결정시간 (Positioning Time) Industrial Automation Service to Human Nano & Bio Application Industrial Automation Service to Human Nano & Bio Application Industrial Automation Service to Human Nano & Bio Application Industrial Automation Service to Human Nano & Bio Application Industrial Automation Service to Human Nano & Bio Application 로봇 정도 위치(Position) 경로(Path) 속도(Velocity) 해상도(Resolution) Industrial Automation Service to Human Nano & Bio Application Industrial Automation Service to Human Nano & Bio Application Industrial Automation Service to Human Nano & Bio Application Industrial Automation Service to Human Nano & Bio Application 로봇 환경 로봇이 작업할 환경 로봇으로부터 발생되는 환경 Industrial Automation Service to Human Nano & Bio Application Industrial Automation Service to Human Nano & Bio Application Industrial Automation Service to Human Nano & Bio Application 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 <그림 145> System Integration (로봇 시스템 평가) 기술개발 TRM - 319 -
주 요 선 진 국의 육성정 책 및 기술동 향 작업의 자동화, 무인화는 종래 볼 수 있었던 인신 사고의 감소에 크게 공헌하 였으나 로봇은 폭주나 작동착오에 의한 신종의 인신사고를 발생하게 되었다. 이 것은 불확정한 착오율이 큰 사람에 의한 작업을 대상으로 한 휴먼 에러 (Human Error) 중심의 안전 대책의 경우와 달리 자동화 시스템의 설계단계에 서부터 철저하게 안전성을 마련해 놓으면 완벽하게 방지할 수 있다. 이와 더불 어 자동화 시스템의 신뢰성을 향상시키기 위한 노력이 중시되기 시작하였다. 시 스템의 신뢰성이 높다는 것은 일시적으로 완벽하게 동작한다는 것이 아니라 이 것이 장시간에 걸쳐서 유지되는 것을 말한다. 즉 로봇의 채용에 의한 휴먼에러 뿐만 아니라 시스템의 신뢰성이 매우 중요하다. 로봇과 같은 전기제어의 기계계 통의 오동작율은 인간( 10-3 )에 비하면 낮은 10-5 ~ 10-10 이지만 이것도 충분히 만족되는 수치는 아니다. 실제로 간혹 작동 오차에 의한 사고가 보도되는 현실 이므로 이것을 시스템 수법으로서 0에 최대한 근접하는 대책이 필요하다. 상기 내용 등은 일본에서 조사된 로봇을 포함한 자동화 시스템의 신뢰성, 안 전성, 표준화에 대한 조사연구의 서론에 언급된 사항이다. 로봇 시스템의 System Integration은 궁극적으로 로봇 시스템의 안전성과 신뢰성을 향상시키 기 위하여 표준화, 성능평가 등이 필요한 것이다. 표 82~89는 국외 선진국의 로봇 관련 규격의 예를 보여준다[161]. - 320 -
< 표 8 2 > 국외 로봇관련 규격 (AF NOR) No. 규격번호 규격 명칭 발행기관 발행년월 1 NF E 61-005 M anipulators. Telemanipulators. M anipulating Robot. Classification. AFNOR 1989.08.00 NF E 61-100 M anipulating Indus trial Robots. 2 NF EN ISO 8373 Vocabulary. (European standard EN ISO 8373) AFNOR 1996.09.00 3 NF E 61-101 NF EN 29787 M anipulating Indus trial Robots. C oordinate System s And M otions. (European standard EN 29787) AFNOR 1992.11.00 4 NF E 61-103 NF EN 29283 M anipulating Indus trial Robots. Perform ance Criteria and Related Tes t M ethods. (European standard EN 29283) AFNOR 1993.03.00 5 NF E 61-106 NF EN 29946 M anipulating Indus trial Robots. Presentation of Characteristics. (European standard EN 29946) AFNOR 1992.11.00 6 NF E 61-110 NF EN 775 M anipulating Indus trial Robots. Safety. E uropean standard EN 7 7 5 ) AFNOR 1993.05.00 7 NF E 61-120 Production Sys tem s Including M anipulating Industrial Robots. Prevention of Accidents of M echanical Origin. AFNOR 1993.05.00 8 NF E 61-131 NF EN ISO 9409-1 M anipulating Indus trial Robots. M echanical Interfaces. Part 1 : Plates (Form A) (European standard EN ISO 9409-1) AFNOR 1997.03.00 9 NF E 61-132 NF EN ISO 9409-2 M anipulating Indus trial Robots. M echanical Interfaces. Part 2 : Shafts(Form A). (European standard EN ISO 9409-2 AFNOR 1997.03.00 Indus trial Autom ation System s. M anufacturing 10 NF Z 68-110-3 NF EN 29506-3 M es s age Specification. Part 3 : Com panion Standard for Robotics. (European standard EN 29506-3) AFNOR 1994.10.00-321 -
< 표 8 3 > 국외 로봇관련 규 격 (ASTM ) No. 규격번호 규격 명칭 발행기관 발행년월 1 F1034 Standard G uide for C lass ifying Indus trial Robots R(1991) ASTM 1986.00.00 < 표 8 4 > 국외 로봇관련 규 격 (ANSI) No. 규격번호 규격 명칭 발행기관 발행년월 1 B151.27 Plas tics M achinery - Robots Used with Horizontal Injection Molding Machines - Safety Requirements for the Integration, Care, and Use Revision and Redesignation of ANSI B151.27-1994 ANSI 1994.00.00 2 R15.01-1 Indus trial Robots and Robot Sys tem s - C om mon Identification Methods for Signal - and Power - Carrying Conductors ANSI 1990.00.00 3 R15.02/1 Indus trial Robots and Robot Sys tem s - Hand - Held Robot Control Pendants - H uman E ngineering Des ign Criteria ANSI 1990.00.00 4 R15.05-1 Indus trial Robots and Robot Sys tem s - Point - to - Point and Static Performance Characteristics - Evaluation ANSI 1990.00.00 5 R15.05-2 Indus trial Robots and Robot Sys tem s - Path - Related and D ynam ic Perform ance Characteristics - Evaluation ANSI 1992.00.00 6 R15.05-3 Indus trial Robots and Robot Sys tem s - Reliability Acceptance Testing - G uidelines ANSI 1992.00.00 7 R15.06 (Withdraw n) Indus trial Robots and Robot System s - Safety Requirements Supers eded by RIA R1 5. 0 6-1 9 9 9 ANSI 1992.00.00-322 -
< 표 8 5 > 국외 로봇관련 규격 (CE N) No. 규격번호 규격 명칭 발행기관 발행년월 1 EN 29283 M anipulating Indus trial Robots - Perform ance C riteria and Related Test M ethods (ISO 9283 ; 1990 Including Amendment 1 : 1991) CEN 1992.00.00 2 EN 29409-1 M anipulating Indus trial Robots - M echanical Interfaces - Part 1 : Circular(Form A) Superseded by EN ISO 9409-1 : 1996 CEN 1992.00.00 3 EN 29787 M anipulating Indus trial Robots - Coordinate Sys tems and Motions CEN 1992.00.00 4 EN 29946 M anipulating Indus trial Robots - Pres entation of Characteristics CEN 1992.00.00 5 EN 775 M anipulating Indus trial Robots - Safety (ISO 10218 : 1992 Modified) CEN 1992.00.00 6 EN ISO 8373 M anipulating Indus trial Robots - Vocabulary (ISO 8373 : 1994) CEN 1996.00.00 7 EN ISO 9409-1 M anipulating Indus trial Robots - M echanical Interfaces - Part 1 : Plates(Form A) Supersedes EN 29409-1 : 1992; ISO 9409-1 : 1996 CEN 1996.12.00 8 EN ISO 9409-2 M anipulating Indus trial Robots - M echanical Interfaces - Part 2 : Shafts(Form A) ISO 9409-2 : 1996 CEN 1996.12.00-323 -
< 표 8 6 > 국외 로봇관련 규 격 (B SI) No. 규격번호 규격 명칭 발행기관 발행년월 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 BS 7228 : Part 1 BS 7228 : Part 2 BS 7228 : Part 3 BS 7228 : Part 6 BS 7228 : SEC 4.1 BS 7228 : SEC 5.1 BS EN ISO 11593 BS EN ISO 8373 BS EN ISO 9283 BS EN ISO 9409-1 BS EN ISO 9409-2 BS EN ISO 9787 BS EN ISO 9946 BS ISO/ IE C 9506-3 (Withdrawn) 1989 Industrial Robots Part 1 : Glossary of Terms (ISO / TR 8373 : 1988) BSI 1989.00.00 Superseded by BS EN ISO 8373 : 1996 (Withdrawn) 1991 Industrial Robots Part 2 : Guide to D efinitions of Coordinate Sys tems and Motions (ISO 9787 : 1990) BSI 1991.00.00 Superseded by BS EN ISO 9787 : 1999 (Withdrawn) 1991 Industrial Robots Part 3 : Specification for the Pres entation of C haracteris tics by the M anufacturer BSI 1991.00.00 Superseded by BS EN ISO 9946 : 1999 (Q) 1992 Industrial Robots Part 6 : Recommendations for Safety (ISO 10218 : 1992)(Q) BSI 1992.00.00 (Withdrawn) 1991 Industrial Robots Part 4 : Performance Criteria and Testing Sec 4.1 : Methods for C om prehens ive Tes ting BSI 1991.00.00 Superseded by BS EN ISO 9283 : 1998; ISO 9283 : 1990; (Q) (Withdrawn) 1989 Industrial Robots Part 5 : M echanical Interfaces Section 5.1 : C ircular Form(Form A) BSI 1989.00.00 Superseded by BS EN ISO 9409-1 : 1997 1998 Manipulating Industrial Robots - Automatic End Effector Sys tem BSI 1998.03.15 - Vocabulary and Pres entation of Characteristics (G) 1 9 9 6 M anipulating Industrial Robots - Vocabulary (Q) BSI 1996.00.00 1 9 9 8 M anipulating Industrial Robots - Performance Criteria and Related Test M ethods BSI 1998.08.15 Supersedes BS 7228-4.1 : 1991; (Q) 1 9 9 7 M anipulating Industrial Robots - M echanical Interfaces Part 1 : BSI 1997.06.15 Plates(Form A) ISO 9409-1 : 1996 Supersedes BS 7228 : PT5 : SEC5.1 : 1989; (Q) 1 9 9 7 M anipulating Industrial Robots - M echanical Interfaces Part 2 : BSI 1997.06.15 Shafts(Form A) ISO 9409-2 : 1996; (Q) 1 9 9 9 M anipulating Industrial Robots - Coordinate Sys tems and M otion Nom enclatures BSI 1999.11.15 Supersedes BS 7228-2 : 1991; (Q) 1 9 9 9 M anipulating Industrial Robots - Pres entation of Characteristics BSI 1999.07.15 Supersedes BS 7228-3 : 1991; (Q) 1 9 9 1 Industrial Autom ation Sys tems - M anufacturing M es sage Specification - Part 3 : BSI 1991.00.00 Companion Standard for Robotics - 324 -
< 표 87> 국외 로봇관련 규격 (D IN) No. 규격번호 규격 명칭 발행기관 발행년월 1 DIN 55412-1 2 DIN 66306-3 3 DIN 66312 4 DIN 66314-1 5 DIN 72311-15 6 DIN EN 29283 7 DIN EN 29787 8 DIN EN 29946 9 DIN EN 775 10 DIN EN ISO 8373 11 DIN EN ISO 9283 12 DIN EN ISO 9409-1 13 DIN EN ISO 9409-2 Packaging ; 400 mm 300 mm plastic stacking create, for 20 beer bottles (0,5 I E urobottle), in linear arrangem ent Industrial Autom ation Sys tems - M anufacturing M es sage Specification - Part 3 : Companion Standard for Robotics Identical with ISO/IEC 9506-3 : 1991 M anipulating Industrial Robots - Programm ing Language - Indus trial Robot Languages (IRL) Interface B etw een Programm ing Sys tem and Robot Control - IRDATA - Part 1 : General Structure, Record Types and Transm is s ion L ead Stroage Batteries ; Starter Batteries ; M onoblocs with Bas ic Fas tening Lugs and Their Lids, With or Without Robotic G rips M anipulating Industrial Robots - Perform ance Criteria and Related Test Methods (ISO 9283 : 1990 Including amendment 1 : 1991) German Version EN 29283 : 1992 M anipulating Industrial Robots - Coordinate Systems and Motions (ISO 9787 : 1990) German Version EN 29787 : 1992 M anipulating Industrial Robots - Pres entation of Characteristics (ISO 9946 : 1991) German Version EN 29946 : 1992 M anipulating Industrial Robots - Safety (ISO 10218 : 1992 Modified) German Version EN 775 : 1992 + AC : 1993 M anipulating Industrial Robots - Vocabulary (ISO 8373 : 1994) German Version EN ISO 8373 : 1996 Manipulating Industrial Robots - Performance Criteria and Related Test Methods German Version EN ISO 9283 : 1996 M anipulating Industrial Robots - M echanical Interface - Part 1 : Plates(Form A) ISO 9409-1 : 1996 German Version EN ISO 9409-1 : 1996 M anipulating Industrial Robots - M echanical Interfaces - Part 2 : Shafts(Form A) ISO 9409-2 : 1996 German Version EN ISO 9409-2 : 1996 DIN 1988.03.00 DIN 1994.02.00 DIN 1996.09.00 DIN 1997.08.00 DIN 1993.06.00 DIN 1993.04.00 DIN 1992.09.00 DIN 1992.09.00 DIN 1993.08.00 DIN 1996.08.00 DIN 1996.09.00 DIN 1997.06.00 DIN 1997.06.00-325 -
=> 다음 장에 계속 No. 규격번호 규격 명칭 발행기관 발행년월 14 DIN V 24603 15 DIN V 66311-1 M anipulating Indus trial Robots - Autom atic and E ffector Ex change Sys tem s -Vocabulary and Presentation of Characteristics Indus trial Autom ation - Sens or Interface for Industrial Robots and Manufacturing System - Data Transfer DIN 1993.12.00 DIN 1987.01.00 < 표 88> 국외 로봇관련 규격 (D IN) No. 규격번호 규격 명칭 발행기관 발행년월 1 B 0134 Indus trial Robots - Vocabulary JIS 1993.00.00 2 B 0138 Indus trial Robots - G raphical Sym bols of M echanis m JIS 1996.00.00 3 B 3602 4 B 8431 5 B 8432 6 B 8433 7 B 8434 8 B 8435 9 B 8436 10 B 8437 Industrial Automation Systems - Manufacturing Message Specification - Part 3 : Com panion Standard for Robotics See ISO/IEC 9506-3 : 1991 M anipulating Industrial Robots - Presentation of Characteristics M anipulating Indus trial Robots - Perform ance Criteria and Related Tes t M ethods M anipulating Industrial Robots - Safety ISO 10218 Indus trial Robots - Identification Sym bols for Operator Controls General Code of D es ign for M odulariz ation of Indus trial Robots M anipulating Indus trial Robots - M echanical Interfaces - Part 1 : Plates (Form A) ISO 9409-1 : 1996 Coordinate Sys tem and M otion Nom enclature for Indus trial Robots JIS 1995.00.00 JIS 1993.00.00 JIS 1993.00.00 JIS 1993.00.00 JIS 1991.00.00 JIS 1986.00.00 JIS 1996.00.00 JIS 1990.00.00 11 B 8438 Indus trial Robots - E lectrical Equipm ent JIS 1991.00.00 12 B 8439 Industrial Robots - Programming Language SLIM JIS 1992.00.00 13 B 8440 Indus trial Robots - Iterm ediate Code STROL IC JIS 1995.00.00 14 B 8441 M anipulating Indus trial Robots - M echanical Interfaces - Part 2 : Shafts(Form A) ISO 9409-2 : 1996 JIS 1996.00.00-326 -
< 표 89> 국외 로봇관련 규격 (ISO) No. 규격번호 규격 명칭 발행기관 발행년월 1 10218 2 10562 3 11032 4 11062 5 11593 6 13309 7 14539 8 15187 9 6210_1 10 8373 11 9283 12 9409_1 13 9409_2 14 9787 15 9946 M anipulating Indus trial Robots - Safety Firs t Edition CEN EN 775 : 1992 M anipulating Indus trial Robots - Intermediate Code for Robots (ICR) F irs t E dition M anipulating Indus trial Robots - Application Oriented Tes t - Spot Welding First Edition M anipulating Indus trial Robots - EMC Test Methods and Performance Evaluation Criteria - Guidelines First Edition M anipulating Indus trial Robots - Autom atic End E ffector Ex change Sys tem s - Vocabulary and Pres entation of C haracteris tics F irst E dition M anipulating Indus trial Robots - Inform ative G uide on Test Equipment and Metrology Methods of Operation for Robot Performance Evaluation in Accordance with ISO 92 83 Firs t Edition M anipulating Indus trial Robots - Object Handling with G ras p - Type Grippers - Vocabulary and Pres entation of C haracteris tics F irst E dition M anipulating Indus trial Robots - Graphical Us er Interfaces for Programming and Operation of Robots (GUI- R) First Edition C ylinders for Robot Resistance Welding G uns - Part 1 : G eneral Requirem ents Firs t E dition M anipulating Indus trial Robots - Vocabulary First E dition Am endm ent 1-1 9 9 6, Corrigendum 1-1 9 9 6 CEN EN ISO 8373 : 1996 M anipulating Indus trial Robots - Perform ance C riteria and Related Test M ethods Second E dition M anipulating Indus trial Robots - M echanical Interfaces - Part 1 : Plates (Form A) Second Edition; Technical C orrigendum 1-1 998 M anipulating Indus trial Robots - M echanical Interfㅁces - Part 2 : Shafts(Form A) First Edition M anipulating Indus trial Robots - Coordinate Sys tems and M otion Nomenclatures Second E dition M anipulating Indus trial Robots - Pres entation of Characteristics Second Edition ISO 1992.00.00 ISO 1995.00.00 ISO 1994.00.00 ISO 1994.00.00 ISO 1996.00.00 ISO 1995.00.00 ISO 2000.11.01 ISO 2000.11.01 ISO 1991.00.00 ISO 1994.00.00 ISO 1998.04.01 ISO 1996.01.15 ISO 1996.00.00 ISO 1995.05.01 ISO 1999.04.01-327 -
국내현 황 국내에서는 로봇 시스템 개발 시 특히 산업용 로봇의 경우 외국회사와의 기 술제휴를 통하여 상업화를 추진하였기 때문에 System Integration 기술에 관련 된 연구개발이 매우 미진한 상태이다. 다만 산업표준심의회에서 산업용 로봇관 련 KS 규격들이 정해져 있고 (표 90), 생산기술연구원에서 90년 대 중반에 FA 기기와 로봇에 대한 표준화 조사연구를 수행한 정도이다[162, 163]. < 표 9 0 > 국내 로봇관련 K S 규 격 No. 규격번호 규격 명칭 발행기관 발행년월 1 KS B 0067 Manipulating Industrial Robots - Vocabulary ISO 8373 KS 1981.09.21 2 KS B 0068 Symbols for Industrial Robots KS 1991.09.21 3 KS B 6384 Manipulating Industrial Robots - Mechanical Interfaces - Part 2 : Shafts(Form A) KS 1998.12.03 ISO 9409-2 4 KS B 7081 Manipulating Industrial Robots - Presentation of Characteristics ISO 9946 KS 1983.10.25 5 KS B 7082 Measuring Methods for Characteristics and Functions of Industrial Robots KS 1984.09.20 ISO 9283 : 1998 6 KS B 7083 Manipulating Industrial Robots - Safety ISO 10218 : 1992 KS 1984.09.20 7 KS B 7084 Identification Symbols and Colours for Operator Controls for Industrial Robots IEC 60204-1, ISO 7000 KS 1985.10.14 8 KS B 7086 General Code of Design for Modularization of Industrial Robots KS 1989.12.19 9 KS B 7087 Circular Flanged Mechanical Interfaces of Industrial Robots ISO 9049-1 KS 1990.12.10 10 KS B 7088 Manipulating Industrial Robot - Coordinate Systems and Motion Nomenclatures KS 1991.07.06 ISO 9787 11 KS B 7096 Industrial Robots - Electrical Equipment ISO 204-1, ISO 204-2, ISO 617 KS 1993.12.03 12 KS B 7097 Industrial Robots - Programming Language SLIM KS 1993.12.03 13 KS B 7100 Manipulating Industrial Robots - Automatic End Effector Exchange Systems - Vocabulary and Presentation of Characteristics KS 1999.12.31 ISO 11593 : 1996 14 KS C 0282 Guide Lines for Manipulating Industrial Robots - EMC Test Methods and Performance Evaluation Criteria KS 1997.10.30 ISO TR 11062 15 KS X 6907 Manipulating Industrial Robots - Intermediate Code for Robots(ICR) KS 1999.12.16 ISO TR 10562 : 1995 16 KS X 6908 Standardization of Manufacturing Message Specification on Transmission Control Protocol / Internet Protocol KS 1999.12.16-328 -
기술수준 및 시 장경 쟁 력 분 석 제안하는 기술개발에 있어, 한국의 기술수준은 아직 선진국에 비교하면 상당 히 뒤쳐져 있는 것이 사실이다. 산업용 로봇에 한정하여 보면 외국의 각종 규 격 등을 동등하게 적용함에 의해 큰 문제없이 상업화를 추진하여 왔다. 그러나 퍼스널 로봇, 나노 및 바이오 로봇 등 외국과 경쟁적으로 개발을 추진하는 로 봇 분야의 경우 과거와 같이 외국에서 실험 평가를 통하여 발간되는 신뢰성, 안전성 관련 규격을 복사하는 형태로는 향후 국내 로봇 산업의 발전을 기대할 수 없다. 따라서 국내 로봇산업의 System Integration 분야의 기술 및 시장경 쟁력을 갖추기 위해서는 이 분야에의 체계적 정부지원과 여 러 연구인력의 단 합된 힘이 집결되어야 한다. 선 택 과 집 중 앞에서 설명된 바와 같이 System Integration 기술 분야는 매우 광범위하고, 단일 기술 개발 만을 가지고는 해결할 수 없다. 또한 적용하는 로봇 시스템의 기계적, 전기적 구성에 따라 각기 별도의 개발이 필요한 실정이다. 이러한 측 면에서 볼 때 모든 로봇 시스템 분야의 System Integration 에 대한 연구 개발 은 비현실적이라 볼 수 있다. 따라서 기술 로드맵 (그림 142)에 명시된 바와 같이 우선 차세대 산업용 로봇에 대하여 기존의 국내외 많은 연구 결과를 바 탕으로 국내 실정에 맞는 신뢰성 및 안전성을 높일 수 있는 표준화 관련 규격 을 재정비하고, 다음으로 앞으로 크게 시장이 형성될 퍼스널 로봇 분야를 대상 으로 국외 로봇 선진국에 견줄만한 로봇 표준화 규격을 개발해야 한다. 퍼스널 로봇 분야에서 기술개발에 성공하면 이를 바탕으로 나노 및 바이오 로봇 분야 의 표준화 기술도 국외 경쟁력을 갖고 개발이 가능하리라 생각한다. 그러나 현재 기술이 외국에 비하여 많이 뒤떨어져 있다는 점을 감안하면 퍼 스널 로봇 분야의 기술개발을 추진할 때 범 국가적인 차 원에 서 국내 실정에 맞는 퍼스널 로봇 기술을 선정하고 필요한 기술에 대 하여 집 중 적으 로 투자를 추진해야 한다. - 329 -
발전 전 망 및 기대 효 과 산업 경제적 분야 로봇 시스템의 많은 기술 분야 중 System Integration 분야는 R&D 기술이 라기 보다는 실용화 및 상용화 시 필요로 하는 기술이 다. 즉 실 제 제품 이 완 성되어 판매가 이루어지고 실수요자가 사용할 때 반드시 필요한 신 뢰 성 및 안전성에 대한 표준화 기술이다. 따라서 이러한 기술이 집중적으로 개발되어 국외 로봇 선진국에 비하여 경쟁력이 충분히 확보된다면 산업용 로봇 분야에 서 일본이 세계 1위 국으로 부상한 것처럼 차기 로봇 분야에서 국내 로봇 산 업을 로봇 선진국의 위치로 부상시키고, 경제적으로도 많은 관련분야에 지대 한 파급효과를 가져오리라 생각된다. 기술적 분야 기술적인 측면에서 System Integration 기술은 로봇 시스템의 표준화를 통 하여 기술을 집중시킬 수 있고, 특히 성능평가 기술은 각 종 첨 단 측 정 및 평 가 기술의 성장을 동반하기 때문에 자동화 관련 많은 분야의 기반 기술이 동 시에 개발되고, 로봇 시스템 관련 기술개발의 지표 를 제시 해 줄 수 있 다. 따 라서 로봇 시스템 기술의 개발은 단지 로봇 분야 기술만 발전되는 것이 아니 라 향후 미래 사회의 주축이 될 모든 자동화 시스템 기술의 기반을 발전시키 는 것이다. 국제적인 분야 기존의 산업용 로봇은 기술적인 약세 때문에 외 국 수출보다는 국내 내수 수입대체가 주목적으로 개발되었으나 RT를 통하여 범 국가적으 로 로봇 연구 개발에 집중한다면 향후에 로봇 시장의 주력이 될 퍼스널 로봇, 나노 및 바이 오 로봇 등의 분야에서는 국내의 무한하고 잠재력 있는 고급인력을 바탕으로 세계적인 기술 경쟁력을 갖출 수 있으리라 사료된다. 이러한 기술경쟁력을 바 탕으로 로봇 분야의 공인된 기술 부국으로 인정받고 해외신인도를 높이는 것 을 매우 중요하다고 할 수 있다. - 330 -
3. 중 장기 발전 비 전 및 추 진 전 략 3. 1 국가 지능로봇기술개발 비 전 과 목표 추 진 목 표 21세기 핵심 신기술의 선점을 통한 국부 창출 선택과 집중을 바탕으로 지능로봇기술 개발 및 실용화 - 2010년까지 지적재산권 표준화의 국제경쟁력 확보 (세계 3위권) - 미래 유 망 지능로봇의 독자 개발 능력 확보 신시 장 창출과 해외 시 장 선 점 - 2 0 1 0 년까지 세계시장 (1,800억불)의 10% 이 상 점 유 인간 로봇 공존을 통한 복지 사회 구현 인간 수행 작업의 대행과 보조를 통한 삶의 질 향상 고립화/고령화 사회에 대응 고위험 고난도 생산 서비스를 인간 친화적 환경으로 구현 타 신기술과의 융합을 통한 시너지 효과 창출 IT, BT, NT, ST, ET, CT와의 융합과 결합을 통한 고부가가 치 창출 및 시너지 효과 추 진 내 용 연구개발 지원: 비 교 우 위 가능기술 발굴 및 집 중 화 원천 기술과 응 용 실용화 기술의 연계 추진 (원천: 공통핵심/요소부품, 응 용 실 용화;생산지원/인간지원/ 국가전략) 세계적 기술우 위 선 점 할 5 개 분야 선 정 및 육성 인프라 구축: 기술개발과 활용을 위한 인프라 구축 장단기 수요에 따 른 인 력 양성 및 연구 기반 체 제 구축 인 간 로봇 공존 위한 기반 구축 및 제도 정비 지능로봇기술 보 급 확 산 위 한 국민 이 해 증 진 - 331 -
3. 2 중 점 과제별 추 진 전 략 연구개발 지원 지능로봇기술 개발 투 자 를 통 한 기술개발 선 도 및 산학연 협 동 연구 개발에 중 점 지능로봇기술의 특성과 부처별 기능을 고려한 산학연 협동 연구 체제 구축 - 과학기술부는 육성계획 수립, 핵심 원천기술개발, 연구 기반 구축 등 을 중점 추진 - 과학기술부의 원천기술개발과 병행, 부처별 응용 실용화기술 개발 예: 군사용 로봇 (국방부), 농업용 로봇 (농 림부), 산업용 로봇 (산업 자원부), 정보가전 로봇 (정보통신부), 의료용 로봇 (보건복지부), 환경 로봇 (환경부) 지능로봇기술육성기본계획 수립을 통한 국가정 책 기본틀 마 련 - 원천 기술과 응용 실용화 기술 개발의 연계 추진 - 원천 기술: 공통 핵심 기술과 요소 부품 기술로 분 류 - 응용 실용화 기술: 생산 지원, 인간 지원, 국가 전략 로봇으로 분류 - 전략적으로 중요하고 성공 가능성 높은 분야 선정하여 집중 육성 - 로봇산업과 로봇 수요산업의 협조 체계를 통 한 기술 개발 - 표준화, 개방화, 네트워크화된 개발 전략 전략적으로 중요한 분야의 선택 - 인공지능 연구, 생체제어, 센싱기술, 동작 (소형 Actuator) 및 이동제어 (보행, 율동 등), 신소재, 감성기술 등 요소기술의 세 계적 경쟁력 확보 인간형 로봇의 기억, 학습, 판단 능력을 확보하는 인공지능기술은 기 초연구인 뇌과학 분야의 성과와 연계하여 추 진 상대적으로 취약한 Hardware 분야 중 인간형 로봇 개발의 실질적인 성패를 좌우할 기술에 대해서는 가용 연구인력과 양성 계획, 국내 산 업기반 등을 고려한 후 전략기술분야로 분류하여 집중 지원 - 머리, 팔/다리 등 서브시스템과 전체시스템의 통합, 인터페이스 등에 관 한 표준화 등을 조기에 개발 - 332 -
성공가능성 높은 분야의 선택 - 경쟁력 있는 사업분야와 연계된 분야 - 기축적된 기반 기술과 기존 고급인력을 충분히 활용 가능한 분야 - 국내 수요가 충분한 것을 개발하여 세계 시장 진출 가능 분야 - 기술의 국제우위 고려 - 저지능/저실패위험 분야부터 시작, 고지능/중위험 분야로 전이 - 기추진 프로젝트와의 중복 회피와 상호 의존적 연계 고려 로봇산업과 로봇 수요산업의 협조 체계를 통 한 기술 개발 - 실용/창의적 응용 분야 설정 위해 수요처가 요구하는 제품 창출 (예: 농업용 로봇-> 농업계, 건설용 로봇-> 건설산업) - 지능로봇기술 전문위원회에서 수요처별 조사와 해당 분야 협력 도출 표준화, 개방화, 네트워크화된 개발 전략 - 생산성, 저비용, 제조 경쟁력 향상, 기업별 전문화 위한 기본 조건 - RT의 모듈화, 개방화, 자원 공유 통한 기본적 플랫폼 공동 개발 - 국가적 중요 분야 부품/시스템 표준, 성능평가기준 설정 및 엄격 적용 지능로봇 전 문 연구소 설 립: (가칭 ) 지능로봇기술연구소 - 지능로봇기술 개발과 산업화의 구심점 역할 (전자통신연구원, 생명공학연구원 등과 유사한 역 할 수행 ) - 분산되어있는 대학, 연구소, 산업체 능력의 유기적 결합 역할 인 프 라 구축 RT 시 대 를 대 비 한 인 력 양 성 - 지능 로봇 개발 공급 전문 인력 양성 <표 91> 단계별 인력 양성 목표 구 분 1단계 ( 02~ 04) 2단계 ( 05~ 07) 3단계 ( 08~ 11) 학사급 800 1600 2400 석사급 200 400 600 박사급 100 200 300 소 계 1100 2200 3300-333 -
- 시스템 통합 기술 강조하는 RT 전문 학과의 신설 및 재편 지원 - RT 산업계 요구에 부응하는 단기 기술인력 양성 프로그램 개발 - 지능로봇기술 활용 관련 생산/서비스 인력 훈련 및 양성 프로그램 개발 인 간 로봇 공존 사 회 구축 을 위 한 제도 적 인 프 라 구축 - RT 보급 및 확산을 위한 관련 법규 제정 및 정비 예 : 로봇기본법, 로봇보급과이용촉진에 관한 법률 제정, 보험법, 도로교통법, 건 축법 등 정비 - 로봇 관련 안전 확보를 위한 윤리 및 법/제도 정비 국제 과학기술 협 력 체 제의 구축 을 통 한 연구 역 량 강 화 - 세계 유수 연구기관과의 공동 연구개발 및 가상실험실 네트워크 구축 - 미 일 등 선진국과의 교류 확대 및 전략적 국제 협력 추진 - 외국 전문가 활용, 국내 인력의 훈련, 장비의 공동 활용 등 MIT, 스탠포드, 소니, 혼다 한민 족 과학기술자네트웍 (KOSEN) 활용 - 남 북 과학기술협력 북한의 과학기술 수준과 한민족 경제공동체의 미래상을 고려하여 추진 사양산업 위주의 경제협력이나 과학기술협력보다는 미래지향적인 비전 을 상호 공유하고 과학기술협력사업을 추진해야 한다. 특히 북한은 정 보 등 첨단분야에 상당한 관심을 갖고 육성정책을 집중하고 있다. 또 한 소프트웨어, 시스템기술, 기초과학기술 등은 상당한 수준으로 평가 지능 로봇 연구 단 지 형 성 - 관련 연구소, 벤처기업, 지식 정보 센터, 기술 거래소, 성능 평가 시 험소 등을 결집하여 시너지 효과 창출 - 지능 로봇 타운을 형성하여 인간과 로봇이 공존하는 도시 환경의 시 범 적 개발 및 관광 자원화 RT에 대 한 국민 이 해 증 진 - 범 국가적 로봇 행사를 통한 과학기술 마인드 및 대중화 확산 예: 로봇 박람회, 초중고 로봇 경연대회, 로봇 축구, 로봇 올림피아드 대회 등 - 초 중 고에서의 지능 로봇 기술 이해 및 사용 교육 - 334 -
4. 과제별 추 진 계획 및 목표 본 장에서는 각 부문 위원회에서 마련한 분야별 지능로봇기술 동 향 및 기술 분석 자료를 선택과 집중의 원칙을 적용하여 1) 도출된 다음의 6개의 과제들을 정리하였다. 총괄작업반의 집체작업을 통하여 4. 1 생 산지원 지능로봇기술 연구개발 목표 및 내용 연구 개발 목표 신산업의 생산 자동화 및 유연 정밀 생산기술을 지원함 으 로써 국가 산업 경 쟁력을 키우기 위한 지능 로봇 기술의 개발 핵 심 연구개발 내용 자동차, 가전 등 전통 제조업 경쟁력 강화에 필요한 로봇 및 생 산 자 동 화 장비에 관련된 기술개발 반도체 디스플레이 등 정밀 제조공정의 자동화에 필요한 로봇기술의 고기능화 및 지능화에 관련된 기술개발 BT, NT, 광통신 등 차세대 신산업의 생산을 지원하는 로봇 및 자동화 설비에 관련된 기술개발 단 계별 연구목표 및 핵 심 연구개발내용 제 1 단 계: 정 밀 산업 용 로봇 시 스 템 연구 기반 구축 (2002-2005) 정밀 조립용 로봇 개발 조립 전용화 설비 시스템 개발 핵 심 요소기술 연구기반 구축 요소부품 개발기술 확보 주: 1 ) 김경환(KIST), 김현철(KISTEP 기계전문위원실), 이경전(KAIST), 이석한(삼성종합 기술원), 이수영(KAIST), 임용택(KISTEP 기계전문위원), 장평훈(KAIST), 오규진 (과학기술부), 오상록(KIST), 신경철( 유진로보틱스) - 335 -
제 2 단 계: 산업용 로봇 및 전용화 설비의 실용화 기반 구축 (2005-2008) BT, NT 및 광통신 부품 생산용 로봇 시스템 개발 Agile 조립 Cell 시스템 등 생산설비의 다기능, 지능화, 고정밀화 구현을 위한 기술개발 숙련된 Know-how를 요구하는 작업의 로봇화 구현 핵심기술의 실용화 요소 부품 기술의 국산화 구현 제 3 단 계: 산 업 용 로 봇 및 전 용 자 동 화 설 비 의 국 제 경 쟁 력 확 보 (2008-2012) 다기능, 고지능, 고정밀, 인간친화형 로봇 및 자동화 설비관 련 선진국 수준의 기술 확보 BT, NT 및 광통신 부품 생산용 로봇 시스템의 국가경쟁력 확보 핵심요소 기술의 범용화 요소 부품 산업 육성 산업용 로봇 및 전용 자동화 설비의 수출시장 다변화 연구개발의 필요성 경 제적 측면 - 제조업 분야 및 BT, NT분야에서 순부가가치에 대한 RT의 GDP 창출 효과는 약 10%정도로 추정 (일본 기술 전략 보고서 2001) - 1999년 국내 로봇 및 전용 자동화 설비 시장규모는 약 1조원이며, 연평 균 10-20%의 성장 예측 - 그러나 로봇 및 고기능 전용 자동화 설비 및 핵심 요소부품은 대부분 수입에 의존하고 있는 실정 기술적 측면 - 반도체, NT, BT용의 생산용 로봇은 정밀 고속 작업을 수행하므로 이를 위해 소형, 정밀, 고속용 Manipulator, 다기능용 Hand 및 첨단 Controller 기술과 다양한 공정에 적합한시스템 적용 기술과 인간친화기술들이 요구됨 - 향후의 생산시스템은 다품종 소량 생산 시스템으로 대기업보다는 전문 중소 벤처기업에 더 적합. 그러나 중소기업 특성상 기술인력과 자본이 부족하여 첨단기술개발에 한계가 있으므로 국가사업으로 투자 육성해야 할 필요성이 절실 - 336 -
SW OT 분 석 < 표 92> 생산 지원 지능로봇기술 개발의 SW OT 분석 강 점 기 회 자동차, 반도체, Display장치 등 제조 업 기반 확 보 IT 기술 기반 우수 고급 연구 인적자 원 및 핵심 기술 기반 우수 BT, NT 등이 국가 중점사업으로 선정됨으로써 미래 수요기반 확보 중국, 동남아등 주변 개도국 잠재 시장의 급성장 로봇 분야 신규 벤처 창업 증대 S 생 산지원 지능로봇기술 W O T 약 점 위 기 시스템 및 핵심기술의 산 학 연 연계 취약 부품 소재 산업 구조 취약 응용분야의 특정분야에 편중 자동차, 반도체 등 제조업 성장률 둔화로 기존의 산업용 로봇 시장 위축 IT, BT, NT의 산업화 지연 시 로봇시 장 성장 지연 - 337 -
Technology Roadmap (산업용로봇-제조업) Products 1 단계 ( 2002-2005) 2단계 (2005-2008) 3단계 (2008-2012) 로 봇 산업용로봇 로봇국산화기반구축 로봇국산화기반정착 반도체조립장비 정밀조립로봇기술개발 조립전용화설비시스템개발 조립전용화설비시스템구축 BT,NT,광부품조립로봇 조립로봇시스템개발 조립전용화설비구축 핵심요소기술 통신기술 NET Work 기술 Tele-operation 기술 제어기술 센서기반제어기술개발 인간친화형제어기술개발 인공지능형제어기술개발 시각기술 단순물체인식기능 복합형상인식기능 3차원형상인식기능 요소부품기술 서브모터 서브모터개발및설계기술확보 정밀로봇용서브모터개발 서브모터생산시스템구축 리니어모터 모터개발및설계기술확보 모터생산시스템구축 감속기 감속기개발및설계기술확보 정밀로봇용감속기개발 감속기생산시스템구축 제어기 개방형제어기개발 실시간제어기개발 인간친화형제어기개발 센서 센서개발및설계기술확보 정밀위치및힘제어센서개발 지능형센서개발 자동화시스템 조립Cell 시스템 Agile 조립Cell 시스템개발 Agile 조립Cell 시스템실용화기반 신개념조립CELL 시스템개발 생산자동화시스템 Automated Factory Net Work based 시스템 Virtual Manufacturing 시스템 분산제어시스템 환경인식지능시스템 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 <그림 151> 생산 지원 지능로봇기술개발 TRM 4. 2 인 간지원 지능로봇기술. 연구개발 목표 및 내용 연구 개발 목표 인간의 의료, 복지, 서비스, 오락, 교육 등을 지원하는 IT와 결합된 지능 로봇 기술의 개발 - 338 -
핵 심 연구개발 내용 의 료 복지용 로봇 기술 개발 수술 로봇 기술 개발 간호 보조 로봇 개발 재 활 로봇 기술 개발 생 활 지원 로봇 기술 개발 인텔리전트 홈, 빌딩 스페이스 로봇 개발 오락, 교육 로봇 기술 개발 지능 차량 로봇 기술 개발 단 계별 연구목표 및 핵 심 연구개발내용 의 료 복 지용 로봇 기술 개발 제 1 단 계: 수술보 조 로봇, 지능형 휠 체 어 개발 (2002-2004) 수술보조 로봇, 수술 시뮬레이터 지능형 휠체어, 건강 관리시스템 제 2 단 계: 최 소 침 습 수술 로봇 (2005-2007) 수술 훈련시스템 텐더 로봇, 건강관리 전문가 시스템 제 3 단 계: 무 침 습 수술 로봇, 지능형 간호 로봇 (2008-2011) 무침습로봇 지능형 간호로봇 로봇 응용 국민 건강관리시스템 인 텔 리 전 트 홈, 빌 딩 스 페 이 스 로봇 개발 제 1 단 계: 지능 홈 및 빌 딩 의 기반 기술 확 립 (2002-2004) 통합 홈/빌딩 구성 및 지능형 감시/제어 소프트웨어 개발 음성/공간인지 및 영상 인식/압축 기술 개발 - 339 -
스마트 센서 및 자율주행 기술 개발 자율학습 및 인지 기술 개발 제 2 단 계: 지능 홈 및 빌 딩 의 기반 기술 발전 (2005-2007) 지능형 분산 제어 및 감시 하드웨어 개발 실시간 영상 입출력, 인식/분석 및 추적제어 기술 개발 Smart Actuator 및 유무선 통신 모듈 기술 개발 제어/ 인식 기술, 정보/ 지능 기술, 핵심 부품 기술 통합을 통한 SI 기술개발 제 3 단 계: 지능 홈 및 빌 딩 의 prototype 개발 (2008-2011) Digital S/W Contents 등 응용서비스 관리 기술 개발 후각/촉각 가상현실 및 단계별 복합언어 설계기술 개발 환경종합정보 생성 및 고속 보행기술 개발 인지추론 및 자연어명령 처리 기술 개발 오 락, 교 육 로봇 및 가정, 도 우 미 로봇 기술 개발 제 1 단 계: 홍 보, 도 우 미 로봇 기술 개발 (2002-2004) 청소, 안내로봇 장애, 노약자 보행 보조 로봇 광고, 홍보 로봇 애완 동물 로봇 여가 선용 로봇 제 2 단 계: 로봇 동 물 원, 가사 전 담 로봇 (2005-2007) 간호로봇 가사전담 로봇 서빙 로봇 로봇 동물원 운동 연습상대 로봇 제 3 단 계: 인간형로봇의 영화 출연 및 스포츠; 육아 보육 로봇의 개발 (2008-2011) 육아 보 육 및 교 육 로봇 인간형로봇의 스포츠 - 340 -
지능 차 량 로봇 기술 개발 제 1 단 계: 안전 차 량 시 스 템 개발 (2002-2004) 주행경로 인식/계획 시스템 개발 지능 안전주행 환경인식 시스템 개발 제 2 단 계: 차 세 대 지능형 차 량 시 스 템 개발 (2005-2007) 지능 차량 진동 제어 시스템 개발 지능 안전 구동/제동 시스템 개발 제 3 단 계: 무 인 차 량 시 스 템 개발 (2008-2011) 지능 자율주행 Navigation 시스템 개발 지능 무인운전 시스템 개발 SW OT 분 석 < 표 93> 인간 지원 지능로봇기술 개발의 SW OT 분석 강 점 기 회 요소부품 기술 취약 좋은 지능로봇기술 기술인력의 부족 강한 IT, 가전기술 장기적 비전과 실천 부족 빠른 추진력의 문화 중소기업위주로 자본력 취약 지능로봇 특성이 한국에 적합 연구개발 지원 체계 미흡 S 인 간지원 지능로봇기술 W O T 약 점 위 기 IT, 바이오 산업이후 차세대 산업 으로 떠오르고 있음 향후 가장 큰 시장을 형성 지능로봇기술은 파급효과가 매우큼 아직 미국/일본에서 본격적 투자 않았음 시장 미성숙 강력한 해외 경쟁자 미국/유럽/일본에서 정부주도의 과제를 준비 중 - 341 -
Products Technology Roadmap (인간지원로봇) Personal Robot 청소,안내로봇,장애인, 노약자보행보조로봇 간호, 가사전담, 서빙로봇 육아,보육, Teaching 로봇 자율주행기능, 위치인식기능, 장애물회피, 승월기능, 환경변화인식기능,작업Scheduling 기능, 넥트웍과의연동기능, 생체신호인식기능 다족보행, 2족보행기능, 생체오감인식표현기능, 학습기능 Entertainment Robot 광고,홍보용로봇,Pet 로봇 단순한Performance 로봇, 여가선용보조로봇 로봇동물원, 운동연습상대로봇 영화출연연기, 인간형로봇의스포츠 보행기능, 무선네트웍기능, 가지관리기능, 감정표현기능, 환경변화인식기능, 멀티미디어기능 생체모사기능, 인간의의사소통수단인식,표현기능 Technology Sensing Actuating Intelligence Etc 2000 2005 2010 2015 2020 3D Stereo vision 열화상인식기술 Range Finder 및와부환경구성기술 음성합성기술 Force/Tactile information 인식기술 생체신호처리기술 전방향Wheel 경량Arm 제작기술 원격제어기술 실시간Path planning 기술 자기위치및Mao bulidung 기술 3차원장애물인식기술 교시또는자율적학습 멀티미디어데이터압축, 전송기술 Sound localization Sensor fusion 기술 Dexterous robotic Hand 인터넷기반원격제어 Cognitive science 자기고장진단기술 고효율동력원 Real time OS 기술 표정/ Gesture 인식, 표현기술 자연어처리기숳 Haptic control Bio-mems 기술 2족보행기술 Smart Stereo vision 감정대화인식기술 Mobile Manipulation 대상체인식, 학습기술 인공피부장착고기능hand 교시또는자율적학습 초고속멀티미디어무선통신 <그림 157> 인간 지원 지능로봇기술개발 TRM - 342 -
4. 3 국가 전 략 적 특 수지능로봇기술 연구개발 목표 및 내용 연구 개발 목표 국방, 우주, 원자력, 농업 등 국가 전략적으로 필요한 지능 로봇 기술의 개발 핵 심 연구개발 내용 전 략 적 특수 로봇 기술 국방 로봇 기술 개발 우 주 로봇 기술 개발 원자력 로봇 기술 개발 재해대응 로봇 기술 개발 해 양 로봇 기술 개발 산업용 특수 로봇 기술 농업용 로봇 기술 개발 건설용 로봇 기술 개발 조선용 로봇 기술 개발 단 계별 연구목표 및 핵 심 연구개발내용 국방 로봇 기술 개발 제 1 단 계: 지뢰 탐 지 로봇 (2002-2004) 지뢰 탐지장치 및 제거 장치 자율주행장치 제 2 단 계: 무 선 탐 색 / 감 시 로봇 (2005-2007) 저속 자율주행장치 - 343 -
전자광학 탐색 장치 원격고속 통신장치 제 3 단 계: 무 선 전 투 차 량 로봇 (2008-2011) 전자광학 탐색 장치 원격고속 통신장치 초대역 다중센서 고속 주행장치 우 주 로봇 기술 개발 제 1 단 계: 우 주 탐 사 로봇의 설 계 및 개발 (2002-2004) 다중센서장치의 연구 포획 및 채취장치연구 자율주행장치연구 통신장치 제 2 단 계: 우 주 환 경 분 석 로봇의 개발 (2005-2007) 입자검출기 개발 분광분석장치개발 원격고속통신장치 연구 온도 촉각 영상센서에 대한 연구 제 3 단 계: 우 주 기지 건 설 및 보 수 로봇의 개발 (2008-2011) 레이저 및 초음파를 위한 위치인식 장치 개발 극한 구동장치의 개발 촉각센서에 관한 연구 원격고속통신연구 원자 력 로봇 기술 개발 제 1 단 계: 단 일 기능 원자 력 로봇 (2002-2004) 방사선 감지로봇 핵연료 검사로봇 - 344 -
제 2 단 계: 다 기능 원자 력 로봇 (2005-2007) 방사선 감지로봇 핵연료 검사로봇 제 3 단 계: 고 기능 원자 력 로봇 (2008-2011) 원자로 해체용 로봇 재 해 대 응 로봇 기술 개발 제 1 단 계: 매몰 생존자 파악 및 위치파악 로봇에 관한 연구 (2002-2004) 매몰생존자 파악 센서의 개발 매몰 현장용 무선 원격통신 기법 마이크로 로봇의 위치 파악에의 적용 제 2 단 계: 화 생 방 오 염 제거 로봇의 개발 (2005-2007) 화생방 오염 탐지기법의 개발 화생방 오염 제거기법의 개발 제 3 단 계: 붕 괴 물 처리 및 인 명 구조 로봇의 개발 (2008-2011) 붕괴물 처리용 고부하 구동기의 개발 붕괴물 처리 및 인명구조를 위한 고부하 기구의 설계 붕괴물 처리에 적합한 힘/위치 제어기법의 개발 붕괴물 처리용 로봇의 개발 해 양 로봇 기술 개발 제 1 단 계: 다 중 선 체 수중 로봇 (2002-2004) 해양 과학 조사 로봇 (I) 해저 주행 로봇 (I) 해양 오염 방재 로봇 제 2 단 계: 고 정 밀 수중 로봇 (2005-2007) 해 양 과학조 사 로봇 (II) - 345 -
해저주행로봇 (II) 항만 감시 로봇 해양폐기물 제거 로봇 제 3 단 계: 고 기능 특 수목적 수중 로봇 (2008-2011) 장거리 항행 수중자율로봇 해저 보행 로봇 극한 구동장치의 개발 능동형 자율 어뢰 장거리 항행 수중자율로봇 해저 보행 로봇 농 업 / 건 설 로봇 기술 개발 제 1 단 계: 단 순 작 업 및 반 자 동 화 로봇 개발 (2002-2007) 파종용 자동 경작 시스템 개발 자동 환경제어 Greenhouse 개발 채소 이식 자동화 시스템 개발 반자동 품질 등급별 분류 시스템 개발 고하중 작업 지원 Hybrid 시스템 개발 제 2 단 계: 자 동 및 원격 조 종 로봇 개발 (2008-2011) 자동 환경제어 영농공장 개발 야외작업용 로봇 경작기 개발 원격제어 로봇 영농기계 개발 자동 품질 등급별 분류 시스템 개발 지능형 건설 로봇 시스템 개발 핵 심 기술연구개발 지능형 실시간 영상처리/센서퓨젼/실시간 비파괴 품질인자 계측 기술 양방향 마스터 / 슬레이브 제어기 M an- M achine Interface RF 통신기술 생체계측 장치/미세 환경인자 계측 장치 및 기술 지능형 실시간 비파괴 미소 환경계측 및 모니터링 기술 - 346 -
극소형 에너지 집적기술/ 자기고장 진단 및 자기극복 기술 다족, 다지형, 산악용 유연 이동 기구 / 인공 근육 설계 제작 기술 SW OT 분 석 < 표 94> 국가 전략적 특수지능로봇기술 개발 SWOT분석 강 점 기 회 국가의 안전 보장과 국민의 생존권 수호 차 원에서 필수적으로 추 진되 어야 함 국과연 중심으 로 국방 관련 연구가 지속되어 왔으며 풍부한 기술저변 인력 확보되어 있음 IT 산업에 대한 정부 차원에서의 집중적 지원이 이루어지고 있음 핵심 부품 (센서, 고신뢰도 전자부 품 등)의 확보가 어려움 목적 기반의 시스템 엔지니어링 기 반이 구축되어있지 않음 선진 국의 견 제로 인한 국방관련 지 속적 연구가 저해된 상태임 S O 국가 전 략 적 특 수 지능로봇기술 W T 약 점 위 기 학연을 중심으로 장기적인 국방관련 연구수행을 통해 고부가가치의 기반 기술 (서보제어, 인텔리전스기술) 확 보가 가능함 기반기술 (IT, 통신, 인공지능 등)이 구축되어 있으므로 시스템 쪽으로의 목 표 가 설 정 되 면 개발의 성공을 가속 화시킬 수 있음 첨단 국방기술개발에 대 한 선 진 국의 이해 대립 및 견제 심화 미국을 중심으로 선진국의 대규모 개발기획이 기 추진되고 있어 현 재 국내 기술개발이 지연될 경우 국방기술종속을 탈피할 수 없음 - 347 -
<그림 163> 국가 전략적 특수 지능로봇기술개발 (국방용 ) TRM - 348 -
4. 4 지능로봇 공통 핵 심 기술 연구개발 목표 및 내용 연구 개발 목표 다양한 응용을 위한 지능로봇의 구현에 공통 으 로 요구되 는 핵 심 기술을 개발하여, 응용 및 실용화를 촉진. - 지능기술: 시각, 청각, 인지(학습) 및 적응행동 기술 - 기구 제어 기술: 로봇팔 손, 로봇다리, 제어, 실시간 SW 핵 심 연구개발 내용 인간시각기술: 영상인식, 입체인지, 목표추적 인간청각기술: 음성인식, 음향탐지, 음성이해, 음성합성 인 지추론기술: 인공지능, 센서융합, 감시진단, Agent 인 간행동기술: 행동학습, 경로계획, 위치인식 로봇팔 손 기술: Smart Arm/Hand, Modular Arm, Haptic 소자 로봇이동기술: 로봇다리 기술, 보행기술 제어기술: 정밀위치제어, 원격제어, 힘제어 실시간 소프트웨어 기술: 운영체계, 미들웨어 단 계별 연구목표 및 핵 심 연구개발내용 제 1 단 계: 지능로봇 공통 핵 심 기술의 기반 구축 (2002-2004) 얼굴 사물의 탐지 및 인식 잡음 하 음원탐색 및 음성명령어의 인식 및 합성 영상 언어 Haptic 정보의 융합 장애물 회피 및 경로계획 몸체장착형 원격조작 팔 및 장갑형 haptic 소자 비평탄면 바퀴 및 다족 주행 협동제어 및 분산제어 실 시 간 L inux s erver 및 modular driver library - 349 -
제 2 단 계: 지능로봇 공통 핵 심 기술의 실 용 화 (2005-2007) 복잡한 배경하 얼굴 사물의 탐지, 인식 및 추적 잡음 하 핵심명령어의 검출 및 인식 미지 환경에서의 자율학습 및 감시진단 자율 위치인식 및 최적 경로계획 마이크로 입력형 원격조작 마스터 및 무선 장갑형 haptic 소자 평탄면 2족 주행 정밀힘제어 및 강인제어 Embedded L inux K ernel 및 hum an- like robot control language 제 3 단 계: 지능로봇 공통 핵 심 기술의 선 진 화 (2008-2011) 3차원 얼굴 사물의 탐지, 인식 및 추적 잡음 하 연속어의 인식 및 언어 이해 실세계 환경에서 인간기능을 대신하는 대리자(agent) 실시간 인간행위의 자율 학습 텍스쳐 반영 haptic 장치 부착 원격조작 마스터 비평탄면 2족 주행 학습제어 및 fault tolerant 제어 Hierachical/distributed 운영체제 및 멀티미디어 미들웨어 연구개발의 필요성 경 제적 측면 - 지능로봇의 가격 대 성능비 향상 (로봇의 가치와 성능은 지능기술에 크게 좌우되며, 상품원가는 주요 시스템의 생산기술에 크게 영향을 받음) - 다양한 지능로봇의 공통핵심기술을 공동개발하여 연구개발의 효율 향상 - 소자 부품의 표준화로 대량생산의 경제성 획득 기술적 측면 - 다양한 지능로봇의 응용 및 실용화를 촉진 - IT/BT/NT 등 관련 산업과의 연관성이 크고 파 급 효 과가 지대 - 350 -
SW OT 분 석 < 표 9 5 > 지능로봇 공통 핵 심 기술 개발 SW OT분 석 강 점 기 회 정보/반도체 분야의 국제경쟁력 관련 분야의 우수한 연구인력 (중 점 뇌과학사업을 통한 연구인력 및 경험 확보) 다양한 벤처화 경험 선진국을 앞선 학제적 (IT+BT+기 계) 연구추 진 다양한 응용분야에 따른 지대한 파 급효과 (기존 제품의 지능화/고부 가가치화 ) S O 지능로봇 공통 핵 심 기술 개발 W T 약 점 위 기 정보 (지능)기술인과 기계 (로봇) 기 술인의 공동연구 경험 부족 학제적인 교육시스템 부족 뒤따라갈 선진기술의 부재 (기술발 전 예측 및 목표설정의 어려움) - 351 -
4. 5 지능로봇 요소 부품 기술 연구개발 목표 및 내용 연구 개발 목표 지능로봇의 구현에 요구되는 요소부품 기술을 개발하여 응용 및 실용화를 촉진 핵 심 연구개발 내용 구동기:고출력밀도 전동기, 초소형 전동기, 초정밀 전동기 등 센 서:영상센서시스템, 음향센서시스템, 촉각센서, 후각센서, 속도/가속도 센서, 위치센서 등 기타부품:개방형 제어기, 감속기, 베어링, Cable 등 단 계별 연구목표 및 핵 심 연구개발내용 제 1 단 계: 지능로봇 시 스 템 의 요소 부품 기반 구축 (2002-2004) 초소형 전동기, 고출력 압전 세라믹을 이용한 초음파 전동기 등 CMOS 영상센서, 음성향상 마이크, 10x10 (100 dpi급) tactile 센서 등 개방형 주 제어기 HW 등 제 2 단 계: 지능로봇 시 스 템 의 요소 부품 실 용 화 (2005-2007) 초소형 전동기와 고출력 초음파 전동기의 특성을 고려한 드라이브 등 극미광 정밀측정용 CMOS 영상센서, 고 주파수 분해는 다중 마 이크, 64 64 (200 dpi급) tactile 센서 개방형 주 제어기 OS 등 제 3 단 계: 지능로봇 시 스 템 의 요소 부품 선 진 화 (2008-2011) 나노급 초정밀 전동기 등 센서와 신호처리부가 통합된 지능형 영상센서, 음향센서, tactile 센서 등 인 공지능형 로봇용 주 제어 기 B IOS 등 - 352 -
연구개발의 필요성 경 제적 측면 - 지능로봇의 가격 대 성능비 향상 (로봇의 상 품 원가는 주 요 부품 의 생 산기술에 크게 영향을 받음) - 다양한 지능로봇의 요소부품을 공동개발하여 연구개발의 효율을 향 상시키고, 부품의 표준화로 대량생산의 경제성 획득 기술적 측면 - 다양한 지능로봇의 응용 및 실용화를 촉진 SW OT 분 석 < 표 96> 지능로봇 요소부품기술 개발의 SWOT 분석 강 점 기 회 관련 분야의 우수한 연구인력 다양한 벤처화 경험 다양한 지능로봇 응용에 따른 경제 성 획득 S O 지능로봇 요소 부품 기술 개발 W T 약 점 위 기 소재 등 기반기술 취약 소재기술의 발전에 영향 받음 - 353 -
4. 6 지능로봇 기반 기술 연구 개발 목표 지능로봇의 구현에 필요하나, 다른 분야에 더 큰 수요를 가지고 있어 타 분야에서 연구가 진행되고 있으므로 본 RT 추진에서는 포함하지 않는 기 반 기술 핵 심 연구개발 내용 통신 및 네트워킹: 무선, 유선, 네트워크 미세가공: MEMS, NEMS 에너지: 전지, 소전력소자 컴퓨터 그래픽스: Graphic User Interface, 3차원 표현, 가상현실 C ontents : Robot C ontents 생체계측: 생체-실리콘 인터페이스, 생체신호측정 응 용 실 용 화 기 술 생산지원 인간지원 국가전략 정밀 조립용 로봇 BT, NT 및 광통신 생산/조립로봇 조립 전용화 설비시스템 지능형 생산 로봇 시스템 유연조립 셀 시스템 다기능 자동화 설비 로봇 임베디드 장비 지능형 홈제어 시스템 인간친화형 로봇 및 자동화 시스템 빌딩 제어 시스템 가정용 청소로봇지능형 지능형 통합 홈/빌딩 가사로봇 애완용/오락용 로봇 육아보육로봇 장애인/노약자 보조로봇 서빙로봇 지능형 휠체어 교육로봇 수술보조로봇 지능형 차량시스템 무인 차량시스템 최소침습 수술로봇 무침습 수술로봇 군사용 탐지 로봇 무선탐색, 감시 로봇 생존자 파악 및 위치 파악 로봇 무선 전투차량 로봇 방사선 감지 로봇 인명구조로봇 화생방오염제거 로봇 채소이식자동화시스템 자동환경제어 영농공장 원자로 해체로봇 해저주행로봇 야외작업용 경작로봇 해양폐기물 제거로봇 수중자율로봇 인공위성 로봇 우주선 탑재 로봇 2002 2004 2007 2011 <그림 174> 국가 지능로봇기술개발 (응용 및 실용화 분야) 종합 TRM - 354 -
공 통 핵 심 / 요 소 부 품 기 술 공통 핵심 기술 지능 감지 휴먼 인터페이스 기구/제어 요소 부품 기술 트랜스듀서 단순학습/추론 지식 창출형 학습/추론 고차원 지식창출형 학습/추론 인간행동/환경 이해 실시간 인간행동/환경 이해 추론기반행동제어 행위기반 지능 지식체계기반 추론 생물학적 집단행위기반 기능 환경불변적 강인한 시각정보 추출 제한된 영역의 시각환경이해 일반적 영역의 시각환경이해 촉각감지 기술 인공피부 기초 및 응용기술 인공코기초및응용기술 인공혀기초및응용기술 센서 융합 기술 고집적 센서 융합 기술 및 응용 기술 텔레로봇 기술 착용 텔레로봇 기술 초소형 착용 텔레로봇 기술 연속자연어 인식/합성 연속자연어 음성 대화 가상공간/제스쳐 인터페이스 가상공간-실공간 연계 인터페이스 및 응용기술 감성인식/표현 기초기술 인간-로봇 교감 기초 및 응용기술 사이보그 기초기술 사이보그 기술(착용, 이식) 사이보그 응용 기술 초고속,초정밀 마이크로 조작 기술 나노조작 기초 및 응용 기술 이동/보행 기술 인간공존환경 이동/보행 기술 강인한 고속 이동/보행 기술 센서기반 조작기술 강인한 센서기반 조작기술 센서기반조작기술응용 실시간 동영상처리 카메라 인공눈 초소형 인공눈 인공코 초소형 인공코 대면적 인공피부 초소형관성센서 초소형 특수환경감지센서초소형/초정밀 특수환경감지센서 초정밀구동기 초소형구동기/고출력밀도 구동기 생체모방형 구동기 시스템 개방형 제어기 개방형 임베디드실시간운영시스템 정밀 조립 시스템 분산제어시스템 초소형 조립시스템 초소형 공장 네트워크기반 시스템 지능형 통합시스템(홈/빌딩) 계층적 네트워크 시스템 2002 2004 2007 2011 <그림 175> 국가 지능로봇기술개발 (공통핵심 및 요소부품 분야) 종합 TRM - 355 -
5. 추 진 체 계 및 부처별 역 할 분 담 5. 1 추 진 체 계 범부처적인 연구개발사업 추진을 위하여 국가과학기술위원회 에서 각 부 처별 정책 및 사업에 대한 심의 조정 (그림 148 참조) - 지능로봇기술 예측, 조사, 분석, 평가 및 연구개발 사 업 우선순위 설정 등 을 위 하여 국과위 산하에 지능로봇기술전 문위 원회 설치 운영 - 각 부처에서는 부처별 기능에 따라 응용 실용화 기술 연구 계획 수 립 추진 국가과학기술위원회 지능로봇기술전문위원회 산학연관 협동연구 실무위원회 부처별 응용, 실용화기술추진 산학연협동연구체제 과학기술부 <그림 176> 범부처적 연구개발 사업 추진 국가과학기술위원회 - 각 부처별 정책 및 사업에 대한 심의 조정 - 각 부처별 기능에 따라 응용, 실용화 기술 연구계획 수립 지능로봇기술전문위원회 - 356 -
- 지능로봇기술예측, 조사, 분석, 평가 - 연구개발사업 우선순위 설정 등 사전조정 - 기타 지능로봇 기술개발 사업의 효율적 추진에 대한 사항담당 산 학 연 관 협동연구실무위원회 - 부처간, 산 학 연간 지능로봇기술 연구내용 상호교환, 조정 및 시너지 창출 산 학 연 협동연구체제 - RT 기술의 특성을 반영한 개방형/표준화/네트워킹형 협동 연구개발 체제 - 연구성과의 신속한 산업화를 위한 동시 연구체제 수립 과학기술부 - 지능로봇기술의 토대가 되는 R&D 강화 - 연구기반 구축 및 핵심원천 기술개발 - 전문인력 양성 및 국민이해 증진 5. 2 부처별 역 할 분 담 현재까지의 지능로봇기술관련 정부 각 부처별 로봇과제를 다음의 부록 3에 정리하였으며, 앞으로 가능한 부처별 역 할 분 담을 아래의 표 97과 같 이 도출하였다. <표 97> 정부 부처별 역할 분담 부처 개발 내용 교육인적자원부 육아보 육로봇, 교 육로봇개발 국방부 국방로봇 (지뢰 탐지 로봇, 전투 용 로봇 등 ) 개발 과학기술부 인공위성탑재 로봇, 원자력로봇 개발 문화관광부 오락용 개발 농립부 농업용 로봇개발 산업자 원부 지능형 생산로봇 개발, 가정 용 도 우미 로봇 정보통신부 정보 가전로봇 개발 보건복지부 의료로봇개발 환경부 환경 로봇 (도시청소 로봇 등) 개발 노동부 사무보조 로봇, 비서 로봇 개발 건설교통부 건설용 로봇, 재해방지용 로봇, 지능형 홈/빌딩, 무인자동차 개발 해양수산부 해양 로봇 개발, 항만 자동 화 시 설개발 - 357 -
6. 참 고 문헌 [ 1] W orld Robotics 2000, International Federation of Robotics [ 2] 일 본로봇공업협회, 일본산업현황과전망, 1997. 7 [3] 반도체 제조장치 DataBook, 2000 [ 4 ] " 국내 반도체 장비산업 현황 및 발전 전략, 2000. " 10, 한국 반도체 산업 협회/한국 반도 체 연구 조합 [5] 일본 산업용 로봇공업협회 설문조사 [ 6 ] The Agriculture, Forestry and Fisheries Research Information Center of Japan (http://www.affrc.go.jp) [ 7] National Agricultural Research Center for H ok kaido Region (http:/ / s s. cryo. affrc. go. jp) [ 8] The M inistry of Agriculture, Forestry and F is heries of Japan (http://www.maff.go.jp) [ 9] The Japanese Society of Agricultural M achinery (http://wwwsoc.nii.ac.jp/jsam/) [10] 농업기계화 연구소, 농촌진흥청 (http://www.namri.go.kr/html/main_kor.htm) [11] 생물학전문연구정보센터 (BRIC), 포항공과대학교 (http://bric.postech.ac.kr/) [ 12] 한국생명공학연구원 (http: //biozine. kribb. re. kr/) [13] The American Society of Agricultural Engineers (ASAE) (http://www.asae.org/) [14] The U.S. Department of Agriculture (http://www.usda.gov/) [15] 21C 일본 농업기계화 전략, 1997, 한국농업기계학회 [16] 21C 농업기계화 사업의 장기비전과 발전전략, 2001, 농림부 [17] 정밀농업을 위한 농업기계시스템, 2000, 농촌진흥청 [18] 생물생산을 위한 지능로봇공학, 1996, 문운당 [19] 권동수, "미세수술용 원격제어 로봇시스템 개발," 보건복지부 연구과제 최 종 보고서, 1999, 한국과학기술원 [ 20] " F orceps! Scalpel! Robot!, Time magaz ine (2001. 6 4) [21] Intuitive Surgical 社 (http://www.intuitivesurgical.com) [22] Pyxis 社 (http://www.pyxis.com/products/homerus.asp) [23] MIT 재활로봇 (http: / / w eb.m it. edu/ hogan/ w w w / projects / roborehab/ hik 1 2.htm l) [24] U.N. Industrial Statistics Yearbook, U.S. Dept. of Commerce, U.S. - 358 -
Industry & Trade Outlook [25] IFR 통계조사, 산업자원부, 한국과학기술원 로봇교 육센 터 [26] 산업자원부 산업기술로드맵 공청회, 2001. 7 [27] 매일경제신문 (2001. 9. 10) (http://koplas.net/news/0108/10-3.htm) [28] A 'Virtual Reality` based Training System for Minimally Invasive Surgery (http://iregt1.iai.fzk.de/trainer/mic_trainer1.html) [ 29] JPL /NASA의 Radiation Effects Ground Tes t D ata Bank (http:/ / radnet.jpl. nasa. gov/ ) [ 30] JPL 의 M achine Vision Group (http: //telerobotics. jpl.n) [ 31] NASA Ames Research Center (http://amesnews.arc.nasa.gov/releases/2000/00images/snakebot/snakebot.html) [32] Science@NASA (http://science.nasa.gov/headlines/y2001/ast18apr_1.htm) [33] Stanford University HUMMINGBIRD-Aerospace Robotics Laboratory (http:/ / s un- valley. stanford. edu/ projects/ helicopters/ helicopters.htm l/ ) [34] 홍석원, 이판묵 외, 2000m급 ROV 개발을 위한 선행연구 및 초기설계, 1995. 12, 한국통신 선로기술연구소 [41] 임용곤, 홍석원 외, 차세대 심해저 작업시스템 개발 기획조사 연구, 선박 해 양 공학연구센터 연구보고서, 1996. 12, 한국기계연구원 [42] 200m급 탐사용 AUV 개발 (Ⅳ) 연구보고서, 1997. 12, 한국기계연구원 [ 4 3 ] 홍석원, 임용곤, 이판묵 외, 고성능 중작업용 수중로봇 개발 (III), 2000. 9, 한 국해양연구원 [35] "ROV Review," A Waves Publication, 1993 [36] J. G. Bellingham, "A Second Generation Survey AUV," proceeding of AUV '94, IEEE, 1994. [37] Oceans Community Conference, Nov, 1998 [38] Control Applications in Marine Systems, Oct, 1998 [ 39] " Jane' s U nderwater Technology," Edited by Clifford F unnell, 1999 [ 4 0 ] Operational Effectiveness of Unmanned Underwater Systems, MTS ROV Committee, 1999 [ 44] Planning with non-determinis tic events for enhanced robot autonomy, Perret J, Alami ROBOTICS AND AUTONOMOUS SYSTEMS 18: (3) 311-317, Aug, 1996 [45] Rescue robot Rudall BHROBOTICA 14: 598-598, Part 6, Nov-Dec, 1996 [ 4 6 ] A knowledge based system prototype for robot assisted urban search and - 359 -
rescue, Blitch JG, Maurer R SMULATION 66: (6) 375-391, Jun, 1996 [ 47] Artificial intelligence technologies for robot as sis ted urban search and rescue, B litch JG, EX PERT SYSTEM S WITH APPL ICATIONS 11: (2) 109-124, 1996 [ 48] D evelopm ent of wall- clim bing robots, Nishi A, COM PU TE RS & ELECTRICAL ENGINEERING 22: (2) 123-149, Mar, 1996 [ 4 9 ] Friend-An Extra-Vehicular Activity Retriever Telerobotic Project, Romano Vf, Cosmi F, Nenchev Dn, Rovetta A SPACE TECHNOLOGY-INDUSTRIAL and COMMERCIAL APPLICATIONS 15: (3) 123-131, May, 1995 [50] A Computer Vision System For Extravehicular Activity Helper Retriever, Chien Ch APPLIED INTELLIGENCE 5: (3) 251-268, Jul, 1995 [ 51] The U se Of D ynam ics In An Intelligent Controller F or A Space Faring Rescue Robot, Schoppers M, ARTIF ICIAL INTELL IG ENCE 73: (1-2) 175-230, Feb, 1995 [52] The Effects of Radiation System on Electronic System, George C. Messenger, 1988. [53] Handbook of Radiation Effects, Andrew Holmes-Siedle, 1993 [ 54] JPL /NASA의 Radiation Effects Ground Tes t D ata Bank (http:/ / radnet.jpl. nasa. gov/ ) [ 5 5 ] Lawrence Livermore National Laboratory의 Hostile Environmen t (http://www.llnl.gov/automation -robotics/chern.html) [ 5 6 ] J PL 의 M achine Vision Group (http:/ / telerobotics.jpl. nasa. gov/ groups/ mvts / ) [57] The development of highly dexterous manipulation techniques, Mid-term progress report, Department of Mechanical Engineering AI Lab, f o Massachusetts Institute of Technology, 1994 [ 58 ] Idaho National Engineering Lab, D econtamination and D ecomm iss ioning Technology Logic Diagram (Nol. II), 1994 [59] Remote Systems and Robotics in Hostile Environments, Proc edings of the international topical meeting on remote systems and robotics in hostile environments, 1987 [ 60] Teleoperators and H um an Augmentation, Technology utiliz ation division of National technical information service, 1967 [ 61] Teleoperated Robotics in H ostile Environments, H. E. [ 62] L awrence L ivermore National Laboratory - 360 -
(http://www.llnl.gov/automation-robotics/) [ 63] M E RV: police remote control bom b- disposal robot (http://atg.triumf.ca/merv. htm) [ 64] Israel Aircraft Industries Ltd.: Remotely Controlled Military and Para-Military Robots (http://www.iai.co.il/iai/dows/serve/item/english/1.1.4.2.6.2. html) [65] Jane's Defence Weekly, 2000. 1. 26, p.4 [ 66 ] 인터넷정보가전 기술개발 기획연구, 2000. 12, 인터넷 정보가전 산업 협의회 [67] 인터넷정보가전 기술개발 정책방향, 2001. 2. 23, 정보통신부 [68] 인터넷정보가전 산업육성 정책방향, 2000. 5. 16, 정보통신부 [69] 인터넷정보가전 표준화 방안, 2000. 5. 16, 한국정보통신연구원 [70] 인터넷정보가전 추진전략, 2000. 5. 16, 대우전자 [71] 인터넷정보가전 기술개발 방향, 2000. 5, 삼성전자 [72] 인터넷정보가전 사업전략, 2000. 5.17, LG전자 [ 7 3 ] "[ehome] 정통부 정책 방향-2대 정보가전 대국 일군다," 전자신문 (2001. 5. 4) [74] "[ehome] 홈네트워크-네트워킹 안되면 무용지물," 전자신문 (2001. 5. 4) [75] 생활로봇 키워드 검색, 전자신문 [76] 산업자원부 로봇 로드맵, 2001. 7 [ 7 7 ] SI 업 체 공공부문 매 출 급 증 예상, 내외 경 제신 문 (2000. 12. 26) [78] 국내 SI시장 지속 성장 전망, 전자신문 (2001. 4. 6) [79] 국내 시스템통합 부문 시장전망, 디지털타임스 (2001. 7. 13) [80] 한국소프트웨어협회, 가트너, 2001 [81] International Data Cooperation (IDC), 1998 [82] LG 전자 및 삼성전자의 자체전망, IDC [83] Dataquest, 1998 [84] 한국전자연감, 1999 [85] 국내 네트워크 부문 산업 전망, 디지털타임스 (200. 7. 13) [86] 첨단기술의 "총아", "휴먼로봇" 시대 성큼, 디지털타임스 (2001. 5. 11) [87] 손주선, 일본의 첨단 정보 빌딩, 2000. 12 (http://www.ibscare.co.kr) [88] 손주선, 미국의 첨단 정보 빌딩 (http://www.ibscare.co.kr) [89] "건물내 종합정보통신 활성화 방안에 관한 연구," 1993, 한국통신 진흥협회 [90] 이경회, 손주선 외, 첨단정보빌딩시스템 구축방안에 관한 연구 [91] "컨테이너 터미널 자동화 기술 연구기획 조 사. 1999. 12, 과학기술부 [92] 첨단교통체계 (ITS) G7 과제화 기획에 관한 공청회, 1996 [93] 지능형 교통시스템 기본계획, 1997. 9, 건설교통부 - 361 -
[94] 한국 ITS 협회 (http://www.itskorea.or.kr) [95] 미국 ITS America (http://www.itsa.org) [96] 유럽 ITS 협회 (http://www.ertico.com) [97] 일본 ITS 협회 (http://www.vertis.or.jp) [98] 오스트레일리아 (http://www.itsa.uts.edu.au) [ 9 9 ] ITS 연구개발사 업 I, II, 교 통 개발 연구원, 한국도 로공사 [100] Intelligent Transportation System Projects Book, ITS America, Sept, 2000 [101] 기초기술연구회, " TRM공청회: 인포전스의 세계-Nano/MEMS와 IT의 융합, " 제 3회 미래 기술포럼, 2001. 8 [102] 21세기 프론티어 사업단, 지능형 마이크로시스템 (http://microsystem.re.kr) [103] 생활시간조사에 나타난 국민의 생활모습, 통계청, 2000.12 [104] 2000년도 장애인 실태조사, 보건사회연구원, 2001 [105] 장애범주확대방안 및 장애분류, 등급판정기준에 관한 연구, 한국장애 인 복지체육회, 1999 [106] 신소재산업의 발전전략, 한국산업연구원, 1999. 4 [107] Technical insights of Lab on a Chip [108] Sandia National Laboratory (http: //www.sandia,gov) [109] K. Tsuruta, T. Sasaya, T. Shibata, and N. Kawahara, "Control Circuit in an In- Pipe Wireless M icro Ins pection Robot," International sympos ium on Micromechatronics and Human Science, 2000 [110] Mircomechanical Flying Insect Project, UC Berkeley (http://robotics. eecs.berkeley. edu/~ronf/mfi. html) [111] Kagawa University, Prof. Guo's Laboratory (http://www.engr.kagawa-u.ac.jp/~guo) [112] I. Kasushi, "Magnetic Micromachines for Medical Applications, " 1st Joint European Magnetism Symposium, 2001 [113] T. Sato, T. Kameya "Hand-Eye System in Nano Manipulation World," IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 59-66,1995 [114] A. Codourey, M. Rodrigiez, "Human Machine Interaction for Manipulations in the MicroWorld," IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 244-249, 1996 [115] Micro system Laboratory, KAIST (http://mems.kaist.ac.kr) [116] "Advanced LIMS Technology: Case Studies and Business Opportunities," James Stafford, Oct, 1995-362 -
[117] "Automation and New Technology in the Clinical Laboratory," Kiyoshi Okuda, 1990 [118] "Automation in the Laboratory," W. Jeffrey Hurst, Sep, 1995 [119] "Biotechnology and Biopharmaceutical Manufacturing, Processing and Preservation," Kenneth E. Avis and Vincent L. Wu, 1996 [120] "Handbook of Clinical Automation," Robotics, and Optimization, Gerald Kost, Feb, 1996 [121] "An Introduction to Laboratory Automation," V. Cerda & G. Ramis, 1990 [122] 박영제, 김원경 외, 고성능 SPOT 용접용 ROBOT (DR120F) 개발, 대우 기보 제 47호, 1999. 5 [123] 김태주, 박영제 외, 산업용 로봇의 성능평가 시스템, 제어계측 자동화 로보틱스 연구화 합동 학술 발표회 논문집, 1998 [124] 2000 Service Robot Workshop, 서비스 로봇 기술개발 사업단, 2000. 7 [125] ISR 2001 (32nd International Symposium on Robotics), 2001. 4 [126] 외국 기술연구현황, Carnegie Mellon Univers ity (http://www.frc.ri.cmu.edu/robotics-faq/6.html) [127] 로봇제어기술예측 Robotics and Intelligent Machines- A Critical Technolo gy Roadmap (http://www.ncsu.edu/ieee-ras/ras/rasnews/990714rimfinal.htm l) [128] "공장자동화센서개발 연구기획," 1997, 통상산업부, [129] "센서 기술연구소 발전 계획과 자립방안, " 경북대학교 센서기술연구소 [130] "Frost & Sullivan 보고서" [131] "Measurement, instrumentation, and sensors," 1999, IEEE Pres s [132] 한국 Xilinx 社, 블루투스기술 (http://www.xilinx.co.kr) [133] 한국 Zenocom 社 (http://www.zenocom.co.kr) [134] Ericsson 社 (http://www.ericsson.com/bluetooth) [135] "Bluetooth revealed," Brent A. Miller and Chatschik Bisdikian, Prentice Hall, 2001 [136] "Linear electric actuators and generators," Energy Conversion, IEEE Transaction on, Volume: 14 Issue: 3, Sept. 1999 [137] "Linear synchronous motors," CRC Press, 1999 [138] 미국 초정밀 선형동기모터 매출표 (http://www.anorad.com,) [139] "State of the art and development trends of ultrasonic linear motors," Ultrasonics Symposium, IEEE, Volume: Jan, 2000-363 -
[140] 한국 피에조 테크놀리지 기술자료 (http://www.piezo-tech.com) [141] "Superconductivity, an enabling technology for 21st century power systems?," Applied Superconductivity, IEEE Transactions on, Volume: 11 Issue: 1 Part: 2, Mar, 2001 [142] "A review of superconducting motor technology development," Power Engineering Society Winter Meeting, 2001 IEEE, Volume: Feb, 2001 [143] "차세대 고효율 발전플랜트 기술개발," 1998, 한국전기연구원 [144] 휴먼로봇 시스템 연구, 한국과학기술연구원 (http://news.k ist. re. kr) [145] 한국 다진시스템 社, 휴먼로봇 기술자료 (http://www.dajin.com) [146] 일본 휴먼로봇 관련기술 현황 (http://www.sony.com, http://www.cnn.com/2000/tech/computing/11/22/sdr3.idg, http://trueforce.com/news/sony20001121.htm) [147] "Sandia report," Department of energy, U.S, Oct, 1998 [148] 전자신문 (2000 8. 31) [149] "Example-Based Learning for View-Based Human Face Detection", IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol.20, No. 1, Jan, 1998 [150] 주간기술동향 제955호, 한국정보통신연구원 [151] 전자신문 (2000 11. 27) [152] MIT Tech. Review [153] Technology Roadmap - 로봇 [개인용로봇 중심으로] 연구보고서 201-06-109, 2001. 8, 산업자원부/ 한국산업기술평가원 [154] A Critical Technology Roadmap - Robotics and Intelligent Machines in the US DOE, US DE, Oct 1998 [155] 원자력용 원격로봇 기술현황, KAERI/AR-460/97, 1997. 3, 한국원자력연구원 [156] 40대 품목 기술/시장 통합 요약보고서 - 가상현실, IT information Hub, (http://www.itfind.or.kr/) [157] 경제 5개년 계획을 위한 미래 복합형 기술개발사업을 위한 사전조사 (I), "휴먼로봇 기술 개발에 관한 조사연구," 1994. 7, 한국과학기술원 [158] "산업용 로봇의 표준화에 관한 조사연구 성과보고서," 1987, 일본산업용 로봇 공업회 [159] "FA 시스템의 신뢰성, 안전성, 표준화에 관한 조사연구, " 95-R-1-0006, 1995, 한국 생산기술연구원 - 364 -
[160] "FA 자동계측 검사기술 표준화에 관한 연구, 95-R-1-0003, 1995, 한국 생 산기술연구원 [162] Manipulating Industrial Robots - Safety, K S B -7083 [163] Guide Lines for Manipulating Industrial Robots - EMC Test Methods and Performance Evaluation Criteria, KS C-2082 [161] Manipulating Industrial Robots - Safety First E dition, ISO 10218-365 -
[ 1] ( ) Application Market Industrial Automation (Application to Industry) (, ) Service to Human (, ) Intelligent System Integrated with Information Infrastructure (Integration with Information Infrastructure) (, ) Connection to Nano & Bio world (Application to Nano & Bio Word) (, ) Technology Product Automated Factory and Customized Manufacturing Automation of Industries under Unstructured Environments : Agriculture, Construction Medical & Welfare Robotics Entertainme nt & Personal Robotics Robots in Hazardous Environmen ts Intelligent appliance, Home, Office & Building Intelligent Machines, Vehicles & Transportati on System Micro & Nano Robotics Bio Mimetics & Automation Mechanism Design Components Intelligence Human- Robot Interface System Control Sensing & Actuation Interface & Electronics Perception Planning Decision-Making Programming Man-Machine System Real-time Processing System Integration Social & Economic Implications 369
[ 1] ( ) Technology Application Market Product Industrial Automation (Application to Industry) Automated Factory and Customized Manufacturing Automation of Industries under Unstructured Environments: Agriculture, Construction Service to Human Medical & Welfare Robotics Entertainment & Personal Robotics Robots in Hazardous Environments Intelligent Systems Integrated with Information Infrastructure (Integration with Information Infrastructure) Intelligent Appliances, Homes, Offices, and Buildings Intelligent Machines, Vehicles, and Transportation Systems Connection to Nano & Bio world (Application to Nano & Bio Word) Micro and Nano Robotics Bio Mimetics and Automation Mechanism ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), (KIST), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ) Design Control ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), (KAIST), ( ), (KAIST), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ) Components Sensor & Controllers Interface & Electronics ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), (KAIST), (KAIST), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ) Intelligence Sensing & Perception ( ), (KAIST), ( ), ( ), ( ), ( ), (KAIST), ( ), (KIST), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ) Planning Decision-Making ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), (KAIST), ( ) Human-Robot Interface Programming Man-Machine System System Real-time Processing System Integration Social & Economic Implications (, ) 370
[부 록 2] 국가 지능로봇기술발전 기본계획(안) 수립을 위한 공청회 요약 장소: 서울교육문화회관 가야금홀 일시: 2001. 10. 22 (월) 참석자: 김 영환 장관님 포함 250여명 예산, 기술 개발 분야의 선택과 집중, 전문연구소 설치 등에 관한 일부 계획안의 보완이 요구되나 본 기획안은 경제, 사회, 문화, 교육적인 측면 에서 시의적절하고 기본 계획에 포함시키는 것이 바람직함. 임용택 위원 : 지능로봇기술발전 기본계획 수립을 위한 공청회를 시작 하 겠 습니다. 앞에 계신 내빈 관계자 분들은 안으로 들어와 주시면 감사하겠습니 다. 그리고 또 오늘 토론에 참석해주실 패널리스트 분들은 앞에 좌석이 양 쪽에 마련이 되어 있는데요. 지금 앞으로 나와 주시면 감사하겠습니다. 양쪽 에 이쪽에는 박종오 박사님, 이석한 위원장님, 강광남 원장님, 박방주 차장 님 그리고 박승록 위원님이십니다. 저희가 행사가 10분 정도 늦어져서 대단 히 죄송하구요. 저는 과학기술기획평가원에 있 는 임용택이라고 합니다. 이렇 게 오늘 바쁘신 가운데에도 참석해 주셔서 대단히 감사합니다. (박 수) 임용택 위원 : 저희가 곧 국가지능로봇기술 발전기본계획안 수립을 위한 공청회를 시작하겠습니다. 저희 기획기술평가원에 원장님으 로 계신 최 수현 원장님께서 개회사를 해 주시겠습니다. 최 수현 원장 : 여러분들 안녕하십니까? 오늘 여러 바쁘신 데도 기관장님 여 러분들 많이 들 오셔서 일일이 제가 인사를 여쭙지는 못하겠습니다. 양해해 주시기 바랍니다. 바쁘신 일정에도 불구하고 참석하여 주신 존경하는 김영환 과학기술부 장관님, 내외 귀빈 여러분 그리고 로봇분야 전문가 여러분! 오늘 미래생활의 한 축을 이루어갈 지능로봇기술의 발전전략을 수립하기 위한 공 청회를 이 자리에 참석하신 여러분들과 함께 갖게 된 것을 매우 뜻깊게 생 각합니다. 지능로봇기술은 자동차조립 라인에서 흔히 볼 수 있는 산업용에서 부터 일본의 소니사가 개발한 아이보와 같은 애완용 그리고 미우주항공국이 개발한 패스파인더와 같은 우주탐사용에 이르기까지 부분적으로는 이미 우 - 373 -
리 주변에서 활발하게 사용되고 있는 기술입니다. 미래에는 지능로봇이 외로 운 노인들의 친구가 되기도 하며 나노기술과 결합된 극소형의 로봇이 혈관 속에 들어가 치료도 하게 될 것이라고 합니다. 또한 연료기술의 발전과 함께 식사하는 로봇도 개발될 것이며 인간과 거의 동일한 지능을 보유한 로봇이 등장할 지도 모릅니다. 이와 같은 지능로봇기술의 빠른 발전은 지금은 상상 조차 하기 어려운 새로운 로봇기술의 등장을 예측하게 하기도 합니다. 아마 도 로봇기술에 대한 발전전략을 수립하고자 이곳에 모이신 전문가 여러분들 조차 전혀 새로운 형태의 또는 전혀 새로운 개념의 지능로봇이 지금은 자라 고 있는 어린 꿈나무들의 머릿속에 있을 수도 있습니다. 잘 아시는 바와 같 이 지능로봇기술은 정보기술, 나노기술들과 같은 다양한 미래기술들이 결합 된 고부가가치의 첨단기술이자 미래의 인간생활의 한 면을 담당할 핵심기술 로서 그 중요성이 인정되고 있습니다. 미래 지능로봇의 다양한 응용성을 감 안할 때 로봇기술의 발전을 위한 국가적인 전략의 수립은 그 의미가 매우 크다고 할 수 있습니다. 오늘의 공청회를 통하여 참석하신 여러분들의 다양 한 의견들이 진지하게 토론되면서 훌륭한 계획으로 집약되어 국가미래기술 발전에 크게 기여되기를 진심으로 바랍니다. 끝으로 본 기획작업에 참여해 주신 전문가 여러분들과 오늘 직접 토론에 참여하시어 귀중한 고견을 주실 고명하신 전문가 여러분들께 진심으로 감사를 드립니다. 감사합니다. (박 수) 임용택 위원 : 다음은 과학기술부 장관으 로 계시는 김영환 장관님께 서 축 사를 해주시겠습니다. (박 수) 김영환 장관 : 여러분 대단히 반갑습니다. 최수현 한국과학기술기획평 가원 원장님 그리고 한양대학교 총장님이신 김종량 총장님 그리고 STEPI의 강광 남 원장님 그리고 한국생산기술연구원의 주덕영 원장님 그리고 이 자리에 참석하신 토론자 여러분 또 임관 회장님! 참으 로 반갑고 뜻깊은 자리에서 축사를 하게 된 것을 매우 기쁘게 생각합니다. 인공로봇기술 발전기본계획 안을 마련하기 위한 기획위원님 여러분들의 많은 노력에 치하를 드리고 격 려의 말씀을 드리고자 합니다. 무엇보다도 오늘 제가 이 자리에 여러 가지 일정 때문에 오기가 어려운 사정이었습니다만 꼭 가야 되겠다고 생각하게 - 374 -
된 것은 역시 우리 사회에서 발생하고 있는 역시 신기술 편향과 관련해서 몇 말씀 드려두고자 하는 생각이 있었기 때문입니다. 우리는 다음세대의 성 장엔진으로 또 다음 세대를 이끌어 갈 기술로 신 기술을 확정하고 있습니다. IT BT NT ET 등 새로운 신기술의 시대가 열리고 있고 이 신기술을 우리가 등한해서는 다음 세대, 다음세기를 열어가기가 어 렵 지 않 나 하 는 생 각을 기본적으로 갖고 있습니다. 그러나 이러한 신기술조차도 우리는 우리 가 갖고 있는 전통기술 근대화 과정에서 우리가 획득한 산업사회의 기술력 과 결합하는 것이 가장 안전하고 가장 효과적인 그런 방법이 아닌가 하는 그런 생각을 갖고 있습니다. 정부가 산업기술 강조하면 기초과학육성이 소 홀해지고 또 신기술을 강조하면 전통산업기술을 소홀히 하 는 그 런 병 패 가 그 동안 있어 왔다고 생각합니다. 그런 면에서 우리는 확고부동하게 전통기 술과 신 기술을 결합하는 쪽에 초점을 맞춰야 한다고 생각합니다. 지금 세계 경제가 어려운 가운데에도 그나마 우리 한국경제가 플러스 성장을 할 수 있 게 된 것은 여러분 다 잘 알다시피 조선과 자동차를 중심으로 한 전통산업 이 얼마나 효자노릇을 하고 있는가를 우리가 지금 묵도하고 있습니다. 따라 서 앞 으 로의 신기술의 발전전략은 전통기술로부터 신 기술로의 바텀업 이런 방향이 옳다고 저는 확신합니다. 그런 면에서 우리가 기계기술, 전자기술을 포함하는 이런 기초산업기술을 포기하거나 또는 그것을 소홀히 해서는 신기 술마저도 우리가 달성하기가 어렵다고 생각하고 바로 그것이 우리가 다른 나라에 비해서 산업사회기술을 갖고 있다는 것, 광범위하게 갖고 있다는 것, 그런 인프라를 갖고 있다는 것, 그런 기능인력을 갖고 있다는 것 또 그런 부분기술을 갖고 있다는 것 이것이 바로 우리가 신기술에서 앞서 갈 수 있 는 그 러 한 요소가 아닌 가 이렇게 생각합니다. 따라서 우리가 신기술을 강 조 하는 것이 전통산업과의 그러한 연계 또는 퓨전 또는 컨버전스 이런 것들을 무시하는 방향으로 가서는 산업경제의 공동화 내지는 취약 이런 것으로 나 타날 수밖에 없지 않은가 이렇게 생각을 하고 있습니다. 그런 면에서 오늘 로봇지능, 지능로봇에 대한 기본계획을 설정하는 것은 참으로 의미 있는 그 런 계획이라고 생각하고 그러한 기술이 아닌가 하는 그런 생각을 갖습니다. I T기술과 또 나노기술과 이런 새로운 신기술을 기존 에 로봇 또 는 기계공학 적인 전자공학적인 바탕 위에 점맥시키는 이런 노력이야말로 우리 국가가 나아가야 될 그런 방향 가운데 하나가 아닌가 하는 그런 생각을 갖습니다. 언젠가 KBS에서 로봇에 관한 프로를 방영하는 것을 아주 유심히 또 흥미 롭게 지켜본 적이 있습니다만 공장자동화를 위해 서도 로봇이 많 은 역 할 을 해왔고 또 더 많은 개선과 노력을 해서 생산성을 높이는 그런 노력도 필요 - 375 -
하리라고 생각합니다. 또 의료부분에서 또 안전성이 필요한 여러 가지 원자 력 발전소를 포함한 이 런 데서 사람이 하기 어려운 일들을 해나가는 문제 또 애 완 로봇을 만들어서 그것이 인간의 정서에도 영향을 주는 한마디로 로봇과 인간이 함께 사는 세대가 열리지 않는가 시대가 열리지 않는가 이런 생각을 갖고 있었습니다만 역시 우리는 이러한 시대의 흐름에 대응하기 위해서라도 로봇기술에 있어서 우리가 꼭 가져가야 될 그런 기술을 뺄셈의 법칙에 입각 해 서 모 든 로봇기술을 다할 수 있는 것은 아니라고 생각합니다. 우리에게 설정된 작은 재원을 가지고 인력을 가지고 우리가 할 수 있는 인공지능로봇 기술이 어디 있는가를 잘 우리가 분별해서 하지 말아야 될 기술들은 들어가 지 말고 해야 될 기술은 정확하게 우리가 확보해서 선택과 집중을 해 나가 는 이러한 뺄셈의 원칙을 적용해야 될 것이 아닌가 하는 그런 생각을 갖고 있다는 말씀을 여러분에게 드리겠습니다. 바로 전통기술과 신기술의 결합, 전통기술과 신기술의 결합의 모델과 계획을 만드는데 여러분들이 하나의 지 표를 만들어 주시고 그런 지침을 만들어 주실 것을 간곡히 부탁드려 마지않 습니다. 우리는 어쨌든 기초과학과 산업기술과 신기술 이것을 포트폴리오로 또 지금 우리가 신기술이 중요하게 요구되는 상황속에서는 신기술에 보다 더 관심과 노력을 집중하되 기존에 우리가 갖고 있었던 전통기술과 신기술 을 점맥시켜서 따라오는 중국의 추월을 막고 새로운 선진국으로 돌입하기 위해서 선진국과의 격차를 줄이는 그러한 노력과 전략이 필요한 것이 아닌 가 이렇게 생각합니다. 대학의 기계공학과나 전자공학과가 한때 각광을 받 고 전공하시는 분들이 굉장히 사기가 높았던 적이 있습니다만 최근에 와서 그런 것들이 상당히 어려움을 겪고 있다는 말씀을 듣고 있습니다. 그러나 기계공학과 전자공학이 없이 어떻게 신기술의 발전이 그냥 있을 수 있겠습 니까? 최근에 MIT나 이런 서구의 유수한 대학의 연구자들을 만나본 결과 기계공학 전자공학일은 학문간의 벽을 넘어서 새 로운 신 기술을 도입하고 학 제간의 연구를 진행하고 그리고 대단히 유연한 인력에 있어서도 유연하고 기술의 장벽에 있어서도 유연한 그런 자세를 갖고 있기 때문에 우리도 이런 시대에 작은 차별을 자꾸 강조하거나 간격을 넓히는 그런 노력보다는 함께 이런 것들을 유연하게 종합적으로 대처해 나가는 노력도 필요하지 않나 이 렇게 생각합니다. 오늘 여러분께서 모여서 하는 이 노력이 바로 국가가 나 아가야 될 방향과 합체하고 있다고 생각하고 그런 면에서 좋은 모델과 좋은 계획을 세워 주실 것을 간곡히 부탁드려 마지않습니다. 감사합니다. (박 수) - 376 -
임용택 위원 : 다음에는 경과보고를 드리겠습니다. 경과보고는 저희가 국가 지능로봇기술을 기본계획에 포함시키기 위해 서 올 해 7 월 31일 과 학 기술부기 계전자과로부터 저희 한국과학기술기획평가원에 저 희 가 기획사업으로 과제 를 협약을 하게 됐습니다. 그래서 저희 과제책임자는 제가 맡기로 하고 그 다음에 삼성종합기술원 전무로 계신 이석한 박 사 님께 서 그 전체 의 기획위원 장으로서 기획사업을 추진하시게 되었습니다. 2001년 8 월 20일 저 희 가 기획 전문가 집단을 구성했는데 이 기획전문가 집단은 아까 장관님께 서 말씀하셨 던 것 과 마찬가지로 전통기술과 신기술을 어떻게 하면 잘 접목시키겠느냐 하는데 초점을 가져서 저희가 이 기획사업을 아마도 국가기획사 업 중 에 서는 지금까지 탑다운 방식에서 바텀업 방식을 저희가 채택을 해서 오늘 아마 나 눠드린 자료에 간제에 보시면 저희가 140명에 이르는 전문가 집 단 을 저 희 들 이 발굴하게 되었고 전문가 집단들의 의견을 수렴하기 위해서 산학연 전문 가 40인을 기획위원으로 모시게 되었습니다. 2001년 8 월에 서부터 지금까 지 기획전문가 회의는 전체회의를 40명에 이르는 기획위원님들 을 모 시고 다 섯 번 에 걸 쳐서 정책기획회의를 지금까지 가졌고 소그 룹 회의 는 각 기획위원님 들이 소그룹장을 중심으로 해서 30여회에 이르는 소그룹회의를 저희가 갖게 되었고 그 다음에 본 기획사업에서는 홈페이지를 저희들이 초창기부터 개설 을 하 여서 국내에 있는 모든 전문가 집단으로부터의 의견수렴을 하였습니 다. 그리고 그와 같은 작업을 통해서 저희들이 기본계획안을 마련하게 되었 고 오늘 여러 다른 분들의 의견을 수렴하기 위해서 공청회를 개최하기에 이 르렀습니다. 이상으로 간략하게나마 본 기획작업에 대한 경과보고를 마치겠 습니다. 감사합니다. (박 수) 임용택 위원 : 그러면 이어서 저희들이 장관님께 서 아 마 다 음 다 른 스 케 쥴 이 있으신 것 같습니다. 그래서 바로 또 나가셔야 되기 때문에 간단히 브레 이크를 갖고 그 다음에 저희들이 장소를 정비한 후에 이석한 위원장님의 주 제발표를 듣고 그 다음에 패널분들하고 저희들이 디스커션을 갖도록 하겠습 니다. 죄송합니다. (자리정돈) 임용택 위원 : 곧 이어서 이석한 위원장님의 주 제 발표 를 할 까 합니다. 밖에 - 377 -
계신 참석자여러분께서는 안으로 들어와 주시면 감사하겠구요. 그 다음에 패널리스트로 참여하여 주신 위원님들께서는 앞 단상에 마련되어 있는 좌석 에 앉아 주시면 감사하겠습니다. 그리고 저희가 공청회 진행에 관련해서 간 단한 안내말씀을 드리겠습니다. 저희들이 아마 오늘 공청회안 자료 에 보 시 면 질 문서가 안에 끼워져 있을 것입니다. 질문을 하실 때에는 질문서를 작 성해서 질문을 해주시고 그 질문서를 저희 진행요원에게 전해주시면 감사하 겠습니다. 그것을 저희들이 전해 받아서 그 기획에 참여하셨던 기획위원님 들 의 중 지를 모아서 이석한 위원장님께서 대 표 로 답 변 을 해드릴 예정입니 다. 그리고 이석한 위원장님의 주제발표가 끝 난 이후에는 모든 패널의 운영 을 맡아주실 분은 박종오 박사님께서 좌장을 맡으셔 가지고 패널의 운영을 맡아주시고 그 다음에 패널토의가 끝난 후에도 밑에 그 다음에도 계속적으 로 방청석에 참여해 주신 여러분들의 의견을 질문사항이라든지 의견내용, 개진내용들을 정리를 해서 박종오 박사님께서 진행을 맡아주실 예정입니다. 그러면 저희가 바로 주제발표에 들어가겠습니다. 본 기획작업에 있어서 기 획위원장 역할을 맡아주신 이석한 전무님을 간단하게 소개해 드리겠습니다. 이석한 박사님께서는 현재 삼성종합기술원 칩 리 서치 오 피 서로 계시고 19 83 부터 97년까지는 미국 캘리포니아주의 USC대학의 교수로서 계셨 고 잭 크 로 펄전랩 나사의 잭 크로펄전랩 책임연구원을 겸직하셨습니다. 그리고 이 박 사님께서는 현재 아이트리플리의 팰로우로 계십니다. 이석한 위원장님을 소 개해 드리겠습니다. 이 석한 위원장 : 감사합니다. 오늘 우리나라의 과학기술정책 및 연구를 주 도하시는 여러 귀빈들을 모시고 이렇게 공청회를 갖 게 된 것 이 상당히 뜻깊 은 일이라고 생각을 합니다. 오늘 제가 발표드릴 내용은 그 동안 국가지능 로봇기술 발전기획위원회에서 중지를 모아서 만 든 기본계획안을 여러분들에 게 발표를 드리겠습니다. 먼저 제가 발표를 드리기 전에 여러분과 뜻을 같 이 하기 위해서 먼저 비디오를 한 5분 30초 동안 시청을 하 시겠습니다. (비디오 시청) 이 석한 위원장 : 제가 오늘 발표드릴 내용은 첫째, 지능로봇기술의 개 념 및 특징을 말씀드리고 그 다음에 왜 지능로봇기술사 업 을 이 시점 에 서 우 리 가 해야 되느냐 하는 필요성과 시급성을 말씀드린 다음에 사업의 내용을 말씀 드리고 그 추진전략을 얘기해 보겠습니다. 개념 및 특징을 말씀드리겠습니 - 378 -
다. 여러분들이 비디오를 통해서도 이미 알고 계시겠지만 지능로봇이라고 하는 것은 환경을 인지하여 정보를 획득하는 기능하고 인간, 환경과 상호작 용을 하면서 지능적인 판단과 행위를 통해서 인간을 지원하는 기계, 전자, 정보, 생체 공학의 복합체다 이렇게 말씀을 드릴 수 있겠습니다. 짧게 말씀 드리면 지능로봇은 센서와 구동기가 지능기능을 통 해 서 연결된 시스템이다 이렇게 광위로 해석할 수 있겠습니다. 지능로봇기술의 특징은 첫째로 지능 로봇기술이 융합형 기술혁명을 추구하는 기술이라는 것입니다. 이것이 다른 기술하고는 차이가 나는 점인데 다시 말씀드리면 인공지능, 뇌 공학, 신 소재, 생체공학, 정보, MEMS 등 첨단기술하고 기계, 전기, 전자, 제어, 컴퓨터 등 전통기술이 바탕이 되어 융합이 되면서 새로운 기술이 창출되는 그러한 기 술을 의미합니다. 두 번째 특징은 이러한 지능로봇기술을 통 해 서 나오는 결 과들이 아주 다양한 형태를 띄고 있다는 것입니다. 예를 들자면 생산시설에 서 우리 생산을 지원하는 말하자면 조립을 한다든가 페인팅을 한다든가 웰 딩을 하는 그런 로봇으로부터 병원에서 의사를 도와서 째지 않고 구멍을 뚫 어 서 수술하는 수술로봇이라든가 또는 우리 집안에서 청소를 하는 청소로 봇, 아마 화면에 보시면 여러분들이 청소로봇이 작 용하 는 것 을 볼 수가 있 습니다. 그 다음에는 우리 개인적인 지원 서비스를 해주면서 우리를 즐겁게 해주는 휴머노이드, 도우미로봇이라던가 또는 오락용 로봇 이런 것들이 있 을 수 있습니다. 또 좀더 나아가서 형태가 조금 다르지만 요즘 아프간 전쟁 이나 예전의 걸프전에서 무인정찰기 로봇의 활동을 여러분들은 보았을 것입 니다. 그 다음에 우리가 자동적으로 충돌을 방지한다거나 또는 차선 이탈을 자동적으로 방지해 주는 지능형 자동차 이런 것도 로봇의 한 형태가 될 수 있고 그 다음에 더 나아가서 우리 환경 우리가 살고 있는 환경과 안전을 자 동적으로 감지하고 그것을 통해서 우리의 생활을 편리하게 해 주는 지능형 주택, 지능형 빌딩 이러한 것도 하나의 무형로봇으로서 우리가 생각할 수가 있습니다. 또한 크기도 다양해서 아주 큰 로봇도 있고 그 다음에 아주 마이 크로 나노 세계의 작은 초소형 로봇도 있을 수 있습니다. 한가지 제 안이 들 어 왔는데요. 패널리스트들이 사실은 발표하는 내용이라든가 비디오시청을 못하시기 때문에 불편하시면 앞에 나와서 앉으셔서 다 시청을 하 신 후 에 패 널 디스커션이 있을 때 다시 돌아가셔도 좋을 것 같습니다. (패널자리이동) 이 석한 위원장 : 패널리스트를 위해서 다시 시작을 했으면 좋겠습니다만 - 379 -
다 시 돌 아가지는 않고 지금부터 그냥 계속하겠습니다. 다음에는 이제 왜 그 러면 우리가 지금 정부의 주도하에 이러한 사업을 해야 되고 왜 이것이 꼭 필 요한가 하는 것을 제가 말씀을 드리겠습니다. 첫 번째는 지능로봇기술을 통해서 우리가 차세대 국가 주력 산업을 창출할 수 있다는 것입니다. 여러 분도 아시다시피 산업이라는 것은 사이클이 있습니다. 현재 우리가 반도체, 자동차, 철강산업으로 우리 경제를 지탱하고 있습니다만 10년, 15년 후를 대 비하지 않으면 안됩니다. 저희가 지능로봇기술을 가지고 이 러 한 차세대 국 가 주력 산업을 창출할 수 있다고 감히 말씀을 드리는 이유는 이 지능로봇 기술이 IT와 결합해서 정보 지능화 사회라 는 고 부가가치 를 창 출 한다 는 것 입니다. 말씀드리자면 이것이 전 후방 전통산업에 대한 막대한 파급효과가 있다 이렇게 말씀드릴 수 있습니다. 그래서 그것을 조금 더 자세히 말씀드 리면 현재 우리는 정보화사회에서 정보지능화사 회로 발전하 는 세 계적 인 대 흐름에 있습니다. 인터넷과 무선을 중심으로 한 정보망의 단말에 지능형 가 전이라든가 지능형 주택이라든가 빌딩 또는 지능형 의료시스템, 지능형 자 동차교통시스템 또는 지능형 생산시스템 이런 것들이 붙어서 또는 서비스로 봇이라든가 이런 것들이 붙어서 정보지능화사 회를 만들어 가고 있습니다. 이러한 정보망과 지능시스템이 결합된 이러한 구조가 바로 제3의 산업혁명 을 완성시키는 때라고 저는 생각합니다. 이 지능정보 정보지능화 사 회의 시 장의 크기는 현재 정보의 시장의 크기보다 다섯배나 된다는 아이트리프리의 보고가 있습니다. 그래서 이것을 통해서 현재 우리가 갖고 있는 전통산업의 막대한 파급효과를 가질 수 있는데 예를 들자면 IT, 전자/기계 부품, 소프트 웨어, 가전이라든가 또는 건설, 교통, 의료, 서비스, 교육 등의 막대한 효과 가 있고 이것을 통해서 우리가 주력산업을 창출할 수 있습니다. 두 번째는 금년 7월 일본의 미래공학연구소에서 1가정 1로봇 시대 가 10년 또 는 15년 이후에 도래한다 이렇게 발표했습니다. 그래서 이러한 두 가지의 요소를 갖 고 보 면 2010년에 현 반도체 규모의 180조원의 신시장이 창출될 것이라는 보고가 일본 산업기술 종합연구소의 보고서에 나와 있습니다. 사실 우리가 개 인 서비스 로봇을 예를 들자면 현재 우리는 1가정 1PC의 시대에 살고 있 습니다. 그런데 10년 후면 현재 생산성의 증가로 보면 개인소득이 1.6배 내 지 2배 정도로 증가하기 때문에 우리가 2천불 또는 2천 5백불의 소비를 하 고 돈 을 들여서 1가정 1로봇 어떤 형태의 로봇이든 간에 이것을 장만할 수 있는 시대가 온다는 것입니다. 그러면 현재 PC의 시장이 25조니까 한 50조 의 시장을 창출할 수 있다 이렇게 볼 수 있겠습니다. 또 우리가 로봇탑제 장비라든가 생산용에 한 50조. 지능형 주택, 빌딩, 교통에 한 50조. 의료, 건 - 380 -
강, 재활에 30조 해서 180조의 시장이 창출되고 이건 현재의 총 반도체 시 장하고 맞먹는 규모의 시장이라고 되겠습니다. 두 번째 왜 이것이 필요하냐 하 면 지능로봇기술이라는 것은 국가전략의 핵심적 역할을 하는 기술이라는 것입니다. 예를 들자면 우리가 현재 노령화 노동인구의 감소로 인한 사회문 제가 앞으로 대두될텐데 이것이 지능로봇기술을 통 해 서 해결할 수 있다는 것입니다. 지금 여기 표에 보시는 것은 65세 이상과 15세 이하의 인구비를 나타낸 노령화지수입니다. 이 노령화지수가 19 90년 대 이후에 꾸준히 증가하 는 것을 알 수 있습니다. 이것은 뭘 얘기하냐면 결국은 노령화에 따른 노인 들의 사회복지문제하고 노동인구감소에 따른 생산성의 문제 이 두 가지가 사회문제로 대두된다는 것이며 이것을 해결해야 된다는 것입니다. 그래서 지능로봇기술이 지능형 휠체어라든가 간병로봇 이런 것을 통해서 이러한 노 인복지에 대한 인프라를 제공할 수 있고 또는 자동화를 통해서 노동인구감 소에 따른 생산성 감소를 우리가 해결할 수 있습니다. 그 다음에 두 번째로 는 아마 비디오에서도 여러분들이 보셨겠지만 국가안보, 우주, 농업생산성 등 우 리 가 기본으로 가져가야 될 전략분야에 대 한 핵 심 기술을 제 공한다 는 것입니다. 예를 들어서 사회안전 및 국방에 있 어 서는 무인정찰기 얘기를 했 습니다만 미국 국방성이 지금 계획하고 있는 것은 미래형전투입니다. 이 미 래형전투에는 사실은 사람의 목숨이 가장 많이 위험한 시가전 같 은 데 는 전 부 로봇이 들어가게 되어 있어요. 아마 비디오를 보시면 일부를 여러분들이 보실 수 있는데 그 다음에 우리가 인명구조라든가 또는 보안에 대한 로봇의 요구가 많이 증가되고 있습니다. 다음은 농업생산성 얘기인데 사실은 농업 인구가 점점 감소하면서 농업생산성에 문제가 있습니다. 그러나 농업은 국 가전략상 어떤 기본을 가져가야만 됩니다. 그러기 위해서는 우리가 지능로 봇기술을 이용한 농업용 로봇이 인프라에 깔려야 되겠습니다. 그 다음에 우 리가 우주에 관심이 있는데 우주선 탑재로봇이 그 기능을 해 줄 수가 있 습 니 다. 세 번째 필요성을 말씀드리자면 현재 우리나라는 IT BT NT CT S T E T 등 신기술 기본계획을 세워놓고 여기에 막대한 국가적 투자를 하 고 있지만 이 막대한 국가적 투자가 산업화로 연결되기 위해서는 시스템기 술하고 생산기술이 결합이 되어야 된다는 것입니다. 그리고 이 지능로봇기 술이 그것을 제공해줄 수 있습니다. 예를 들어 IT는 기능로봇기술을 가지고 인텔리전트홈으로 발전한다든가 BT는 개인진단 및 치료를 위한 어떤 장비 로 간다든가 NT는 인공 눈, 귀 이런 것을 만들 수 있다든가 ST는 우주선 탑재로봇이라든가 ET는 환경제어, 지능환경제어 시스템이라든가 CT는 로 봇을 이용한 관광, 오락 등 이런 것들이 고부가가치 로 탄생할 수 있다는 것 - 381 -
입니다. 특히 BT의 경우에는 고수율 자동화시스템, 하이스리프 자동화시스 템이 필수적이고 NT는 경쟁력을 위한 로봇탑재장비라든가 생산라인에서의 지원이 절실하게 앞으로 필요할 것입니다. 마지막으로의 필요성은 지능로봇 기술이 차세대 첨단기술이라는 것입니다. 인간 기계 환경의 상호작용과 인 지, 추 론, 학습을 통한 지능적 판단 및 행위를 가능케 하 는 지능로봇기술은 인류가 풀어야 될 마지막 숙제가 아닌가 이렇게 생각합니다. 예를 들어 노 벨 상 을 수상한 10명의 노벨 수상자에게 인터뷰를 한 결과 10명중 8 명이 지 능의 신비를 밝히는 연구는 향후 노벨상의 주류가 될 것이다라고 답변을 한 바가 있습니다. 그러면 왜 정부가 이 시점에서 이러한 사업을 추진해야 되 는가에 대한 얘기를 한번 해보겠습니다. 여러분도 아시다시피 전략로봇기술 은 이것은 국가가 해야 되는 사업입니다. 예를 들자면 국가안전에 대 한 것 이라든가 우주에 대한 것이라든가 농업생산성에 대한 것은 그 예가 되겠습 니다. 두 번째는 이 지능로봇기술이 아직 기술성숙도라든가 시장상황이 아 직은 기업이 주된 투자를 하기에는 성숙도가 아직은 불투명하기 때문에 정 부가 이것을 리드해서 기업으로 하여금 여기에 참여토록 유도할 시점에와 있다는 것입니다. 세 번째는 현재 IT산업의 연장으로 로봇 벤처기업이 태동 을 하고 있고 이것을 위한 기술공급, 인프라 제공 등 벤처 육성이 필요하다 는 것입니다. 네 번째는 지금 로봇기술이 다 양 한 첨 단 기술의 융합으로 이루 어졌기 때문에 이러한 정부주도의 산학연 연계를 촉진해서 이러한 융합기술 을 발전시킬 필요가 있다는 것입니다. 그러면 왜 지금 우리가 도전해야 하 는가 그 이유는 첫째는 현재가 최적의 정부진입기라는 것입니다. 그 이유를 제가 두 가지를 들고 있는데 첫째는 80년대 로봇기술이 나왔습니다만 생산 로봇 이후에 큰 발전이 없었습니다. 그러나 80년대, 90년대를 통해서 기반기 술 반도체라든가 바이오 테크놀러지라든가 MEMS라든가 하는 기본기술이 많 이 발전함에 따라서 그 기술이 도약적으로 발전할 수 있 는 병 국점 에 지금 우리가 와 있다는 것입니다. 그 다음에 두 번째는 2010년 이후의 고수익의 시장기회가 창출될 것인데 사실 지적재산권 및 표준화를 준비하는 기간이 10년 내 지 15년 걸리기 때문에 지금 정부가 들 어 가서 그 러 한 고 수익 시장기 획을 미리 준비하면서 기업진입기를 기다리는 것이 적절한 시기라는 것입니 다. 그 다음에 두 번째 이유는 NT BT에 대하여 선진국과 기술격차가 작 고 국내 많은 우수인력이 결집되어 있어 연구개발의 구심점을 형성하면 조 기에 세계적 리더로 성장할 수 있다는 것입니다. 그 다음에 세 번째 필요성 은 우리가 예상되는 위협 요소가 있습니다. 첫째는 지금 현재 우리는 선진 국으로부터의 어떤 지적재산권에 의한 압력하고 중국 및 동남아 등 개도국 - 382 -
의 추격에 의한 생산기지의 공동화에 대한 위협이 있습니다. 이것을 여러분 들 즐겁게 해주기 위해서 만화로 표현했는데 사실 개도국의 생산력 생산기 술향상에 따른 생산기지화에 따른 압력 그 다음에 선진국의 지적재산권에 의한 압력이 있는데 우리는 이 지적재산권과 생산기술을 결 합 한 산업구조로 가지 않으면 우리나라가 앞으로 위험해질 수 있다하는 그런 의미에서 제가 이 그림을 드렸습니다. 그리고 이러한 두 개의 산업구조를 같이 가져가기 위한 어 떤 필수기술이 지능로봇기술이 아니냐 말씀을 드리는 것입니다. 그 다음에 아까 장관님도 잠깐 말씀을 하셨습니다만 NT BT 등 신기술 추진 에 의한 기계 시스템 제어 분야의 상대적 소외를 해결하고 이 분야의 많은 우수인력을 결집하여 새로운 방향을 제공을 해야 되겠습니다. 다음은 국내 외 연구개발 동향을 말씀을 드리겠습니다. 미국은 IT와 결합되는 지능시스 템을 중심으로 지능로봇 및 지능생산 시스템의 발전에 주력을 하고 있습니 다. 예를 들자면 나사에서는 우주탐사로봇이 예전부터 상당히 활발하게 진 행이 되고 있고 그 다음에 국방성 산하의 DARPA에서는 새로운 미래의 전 투역량을 기르기 위한 여러 가지 종류의 로봇화된 전투 시스템이 개발되고 있고 그 다음에 NSF에서는 로봇센서라든가 인공피부 등 이런 것을 통해서 일렉트로닉스라든가 정부하고 연결을 하려고 하고 있습니다. 그 다음에 산 공부 산하의 니스트에서는 인텔리전트 매니 팩토링 시스템, 지능생산시스템 이라든가 인텔리전트시스템 지능시스템에 대한 이니셔티브를 가지고 나가고 있고 아시다시피 NIH에서는 뇌공학을 통한 지능의 연구에 집중하고 있습니 다. 일본은 그 동안 인간형 로봇 국가 연구 사업을 거쳐 최근 IT와 결합되 는 이동형 개인로봇에 중점을 두고 있습니다. 특히 일본은 앞으로의 산업구 조 를 로봇이 맞춤 로봇시대가 온다고 가정하고 대기업을 중심으로 한 로봇 부품 산업하고 그 다음에 중소기업을 중심으로 한 맞춤로봇의 조립산업하고 의 결합하는 산업구조로 가겠다 하는 것이 일본의 방향인 것 같습니다. 여 러분도 아시다시피 휴머노이드 프로젝트가 있었고 그 다음에 소니에서는 여 러 형태의 오락용 로봇이 개발되고 그 다음에 경제산업성에서는 21세기 로 봇 챌 린 지 계획을 발표해서 일본이 세계에서 로봇 선두주자를 유지하기 위 한 중장기 플랜을 지금 하고 있습니다. 우리가 한가지 미 국이 나 일본, 유 럽 등 선 진 국에서는 향후 10대 기술을 매년 선 정 을 합니다. 그런데 이 로봇기 술이 그 동안 매년 10대 기술의 하나로 들어 왔는데 최근 MIT에서 선정된 10대 미 래기술을 보면 로봇디자인이라든가 뇌기계간 인터페이스라든가 자연 어 처리라든가 이러한 지능로봇기술이 10개 중 에 서 3개를 차지하고 있습니 다. 한국의 현황은 아까도 말씀드렸습니다만 80년대 로봇기술 또 는 제 어 기 - 383 -
술의 중요성에 의해서 많은 우수한 인력이 기계, 전자, 전기 등을 통해서 이 지능로봇기술과 연관된 그러한 교육을 많이 받 고 연구를 많이 해왔습니다. 그렇지만 아직은 체계적인 연구기반이 취약하다라고 말할 수 있습니다. 예 를 들 어 지금 정부의 10여 개의 부처가 한 250개 과제를 순수로봇 쪽 으 로 두고 있습니다만 그게 150억 정도 됩니다. 휴먼인터페이스 이런 것 다 빼고. 그러기 때문에 이게 분산되어 있고 체계적인 연구가 이루어지지 않고 있습 니다. 그래서 그것을 종합적, 체계적 연구개발체제로 우리가 전환을 한다 면 우리가 세계적으로 빨리 주도권을 잡을 수 있는 계기가 되 지 않 을까 생 각 합 니 다. 특 히 요즘 IT 와 연계한 오락용, 교육용, 가정 용 저 가로봇의 벤 처 가 태 동하고 있고 이것에 대한 서포트도 우리가 필요합니다. 다음은 저희가 그 동안 생각해온 사업내용에 대해서 말씀을 드리겠습니다. 저희 사업내용은 크 게 세 가지로 구분되어 있습니다. 인프라 구축하는 부분하고 그 다음에 원천기술을 개발하는 부분하고 응용실용화기술을 개 발하 는 부분 으 로 되 어 있습니다. 그래서 원천기술개발은 그 목표를 지적재산권 표준화를 국제 경 쟁력에서 세계 3위 이내로 가져가겠다. 그 다음에 IT BT NT ST E T C T 와 의 융합을 통해서 이러한 기본기술들 이 성 공할 수 있 도 록 하겠다 하는 것하고 미래지능로봇의 독자개발능력을 확보할 수 있겠다 하는 것이 저희 목표고 그 다음에 응용실용화 기술은 전통산업의 고부가가치 화를 하 고 신 시장 창출을 해서 세계시장 점유율을 10%에서 20%까지 끌어올리겠다 하 는 것이고 그 다음에 국가전략로봇을 개발하겠다 하는 그런 것입니다. 그리 고 결국은 인간과 로봇이 공존하는 복지사회를 구현하는 것이 목표로 되어 있습니다. 그리고 인프라에는 우리가 아까도 말씀드린 바와 같이 로봇연구 가 분산되어 있고 집중이 안되어 있기 때문에 이러한 우수연구인력을 집중 하기 위해서 전문연구소를 설립해서 연구역량을 결집할 필요가 있지 않느냐 하는 것하고 그 다음에 로봇기술을 육성하기 위한 법제도를 만들어야 하겠 다 이 법제도하에서 로봇연구가 어떤 길을 따라서 연구할 수 있도록 해줘야 되겠다. 그 다음에 인력양성을 해야 되겠고 그 다음에 이 로봇을 통 해 서 국 민과학기술 이해증진을 도모해야 하겠다. 예를 들자면 미국의 나사가 막대 한 양 의 자금을 써서 스페이스 프로그램을 하고 있는데 그것의 정당성의 하 나가 뭐냐면 이러한 스페이스 탐험을 통해서 미국 국민 특히 미국의 젊은 세대들이 과학의 마인드를 심는다는 것입니다. 미래에 대한 비전을 가지고 과학의 마인드를 갖게 된다. 그래서 우리는 사실은 로봇 기술을 통 해 서 우 리 청소년들의 과학의 마인드라든가 미래에 대한 비전을 심어줄 수 있지 않 느냐 일본은 이 부분이 상당히 강하게 활동을 하고 있습니다. 사업내용은 - 384 -
두 개로 기술사업내용과 인프라사업이 있는데 기술사업은 아까 장관님도 선 택 과 집 중 얘기를 했지만 공통핵심기술은 네 가지, 요소부품 기술은 두 가지 로 지금 선택과 집중을 했습니다. 그래서 공통핵심기술은 지능기술, 감 지기 술. 휴먼인터페이스기술, 기구/제어기술 등을 해서 이러한 기술들을 우리가 발전시키는 것으로 하고 요소부품기술은 트랜스듀서하고 시스템기술해서 센 서, 구동기라든가 실시간시스템 등을 연구하는 것으로 되어 있습니다. 그 다 음 에 응 용실용화기술은 생산지원기술, 인간지원기술, 국가전략 기술 이렇게 해 서 생 산지능기술은 자동화, 주문형 제작 같 은 그 러 한 미래생산시스템에 대 한 지원을 하고 인간지원은 의료, 복지, 개 인 용, 오 락 용, 지능형 홈빌딩 등 IT하고 연계되는 그러한 부분을 하고 국가전략은 국방이라든가 농업 등에 전략적인 로봇을 개발하는 그러한 부분으로 정리를 했습니다. 다음에 인프 라에 대한 얘기를 했습니다만 연구인프라는 전문연구소 또 연구단지 로봇타 운을 우리가 생각을 했는데 로봇타운은 로봇이 인간과 공존하면서 자유롭게 활동하는 어떤 도시 또는 단지를 구성하는 것입니다. 여기서 로봇에 대 한 어떤 실험과 검증이 이루어질 수 있도록 하는 그러한 것입니다. 그 다음에 국제협력이라든가 또는 북한이 제어라든가 소프트웨어에 많은 집중을 하기 때문에 그것을 통한 남북협력체제라든가 이런 것을 구축할 수 있지 않느냐 이렇게 생각합니다. 법은 보급 및 안전에 대한 법규제정하고 그 다음에 제 도 는 표 준화라든가 다른 로봇발전을 위한 제도를 우리가 마련해 나가야 할 것입니다. 그 다음에 인력은 지능로봇기술에 대 한 전문학과를 신설해서 우 리 가 이 것을 발전시켜 나가야 되겠다 하는 것하고 국민이해증진은 제가 말 씀드렸기 때문에 생략하겠습니다. 이것은 좀 자세한 내용인데 시간관계상 생략을 하도록 하겠습니다. 그냥 보시죠. 이것은 시장 또는 제품에 대한 응 용실용화기술을 중심으로 한 로드맵이 되겠습니다. 이것은 인프라사업에 대 한 로드맵이 되겠습니다. 다음은 이러한 우리 사업이 됐을 때 파급효과가 어떤가에 대해서 말씀을 드리겠습니다. 이것은 필요성에서 많이 말씀을 드 렸기 때문에 빨리 끝내기로 하겠습니다. 첫째로 산업경제적 파급효과는 2010년 현 반도체 규모의 지능로봇 신시장을 우 리 가 창출하고 선정을 해서 이것을 차세대 국가주력으로 산업화하겠다 하는 것이고 두 번째는 전후방 전통산업의 고부가가치화를 이루겠다 하는 것하고 NT BT IT 등 신산업 형성에 있어 시스템 및 생산기술을 제공화해 서 산 업 화를 성 공을 시키겠다. 그 다음에 개도국의 추격에 의한 국내생산기지의 공동화를 방지하겠다 이것 이 파급효과고 그 다음에 기술적 파급효과는 사실 인지기술을 정복하는 국 가는 정보지능사회의 주역이 된다. 그래서 우리가 이 기술을 통 해 서 인 지기 - 385 -
술을 정복하겠다. 두 번째는 인공지능, M EM S, 센 서, 신 소재, 나노, 정보, 감 성 공학 등 첨단기술을 촉진하고 그 다음에 아까도 말씀드렸습니다만 기계, 전기, 전자, 제어, 컴퓨터 등 전통기술의 새 방향을 제공하겠다. 그 다음에 궁극적으로 인간과 로봇이 공존하는 사회건설을 위한 지능로봇기술이 거 기 에 필 수기술이 된다하는 것입니다. 사회 문화적 파급 효과는 이미 노령화 및 노동인구 감소 등의 사회적 문제의 해결이 된다는 말씀을 드렸고 그 다 음에 궁극적으로는 인간의 수행작업의 대행과 보조를 통해서 복지가 실현되 고 지능정보화 사회를 통한 삶의 질이 향상이 된다는 것입니다. 추진전략 및 체계 이것도 간단히 말씀을 드리겠습니다. 그래서 지능로봇 기술연 구 소 전문연구소의 설립을 통해서 구심점을 이루고 지적재산권 및 표준화를 선도 하는 것하고 석 박사급 연구인력을 양성하는 것하고 법규 제정하는 것하고 로봇타운 등 단지 조성하는 것은 이미 말씀을 드렸기 때문에 빨리 진행하겠 습니다. 그 다음에 국제과학기술협력 및 남북협력을 말씀드렸고 국민이해증 진을 말씀드렸습니다. 그 다음에 체계를 저희가 생각을 해봤는데 체계는 이 것은 범 부처별 연구개발 사업추진이 되어야 합니다. 아까도 말씀드린 바와 같 이 이 지능로봇기술과 관련된 부처가 12개 의 부처 가 관련되어 있습니다. 그래서 범부처적 연구개발 사업추진이 필요하고 이것이 산학연 협동연구체 제와 결부됨으로써 10년 후의 어떤 산업을 이루기 위한 동시 연구체제가 이 루어져야 되겠다. 그래서 원천기술은 과학기술부를 중심으로 이루어지고 응 용실용화기술은 각 부처별로 이루어지는데 이러한 조정을 위해서는 산학연 관 협동연구실무위원회가 구성되어야 되겠고 이것이 국가과학기술위원회산 하 의 지능로봇기술전문위원회 가칭 여기에 보고를 해서 전체적인 모니터링 을 받고 지도를 받는 그러한 체계를 구성하려고 하고 있습니다. 그래서 범 부처별 연구개발 사업추진에 대한 것은 제가 말씀드렸기 때문에 여기서 생 략하겠습니다. 그래 부처별 응용실용화 기술추진을 보면 교육인적자원부는 육아보육로봇 또는 교육로봇을 그 부처자체에 서 R &D 로 개 발한다 기 보다도 또는 개발하거나 또는 그것을 사용하는 의미에서의 개발이라든가 그런 것이 필요하고 국방부에 대한 얘기는 많이 말씀을 드렸습니다만 그 다음에 농림 부는 농업용 로봇이라든가 각 부처마다 이러한 부처별로 필요한 이러한 로 봇기술들이 여기에 다 나열되어 있습니다. 예산은 저희가 이것은 안으로 해 서 일단 뽑아 봤습니다. 대강 정부에서 1년에 2천여억 정도를 투자하면 좋 지 않을까 저희 리스트를 해서 뽑아 봤습니다. 경과는 이미 임용택 전문위 원께서 말씀드렸기 때문에 자세한 것은 빼고 단지 저희가 말씀드리고 싶은 것 은 우 리가 응용실용화 기술을 위한 네 개 분과, 네 개 에어리어로 나눠서 - 386 -
스폰서라든가 오너라든가 분과위원장 또는 에어리어별의 스폰서를 둬서 우 리가 활동을 했습니다. 이것은 원천기술 쪽에도 같은 내용으로 우리가 했고 기획위원의 명단입니다. 사실 이 명단에 백 몇 명이 됩니다. 제가 빠지지 않 고 다 넣으려고 노력을 했습니다만 혹시 여러분의 이름이 없다고 해서 놀라 지는 마 십시오. 그래서 이것으로서 제가 오늘 지능로봇기술에 대 한 기획위 원회에서 마련한 내용을 안을 가지고 여러분에게 말씀을 드렸습니다. 감사 합니다. (박 수) 임용택 위원 : 그러시면 이제 아마 제 마이크를 우리 박사님한테 넘기구요. 패널 참석해주신 분들은 앞에 나오시고 패널토의를 시작해 주셨으면 감사하 겠습니다. (자리이동) 박 종 오 위원 : 안녕하십니까? 저는 과기부 프론티어 사업 지능형 마이크로 시스템 개발사업단을 담당하고 있는 박종오입니다. 갑자기 이 진행을 맡게 돼서 제가 걱정이 됩니다만 여러분들께서 이석한 위원장님께 서 발표하신 것 잘 듣고 계셨다가 가장 중요한 것은 활발하게 토의해서 이 지능로봇기술이 국가적으로 얼마나 필요한 것이냐에 대한 공감대 형성이 제일 중요한 것이 니까 많이 좀 활성화시켜 주시기를 부탁드리고 제가 진행을 이렇게 하고자 합니다. 지정토론이 있는데 이 지정토론은 먼저 사계 여러 분야의 권위자분 들을 다 초청하신 것 같고 그래서 이 분들을 주제별로 저희 패널리스트끼리 진행을 하고 한시간 정도하고 나서 휴식이 10분 있고 그 다음 지정토론에 대한 답변이 있는데 이것은 이렇게 하고자 합니다. 패널리스트 분들께서 지 정토론에서 이야기 나온 것을 이번에 기획을 이 석한 위원장님께 서 책 임을 지고 하셨기 때문에 지정토론에서 패널리스트께서 나온 질문이나 여러 가지 의견들을 이석한 위원님께서 답변을 해 주시고 그리고 나서 동시에 패널리 스트 분들과 이석한 전무님간의 활발한 토의를 하고 그리고 나서 이제 일반 참석자분 플로어에 계신 분들께서 예외없이 모든 분들께서 자유롭게 질의 응답을 해 주시고 그러면 여기에 계신 이석한 위원장님과 여기 패널리스트 분들께서 서로 자유스럽게 같이 토의하는 방식이 어떨가 생각을 합니다. 한 번 그렇게 진행하도록 하겠습니다. 먼저 저는 제가 저 소개는 말씀 올렸고 - 387 -
먼저 여기 왼쪽에 계신 분들 순으로부터 소개를 올리겠습니다. 맨 첫 번째 계신 분 은 이석한 위원장님은 이미 아까 소개 올 렸 을 것 으 로 알 고 있 고 이 번 과 제 기획위원장을 맡으셔서 전체를 우리나라 로봇 관련된 분들과 함께 상당히 고생을 많이 하셨습니다. 그 다음에 두 번째는 강광남 과학기술정책 평 가원원장님이십니다. (박 수) 박 종 오 위원 : 그 다음에 세 번째는 박방주 중앙일보 산업부 차장님이십니다. (박 수) 박 종 오 위원 : 그 다음 네 번째는 박승록 한국경제 연구원 기업연구센터 소장님이십니다. (박 수) 박 종 오 위원 : 그 다음에 다섯 번째 주덕영 한국생산기술연구원 원장님이 십니다. (박 수) 박 종 오 위원 : 그 다음 여섯 번째는 김종량 한양대학교 총장님이십니다. (박 수) 박 종 오 위원 : 그 다음 일곱 번째로는 윤정 로 한국과 학 기술원 사 회학 과 교 수님이십니다. (박 수) 박 종 오 위원 : 그 다음에는 권문식 현대 기아 선행개발 센터장이십니다. (박 수) - 388 -
박 종 오 위원 : 그 다음 마지막에는 프론티어 사업인 테라급 나노 소자 프 론티어 사업단을 맡고 계신 이조원 단장님이십니다. (박 수) 박 종 오 위원 : 먼저 이석한 위원장님께서 한시간 동 안 설 명을 해 주셨는데 요. 제가 주제를 나름대로 조금 분리를 해서 하는 게 나을 것 같아서 먼저 제 가 이 석한 위원장님께서 발표하신 것을 간단히 요약하고 그리고 나서 소 주제별로 가고자 합니다. 그러니까 여러분들께서 다 이해를 하셨겠지만 지 능로봇기술은 기획사업단에서 IT NT BT의 첨단기술하고 그 다음 일반 기계, 전자, 전통기술이 융합이 된 그런 차세대 신기술로 디파인했고 그리고 IT NT BT의 그런 융합을 통해서 하나의 이제 국가 새로운 국가 주역산 업을 창출할 수 있는 필수기술이라고 정의를 내린 것 같습니다. 그리고 나 서 이 제 지능로봇기술의 국가적인 기능을 설정했는데요. 첫 번째는 사회문 제 해결하고 두 번째는 국가전략핵심 그것을 얘기를 한 것 같습니다. 그래 서 사회문제로서는 노령화, 장애인 그 다음에 노동문제를 언급을 하셨고 그 다음에 국가 전략 핵심적 역할로서는 사회문제해결 그 다음에 국가안보 를 언급이 됐습니다. 그래서 이것을 위해서 국가적인 종합발전계획을 수립을 해야 한다 추진해야 한다고 그렇게 논리를 진행하셨고 그 추진 목표로서는 21세기 핵심 신기술 선정을 통한 국고 창출 그 다음에 복지사회구현 그 다 음에 요즘 계속 얘기 나온 IT NT BT 이런 쪽의 융합을 통해서 시너지 효과 창출을 얘기했습니다. 이를 위해서 구체적으로 생산지원, 인간지원, 국 가 전략같은 연구개발사업을 지원하고 그 다음에 인력 양성이나 법제도같은 그런 쪽의 영구인프라를 구축하자 하는 게 요지였습니다. 결국은 이 얘기는 지능로봇기술에 대해서 국가종합 발전계획을 당 위성 이 있느냐 그 다음에 그 속에 당위성이 있다면 내용이 어떻게 되느냐 그 두 가지가 포인 트 일 것 입 니 다. 이 것 을 세 가지로 제가 한번 나눠봤습니다. 첫 번째는 이를 위해서 첫 번 째 한국로봇산업이나 기술에 대해서 특징은 뭐고 현황은 분석을 한번 해 봐야겠죠? 그리고 나서 미래로봇에 대해서 전망을 한번 해봐야 되겠습니다. 거기에 대해서 나름대로 긍정적으로 얘기가 나와야 할 것 같고 두 번째는 이게 되었다면 두 번째 국가종합발전 대책에 대한 당위성이 있느냐 두 번째 가 되겠고 세 번째가 국가종합발전 계획의 내용이랄지 방향이 어떻게 될 것 인가 이렇게 저는 생각을 하고 있습니다. 먼저 1, 2, 3 세 개를 가지고 먼저 첫 번째부터 한번 진행을 해 보고자 합니다. 먼저 제일 먼저 쉽게 얘기를 - 389 -
시작해 보죠. 먼저 한양대학교 김종량 총장님께 여쭤보고 싶습니다. 10년 이 후에 이제 로봇의 미래나 역할은 어떻게 전망하고 계십니까? 한번 말씀해 주시기 바랍니다. 김종 량 총 장 : 네. 말씀드리기 전에 제가 이 자리에 왜 왔는지 조차 잘 모 르겠습니다. 그 이유는 글쎄 저는 교육학을 전공한 사람으로서 이 분야에 있어서 전혀 전문지식이라든가 또 용어조차도 이해를 못하는 아주 무지한 상황에서 이 자리에 서게 되었기 때문에 제가 패널지정토론자로서 과 연 자 격이 있느냐 없느냐 그것부터 제가 먼저 스스로 검증을 해볼 필요가 있다고 저는 생각을 하는데요. 그러나 아마도 저를 선택한 것은 대학교육 또 앞으 로 전문가 양성 이런 쪽에 초점을 맞춰 달라 그 런 뜻이었던 것 같습니다. 그런데 마침 제가 이런 무지한 상황에서도 다행스러웠던 것은 최근에 여러 분들도 혹시 비디오 가게에 나와 있는데 바이센테니얼맨이라고 있습니다. 제가 좋아하는 로빈 윌리암스의 영화인데요. 그것을 한번 보시고 오늘 오셨 으면 더 쉽지 않았나, 이해하기에 쉽지 않았나 생각합니다. 마침 제가 그 영 화를 최근에 비디오를 빌려서 테잎을 빌려서 본 적이 있어서 오늘 좀 이해 하는데 도움이 됐습니다만 단도직입적으로 과연 10년 후에 과연 이 분야는 어떻게 변화될 것이냐 또 어떻게 보고 계시냐 이렇게 질문을 주셨는데요. 한마디로 얘기해서 저는 먼저 이런 생각을 해 보았습니다. 우리 국가적으로 나 정부차원에서 또 많은 출연연구소도 있고 대학도 있고 합니다만 이 프로 젝트 자체가 과연 지금 현재 기술개발분야에 있어서의 프라이어비티의 어느 정도 수준에 와 있는가 이것을 한번 우선 순위가 어느 정도까지 와 있는가 를 분명히 밝히고 넘어가야 되지 않을까 그런 생각을 합니다. 그 이유는 잘 아시겠습니다만 제한된 우리나라의 자원 속에서, 재원 속에서 과연 이것이 어느 정도 코스트베너핏이라고 할까요 재경원에서 나오신 분이 계시면 오늘 또 굉장히 여기에 와서 지탄을 하실 지도 몰라요. 앞이 보이지도 않는 것 몇 천억씩 달라 이렇게 요청할텐데요. 그래서 저는 먼저 오히려 전문가들 여러분들께서 또 이 플로어에 계신 여러분들께서 과연 이 기술 개발에 우선 순위를 우리가 어디에 둘거냐 하는 것을 한번 논의해 볼 필요가 있지 않겠 나 먼저 그런 생각을 해보고요. 분명한 것은 필요성에 있어서 분명히 중요 한 어떤 현재 상당히 중요한 그런 수준에 와 있다는 것을 잘 말씀을 주셨는 데 제 가 오늘 여기서 공부를 하면서 느꼈던 것을 한가지만 말씀드리면 로봇 기술개발의 특징으로서는 첫째, 여러 다양한 학문 분야의 결집이 없이는 도 저히 불가능하다는 말씀을 여러 번 강조를 해 주셨습니다. 그래서 특히 현 - 390 -
재 우리가 추진하고 있는 신산업 새로운 첨단산업 6T, 6테크놀러지의 복합 체로서의 퓨전방식을 접근해야 될 것이다. 이렇게 퓨전의 접근이 촉진될 것 이다라는 이런 말씀을 주셨는데 바로 그 부분이 포인트가 아닌가 생각을 합 니다. 그래서 저는 학자간의 공동연구가 불가피한 학문이다 불가피한 기술 개발이다. 그래서 특히 아까 6T뿐만이 아니라 특히 수학이 기반이 되어야 되겠고 물리, 과학, 생명, 의료, 전자, 재료, 기계 등 모든 분야에 관련되어 있다고 봤을 때 역시 종합대학의 기능을 가지고 있 는 큰 대학들이 교육 연 구에 있어서의 역량을 결집하는데 가장 원동력을 제공하는데 가장 중요한 역할을 할 수 있지 않을까 생각이 됩니다. 그게 바로 대학이 아니겠는가 이 런 생각을 해 봤습니다. 그래서 10년 후의 로봇의 미래를 어떻게 제가 점칠 수는 없겠습니다만 분명한 것은 프라이어리티가 상당히 높은 우선순위에 놓 여져 있다 이렇게 말씀을 제가 현 단계에서 드릴 수 있겠습니다. 박 종 오 위원 : 김총장님께서 아주 중요하신 포인트를 하나를 지적하셨는데 그게 베너핏 얘기인데요. 그게 결국은 국가가 지원할 당 위성 이 있 는 가에 가 장 중요한 포인트가 되겠습니다만, 어떻습니까? 기업연구소에서 오신 박승 록 소장님께서 방금 얘기한 베너핏 경제성까지 포함해서 로봇산업이나 기술 의 현재, 미래 그쪽에 대해서 한번 의견을 기업관점에서 주시면 좋을 것 같 습니다. 박 승 록 소장 : 안녕하십니까? 우선 조금 전에 두분 장관님을 포함해 서 얘 기가 나왔습니다만 우선 우리 경제에 있어서 신산업을 육성할 필요성이 굉 장히 많이 제기되고 있다 이런 측면에서 저는 로봇산업 육성을 굉장히 이상 적인 하나의 분야 또 국가자원을 한번 투입해 볼 그런 가치가 있는 분야가 아닌가 이렇게 생각을 하고 있습니다. 우선 잘 아시겠습니다만 왜 이 신산 업 육성의 필요성이 제기 되었는가를 살펴보게 되면 과거 10년 동안 미국시 장에서도 우리의 점유율이 2%대로 떨어지고 있고 일본시장에 서도 4, 5% 대 로 떨어지고 있습니다. 과거에는 중국보다는 일본시장이라든지 미국시장에 서 우리 경제의 경쟁력이 높았었는데 10년 뒤인 오늘날에서는 중국에 비해 서 중국은 그 사이에 6배, 7배 정도의 점유율을 늘려가고 있는 반면에 우리 는 오히려 줄어들고 있습니다. 그리고 또 세계 시장에 있어서 일류 상품의 수를 봐도 우리 경제는 약 80여개에서 요즘은 70여개로 떨어지고 있는데 중 국은 우리의 6배정도 더군다나 품목수를 점차 늘려가고 있습니다. 이런 측 면에서 과거 10년 동안 우리는 굉장히 많은 경쟁력을 상실하고 있다는 측면 - 391 -
이 하나가 있구요. 그래서 새로운 산업을 육성할 필요가 있다고 이렇게 생 각합니다. 그 다음에 우리 경제에 있어서 굉장히 중요한 역할을 하고 있는 중 국시장을 한번 살펴보게 되면 우리나라가 중국에 가장 많이 수출하는 것 은 알려진 바대로 전기라든지 이런 쪽이 아닙니다. 실제로 제가 조사해 본 바에 의하면 제일 많이 수출하는 것이 기름입니다, 기름. 석유화학제품도 아 니고 연료류 기름을 제일 많이 수출하고 두 번째, 세 번째가 칼라 브라운관 을 많이 수출하고 그 다음이 석유화학제품입니다. 특히 여기서 주 의 깊 게 보셔야 될 부분이 석유라든지 석유화학제품은 우리의 생산 설비가 과잉이기 때문에 수출하는 기업은 이익을 보지 못하고 수출하고 있습니다. 그렇지만 우리 경제는 굉장히 많은 무역흑자를 가져다 주고 있습니다. 작년 기준으로 약 110억불 정도의 무역흑자를 기록을 해주고 있는데 중국이 앞으로 10차 5 개 년 계획을 2005년도에 완료를 하게 되면은 우리의 주력 산업을 거의 생산 기반을 갖추게 됩니다. 이렇게 될 경우는 지금 우리가 이익을 보지 못하고 흑자를 많이 보고 있습니다만 이런 분야가 갑작스럽게 없어지게 됩니다. 이 럴 경우에는 굉장히 불안정하다 하는 그런 측면에서 우리는 해외시장을 잃 고 있 고 또 중국시장에서조차도 굉장히 불안한 상태에 있다. 그런 측면에서 본다면 향후에 우리가 새로운 수출산업을 육성을 하지 않고는 도저히 우리 4,700만 인구가 도저히 먹고 살수 있는 방법이 없다 하는 이런 위기 상태에 처해 있다 이것입니다. 그런 측면에서 오늘 이 발표하신 로봇산업 특히 RT 기술 관련되는 이런 것은 한번 승부를 걸어볼 필요성이 있다 이런 생각이 듭니다. 그렇다면 우리 경제의 산업구조 고도화 측면에서 로봇산업을 어떻 게 봐야 될 것이냐 하는 것 조금 전에 이 얘기가 나왔습니다만 그 동안의 우리의 주력산업은 이미 공급과잉 상태에 있습니다. 그런 측면에서 본다면 특히 공급과잉을 해소할 수 있는 하나의 국제간의 협력방안을 모색해야 되 겠 고 산 업 내에서도 고부가가치화를 적극 추진해야 될 것으로 보입니다. 특 히 반도체 분야 같은 경우는 칩 한쪽에만 치중해서 안됩니다. 비메모리 분 야로 나가야 될 것이고 철강은 고급 강쪽으로 나가야 될 것이고 자동차는 대형차쪽으로 나가야 될 것입니다. 그리고 석유화학쪽도 그레이드가 높은 분야로 나가야 될 것이고 이런 것이 하나의 두 번째 방법이라 볼 수 있고 세 번째는 로봇산업과 관련된 것이 바로 새로운 산업을 육성해야 되는데 그 것들이 이제까지 많이 알려져 있던 NT라든지 BT라든지 ET라든지 오늘 여 기에 나오는 RT도 그 중에 하나가 해당이 되겠습니다. 그런데 왜 우리 경 제에 이것이 가장 필요하겠느냐 하는 것을 제가 몇 가지 특징을 보면 우리 의 현실하고 성향에 맞는 그런 특성이 아닌가. 이미 우리는 전기전자라 든 지 - 392 -
기계라든지 네트워크 관련기술들이 기반이 갖추어져 있습니다. 또 세계 4위 의 로봇 보유국입니다. 일본 54%정도를 점유하고 있고 미국이 12%, 독일이 10%, 우리가 약 4.5%인데 4위의 로봇 보유국이기 때문에 이것을 육성했을 경우에는 내수시장이 굉장히 큰 내수시장을 확보할 수 있다하는 이런 생각 이 들고요. 또 근로자 만명당 로봇 보유대수를 보게 되면 일본, 독일 다음에 우리가 3위에 있습니다. 미국의 약 두배 정도를 가지고 있기 때문에 이런 것들이 하나의 충분한 내수시장 여건이 되어 있다 볼 수 있구요. 중국이라 든지 대만은 아직도 로봇기술 쪽은 한국을 추격하기가 쉽지 않습니다. 여러 가지 대학교 교육이라든지 이런 쪽에서 기반이 아직 안 갖추어져 있습니다. 그 다음 세 번째는 얘기가 나왔습니다만 그 동안 기계분야라든지 전기전자 분야의 인력이 많이 배출되어 있습니다. 그런 상태인데 최근에 기아라든지 대우가 몰락함으로 인해서 이런 전문인력들이 많이 사장되고 있습니다. 그 런 측면에서 고용효과가 굉장히 클 수가 있다 하는 이런 생각이 들고 또 앞 으로 정부는 대기업보다는 중소기업 육성에 의지를 많이 가지고 있는데 이 로봇사업 같은 경우는 중소기업에 적당한 것이 아니겠느냐 하는 이런 생각 이 듭니다. 마지막으로는 정부 정책에 있어서는 이 로봇산업이 조금 전에 얘기가 나왔습니다만 과연 국가자원 배분측면에서 우선권이 있느냐 하는 이 런 문제를 지적을 해줬습니다. 제가 그 동안에 산업자원부라든지 또 정보통 신부라든지 오늘 여기에 나와 있는 과기처라든지 이런 쪽의 토론회를 나가 보게 되면 제가 느끼는 감은 국가의 미래를 위해서 정부부처에서 안을 마련 하고 있느냐 이런 생각보다는 솔직하게 말씀드리면 국가의 미래보다는 정부 부처의 미래를 위해서 더 노력하고 있는 것이 아니냐 이런 느낌을 많이 받 았습니다. 특히 세 개 부처같은 경우에는 업무가 굉장히 중복되는 부분이 많고 또 서로 경쟁적으로 하는데 이런 부분은 그야말로 우리 국가의 미래산 업을 육성하는 측면에서 본다면 바람직한 면이 아니지 않느냐 하는 이런 생 각이 듭니다. 그래서 정부부분이 앞으로 만약에 기여를 한다면 기반 기술과 같은 분야에 이제 노력을 좀 해 주시고 산업화 기술 이런 쪽은 가능하면 민 간부분 쪽으로 이양을 하는 것이 어떻겠느냐 하는 이런 생각이 듭니다. 마 지막으로 한가지만 오늘 안하고 관련해서 구체적으로 마지막으로 한가지만 더 말씀을 드리면 우선 이 안을 보시게 되면 지나치게 의욕적이지 않느냐 생 산 지원, 민간지원, 국가전략지원, 지능법원 공통핵심기술 거의 로봇하고 관련된 거의 모든 부분을 약 10년 동안 3조원의 예산으로 커버를 하려고 하 고 있다. 이런 측면에서 본다면 할 일은 많은데 지나치게 예산이라든지 이 런 것은 거의 되어 있지 않다 이런 생각이 들고 만약 10년 내에 이런 모든 - 393 -
기술들이 그야말로 성공적으로 달성이 된다 그러면 인간들이 굉장히 심심할 것 같아요. 할 일이 없을 것 같아요. 그래서 새로운 하나의 사회문제가 될 수 있겠다 이런 생각이 들고 두 번째는 상업성을 전혀 고려하고 있지 않다. 사실 많은 부분들이 기업과의 공조가 필요한데 기업이 이 많은 비용들을 과 연 지불할 수가 있겠느냐. 물론 구체적인 부분에서 하신 분들은 수고를 많 이 하셨습니다만 국방분야라든지 우주분야, 수술, 간호 이런 쪽 분야를 보시 게 되 면 우선 많은 시장수요가 없다. 특히 우주분야를 예를 들면 과연 달이 라 든 지 금성에 우주기술을 건설하기 위한 로봇을 과 연 우 리 가 1년 에 몇 개 를 필요로 하겠느냐. 과연 우리가 한다고 하더라도 우리가 이것들을 쓸 수 가 있겠는가 이런 생각이 들고 또 민간기업이 더군다나 이런 일을 왜 할까 금성에 냉장고를 팔아먹을 일이 있겠느냐, 아니면 달에다가 핸드폰을 팔아 먹을 일이 있겠느냐 하는 이런 측면에서 본다면 지나치게 의욕적이고 시장 수요가 확보되지 않았다 하는 측면에서 상업성이 조금 고려되지 않았지 않 느냐 하는 이런 생각이 들고요. 또 이 모든 것을 하기 위해서는 정부 예산 이 뒷받침되어야 하는데 정부는 이제 예산이 없습니다. 특히 잘 아시겠습니 다만 공적자금 상환이 내년도에 약 12조원이 돌아오는데 이것을 못 갚아서 10년, 20년 뒤로 이월하려고 생각을 하고 있습니다. 제가 계산해본 바로는 차기 정부초기에는 약 31조원의 공적자금이 돌아오고 2년째는 27조원이 돌 아오고 임기 내내 거의 25조원이 돌아옵니다. 차기 정부초기에는 약 20조원 정도가 돌아옵니다. 이런 상태에서 정부는 할 일은 많은데 돈이 없습니다. 그런 측면에서 본다면 예산이 더군다나 굉장히 부족할 거다 하는 이런 생각 이 들고 산자부에서는 기술지도를 최근에 만들었죠, 그 다음에 과기처는 나 노 기술 개발을 위한 계획을 세웠죠, 오늘 그 다음에 정통부는 IT산업발전을 위한 계획을 세우고 있고 오늘 또 과기처에서는 이런 계획을 세웠습니다. 그렇지만 예산이 없습니다. 그리고 이 부처마다 경쟁적으로 하다보니까 실 현 가능성보다는 환상적인 계획마련에 치중한 것이 아닌가 속된 말로 화장 발만 강조한 것이 아닌가 하는 이런 생각이 듭니다. 그래서 마지막으로 제 가 한가지 드린다면 RT라고 하는 것은 제가 보기에 다른 산업에 비해서 우 리 여건에 굉장히 어울리는 하나의 미래산업분야이다 이것에 대해서는 확신 을 합니다. 그렇지만 한다고 할 경우에는 수요가 많 은 분 야 특 히 저 는 산 업 용 로봇분야를 강조하고 싶습니다. 산업용 로봇분야를 강조하고 싶은데 수 요가 많은 분야로 선택과 집중을 해 줬으면 좋겠다 하는 이런 생각을 하면 서 코멘트를 마치도록 하겠습니다. - 394 -
박 종 오 위원 : 예, 감사합니다. 나중에 전체 지정토론에 대한 답변에서 이 석한 위원장님께서 전체적으로 한번 짚어주시기 바라구요. 그런 차원에서 아까 총장님께서 얘기하신 베너핏이랄지 그 다음에 새로운 수출산업 육성이 랄지 그 다음에 지나치게 의욕적이고 예산부족이고 수요가 많 은 산 업 로봇 그런 여러 가지 점들을 전부 기록하셨다가 나중에 전체적으로 짚어주시기 부탁드리고요. 워낙 해야 할 일들이 한시간 안에 하기 때문에 빠듯합니다. 그래서 계속 충분한 토의가 안되고 넘어가는 게 아쉽습니다만 어쩔 수가 없 을 것 같습니다. 어떻습니까? 강광남 원장님! 이 로봇기술 산업의 특성 현안 이랄지 향후 미래에 대한 그런 것에 대해서 산업용로봇, 지능형 로봇, 인 간 형 로봇 여러 가지 일들이 있는데요. 그런 쪽에서 한번 비젼 내지는 원장님 의 견을 한번 말씀해 주시면 감사하겠습니다. 강 광 남 원장 : 오늘 발표하신 내용에 따라서 좀 다르기도 하고 또 들으시 는 분들이 소속되어 있는 위치나 개인적인 예를 들어서 경력에 따라서 발표 하신 내용에 대한 소견은 다 다를 것으로 생각합니다. 저도 물론 지금 말씀 드리는 것은 사견이기도 하고 또 하나 전문가 여러분들이 상당히 오랜 기간 동안 많은 작업을 해온 연구 결과를 우리가 좀 더 보완한다는 의미에서 이 런 공청회를 갖는다는 입장에서 긍정적으로 저는 평을 해 볼까 합니다. 중 요한 것 은 국가적인 자원을 동원해서 우리가 어 떤 일을 하 게 되 면 아 마 비 젼의 설정이 굉장히 중요하지 않을까 이렇게 생각합니다. 어떤 일을 해도 비젼이 뚜렷하고 달성전략이 명백하다면 우리가 처음에 생각했던 것보다 더 많은 결과를 얻을 수 있으리라고 생각을 하고 지능로봇기술 발전기본계획안 도 그런 의미에서는 조금 더 앞으로 시간이 있으니까 보완할 필요성이 있지 않겠나 이렇게 생각합니다. 지능로봇을 우리 가 어떻게 디파인 하느냐에 따 라서 이야기의 내용이 조금씩 달라집니다만 제가 보기에는 서너가지로 분 류 할 수 있지 않을까 이렇게 생각하는데 첫째는 우리가 인간이 하는 일을 대 신하게 하는 그런 것이 있을 수 있고 또 하나는 인간이 할 수 없는 일을 하 는 것 그 다음에 새로 여기에는 크게 언급이 안 됐습니다만 인간의 반려자 로서의 역할을 하게 하는 것 그리고 마지막으로 우리가 상상한다면 지금까 지 상상하지 못했던 전혀 새로운 일을 하게 한다는 것 이런 것들이 있을 수 가 있는데 앞에 말씀드린 대신하거나 또는 할 수 없는 일을 하게 하는 이런 것들은 산업용로봇이나 이런 쪽에서 극한 상황에서 할 수 있을 것으로 생각 합니다. 그 점에 대해서는 충분히 여기서 논 의 가 됐 고 세 부적 인 계획도 전 문가들이 많이 만들어 놓은 것으로 알려져 있습니다. 다만 조금 소홀히 하 - 395 -
셨던 것이 제가 생각하기에 인류의 반려자로서의 로봇에 대 한 가능성 을 우 리가 열어야 된다고 저는 생각합니다. 왜 그러냐 하면 최근에 여러 가지 상 황에서 우리가 짐작할 수 있듯이 우리가 대가족 제도에서 핵가족 시대로 갔 고 이제는 싱글 패밀리로 가는 것입니다. 예를 들어서 그 분이 연세가 많이 들어서 반려자도 없고 가족도 떠난 다음에 싱글이 되든 또는 젊어서부터 의 도적으로 되든 간에 싱글 패밀리가 아마도 점차적으로 늘어나는 그런 상황 이 될 것이고 그렇게 되면 로봇 자체가 개인에 대한 반려자 또는 파트너로 서 작용하는 그런 시절이 오지 않겠나 생각이 됩니다. 이렇게 되면 로봇이 할 수 있는 일은 상당히 많습니다. 우선 교육에 대한 교육의 필요성은 최근 에 평생교육이라는 의미에서 우리가 학교에서 받는 교육만으로 끝나는 것이 아니고 필요한 전문적인 지식을 그 분이 생을 유지하는 동안에 계속해서 지 속적으로 받는 쪽으로 하기 때문에 교육의 필요성이 대단히 늘어나는데 재 래의 방식으로 어떤 일정한 장소에 가서 받는 그런 것보다도 온 사이트에서 받는 것이 아마 활성화될 것입니다. 교육이든지 지식의 교환이든지 정서의 교환, 감정의 교환 또는 문화교류의 상대자로서 로봇도 대단히 중요할 것이 고 이런 개인적인 용도의 시장이 아마도 산업용 운영보다도 더 크면 크지 적지는 않을 것입니다. 이런 일상 생활에 대한 파트너 또는 건강에 관련된 지킴이 역할도 마찬가지라고 할 수 있습니다. 이런 것들이 부분적으로는 들 어 있습니다만 중요한 한 분야로서 들어가 있 어 야 되 지 않겠나 해서 이런 부분에 대한 보완이 필요했으면 좋겠다 하는 생각이 듭니다. 그 다음에 또 하나 중요한 것은 로봇이 중앙이나 우리가 애초에 프로그래밍한 방식대로 움직이는 것 이외의 다른 기능을 수행할 수 있 는 그 런 것들이 있을 수가 있 는데 그런 것들이 예를 들어서 우리가 환경에 대한 열화가 상당히 급속히 진행이 된다면 우리가 알고 있는 지구의 박테리아 시스템 중에서 일부가 무 너질런지도 모릅니다. 이렇게 되는 경우에는 우리가 싱글이나 심플한 미션 을 가진 예를 들어서 로봇시스템 마이크로 나노 이런 쪽에서도 많이 있습니 다만 이런 분야에 대해서는 대단히 단순하고 대량으로 필요하고 생산기술도 굉장히 단순하고 쉬워야 됩니다. 그러나 현재 우리가 인위적으로 조절할 수 없는 부분에 대한 그런 어떤 제어의 필요성이 있는 분야에서는 대단히 필요 할 것으로 보이는데 이런 구분에 대한 것도 아마도 우리한테 필요하지 않겠 는가 이렇게 생각이 되고 이것은 국책사업의 필요성에 대한 논의 때 아마 필요가 논의될 가능성이 있겠습니다만 이런 것들의 예는 예를 들어서 말씀 드렸듯이 박테리아 기능이라든지 엽록소 개념 또는 예를 들어서 지금과 같 이 지구 황폐화가 계속된다면 어떤 의미에서든 인공 광합성에 대한 필요성 - 396 -
은 대단히 커질 겁니다. 아마 그런 기능도 있고 그것보다 좀 큰 시스템으로 서 인센트 기능같은 것도 필요하리라고 생각을 합니다. 이런 비젼을 좀 넓게 광범위하게 가져야 될 필요가 있지 않겠는가 하고 이런 비젼에 따른 정책을 일관하고 추진하는 용기와 지원제도의 완비 이런 것들이 필요할 것으로 생 각합니다. 요약해서 말씀을 드리면 현재 만들어진 과제내용에 대해서는 이견 이 아마도 대부분 없으실 것입니다. 왜냐 하면 우리가 흔히 지금까지 접해 왔던 많은 부분에 대한 것을 잘 정리해 놓으셨고 국가 사업으로도 많이 추 진했던 부분이 아닌가 생각이 되는데 제가 거기다 보태고 싶은 것은 말씀 드린바와 같이 개인에 대한 파트너로서의 로봇을 아마도 지금부터는 생각해 야 되지 않겠는가 이것의 좋은 예는 현재는 몇 개 회사에서 인공지능을 가 진 애완용 동물형태의 로봇을 아주 단순하게 만드는데 이게 일단 시작이 되 었기 때문에 가까운 시간내에 상당히 유사한 형태로 움직이고 반응하는 그 런 인공 애완 동물이 생기지 않을까 이렇게 생각을 합니다. 그런 의미에서 조금 더 폭넓은 보완 작업이 있었으면 하는 생각이 듭니다. 이상입니다. 박 종 오 위원 : 예, 감사합니다. 언론계의 입장에서는 어떻습니까? 언론 관 점에서 박방주차장님께서는 현재 우리가 계획하는 이쪽에 관해서 의견이라 든 가 로봇기술의 향후 로봇산업의 미래 또는 기술의 미래에 대해서 간단히 집어주시죠. 박 방 주 차 장 : 사실 언론에서는 로봇이 인간 생활을 획기적으로 바꿀 그럴 기술이라는 데는 이론이 없습니다. 이 사람의 노동력을 대체하고 위험한 일 을 대신하고 장난감과 아까 말한 데로 환자들의 밥을 먹여주고 세수를 시켜 주고 등등 이런 모든 일을 대신해주고 또 우주에 가서 우주정거장을 건설하 는 등 하여튼 인간 생활을 획기적으로 바꿀 기술이라는 데는 이론이 없고 그런 까닭에 매년 뉴욕타임스, 중앙일보를 비롯해서 거의 모든 신문들이 매 년 미래의 유망기술을 뽑을 때 로봇기술은 항 상 들어갔었습니다. 뭐 10년 전도 마찬가지고 제가 기자 초년병 시절인 10여년 전부터 하 여튼 로봇기술 이 안낀 적이 없었습니다. 아마도 그 당시의 전망했던 로봇기술이 지금 실 현되었다면 아마도 아까 박승록 선생님이 말씀하셨듯이 지금 우리는 비서 한명씩을 데리고 다닐 정도가 되지 않았나 그런 생각을 합니다. 대부분 지 금 여론에 언론에서는 개인 서비스 로봇에 초점을 맞춰서 지금까지 보도를 해왔고 일반 국민들한테 로봇의 의미나 개념을 전달하는데 개인 서비스 로 봇만큼 그렇게 좋은 소재가 없었기 때문이기도 합니다만 주로 그쪽에 포커 - 397 -
스를 맞춰왔죠. 개인서비스 로봇을 이석한 전무 님도 말 씀 을 하셨습니다만 인간을 닮은 로봇 아까 SF영화라든가 전투병역할, 가정부역할, 빨래를 대신 해주고 뭐를 대신해 주고 하는 개인서비스 로봇에 초점을 맞추다 보니까 상 대적으로 산업용 로봇이라든가 우리나라 이 산업의 결정적인 산업의 경쟁력 을 좌우하는 그런 결정적인 요소로서의 이 로봇이 등 한시되 어 왔었습니다. 여론에서의 얘기입니다. 언론에서 그런 쪽으로 우리가 얘기를 해 왔는데 그 런데 항상 우리는 이 로봇을 언론에서 바라볼 때는 현재가 아니라 주로 미 래에 초점을 맞춰 왔습니다. 왜 그러느냐, 지금의 로봇은 말하자면 계단을 하나 내려가는데도 정말 최첨단 기술이라는 로봇이 이제야 겨우 사람처럼 계단을 내려가거나 또 계란을 하나 집어도 온갖 기술이 다 필요하지 않습니 까? 그러다 보니까 우리 수준보다 지금 바라는 수준은 훨씬 낮아요. 그래서 결국은 언론이 로봇에 대한 환상을 일반 국민들한테 심어준 것은 사실입니 다. 지금 그렇게 저희 아들하고도 이렇게 로봇을 구 경 가면 제 가 설 명하는데 아주 어려움을 겪습니다. 왜냐, 아들은 SF영화 이런 데서 전투도 하고 사람 처럼 생각도 하고 말도 하고 온갖 얘기를 다하고 거의 사람과 같은데 막상 개발된 것은 바퀴로 굴러가거나 계단 하나 내려가면 넘어지고 이거 말도 못 해요. 그러다 보니까 언론에서는 이 로봇을 바라보는 시각이 환상적으로만 바라보게 하고 이런 좀 어려운 점이 있었습니다. 그래서 앞으로는 이 로봇 의 정확한 개념과 그 다음에 현 실정, 현재의 기술 수준 등을 국민들한테 좀 더 전파하는데 노력을 해야 할 것이고 그 다음에 그런 측면은 아까 국민 과학기술 이해를 증진하는데 어떤 큰 도움이 될 것이라는 데는 저도 상당히 동의합니다. 앞으로 이런 측면을 언론의 역할에 무게를 실어 준다면 로봇개 발이 미래의 인간 생활을 획기적으로 바꾸고 또 거기에 정부의 돈이 들어가 고 하는데 많은 도움을 줄 수 있지 않을까 하는 생각을 해봅니다. 그 다음 에 이번에 기본 계획에 있어서 잠깐 한 말씀 덧붙이자면 앞에 계신 분들이 필요성이나 그 다음에 얼마만큼의 이득을 가져올지에 대해서 많은 말씀을 해 주셨습니다. 저는 여기에 대해서 간단하게 전문연구소 설립문제에 대해 서 조금 더 고려를 해봐야 되지 않겠나 하는 생각이 들어서 거기에 대해서 좀 말씀을 드릴까 합니다. 사실 전문연구소를 설립하게 되면 지금 현재 대 학 또 연 구소 이런 데서 로봇 전문가들을 전부 뽑아와야 될 거란 말입니다. 그렇게 되면 거기는 어떻게 됩니까? 거기 역시 사람을 다시 채워 넣어야 될 것입니다. 그렇게 되면 나중에 전문연구소하고 이 중복이라든가 또 중복투 자라고 해서 예산을 깎고 사람을 자르고 나중에 구조조정을 한다든가 이런 문제가 발생할 것입니다. 그렇게 되느니 이 로봇이라는 자체가 아까 말씀 - 398 -
하셨습니다만 바이오테크, 기계공학, 전자공학 이 거 의 모 든 공학 이 다 필 요 한 기술이라는 것은 누구나 다 인정을 합니다. 그렇게 될 바에는 하나의 연 구소를 새로 종합 연구소를 새로 세운다는 의미로 전문 연구소지만 사실은 종합 연구소를 하나 세운다는 의미로 받아들여지거든요. 그러니까 이렇게 한번 세워놓으면 우리나라에서는 어디 없애기 다시 연구소를 없애기는 하늘 의 별따기라는 것을 다 압니다. 더군다나 요즘에 바이오테크 등 퓨전 테크 놀러지 시대에 그런 종합 연구소를 세워가지고 나중에 또 어떻게 하겠느냐 이런 문제를 지적하는 사람들이 많습니다. 그렇게 일 할 바에는 지금부터 라 도 인력을 어떻게 활용할 것인가 여기에 초점을 맞춰서 우리가 전문연구소 를 설립할 건지 안할건지를 좀 더 제고해 봐야 되지 않을까 싶습니다. 그렇 게 하려면 기존의 대학이나 연구소 이런 데하고 어떻게 유기적으로 네트워 크를 구성하느냐 하는 문제가 부닥치는데요. 그런 문제를 전문 연구소 설립 에 좀 더 고려를 해 줬으면 하는 생각입니다. 특히 지금 프론티어 사업이 여러 개가 진행되고 있습니다만 이런 전문 연구소 설립을 하지 않는 대안으 로 제 가 여러 전문가들한테 얘기를 들어봐서 지금 이 얘기를 하고자 합니 다. 프론티어 사업과 같은 지금 세워놓은 이 기본계획은 정 말 방대하고 환 상적입니다. 그러느니 그런 것보다는 좀 더 포커싱해서 프론티어 사업과 같 은 좀 더 큰 연간 100억씩 주고 있습니다만 2백억, 3백억 이런 식으로 대규 모로 연구비를 투자해서 어떤 프로젝트로 추진하는 것이 어떨까 그렇게 되 면은 기업의 연구소나 기업연구소, 정부출연연구소, 대학 이런 데 연구원들 을 유기적으로 활용할 수 있지 않을까 싶습니다. 그런데 지금에 만약의 방 법대로 물론 방법론입니다만 단장을 선정할 때 지금의 프론티어 사업에서는 그 바닥에서는 그 분야에서는 가장 잘 한다는 과학자를 선정해서 단장을 맡 고 있습니다. 그렇게 되면 그 단장은 단장이 되는 순간부터 거의 연구에 손 을 놓고 있습니다. 연구를 할 수가 없지요. 사실은 가장 유능한 연구원을 과 학자를 매니저를 시키고 있는 상황입니다. 그러니까 이 유능한 매니저를 선 정하고 그 밑에 유능한 과학자를 붙여서 이런 로봇공학 전문연 구 소를 설 립 하는 대안으로 추진하는 것도 한 방법이지 않느냐 하는 생각에서 소견을 말 씀드렸습니다. 감사합니다. 박 종 오 위원 : 예, 감사합니다. 윤정로 교수님 어떻습니까? 사회학 관점에 서 로봇기술이나 산업의 미래, 현황 그런 쪽을 한번 말씀해 주시죠. 윤 정 로 교수 : 네. 제가 보니까 여기 이 계획을 세우신 분들은 아까 140명 - 399 -
정도 되신다고 하셨는데요. 그 중에서 사회 경제적 파급 효과에 대해서 관 심을 가지셨던 분들은 세분쯤 되신 것 같아요. 그런데 오늘 이 토론자 중에 는 저 는 인문사회과학 사회학을 전공한 사람이거든요. 그래서 이 공청회에 서는 인문사회과학 분야의 비중이 굉장히 올라갔구나 이런 느낌을 받으면서 계속 지금 왜 이 로봇기술이 발전되어야 되느냐에 대해서 계속 나오는 말이 인간인 것 같아요. 로봇과 사람이 공존되는 사회 그 다음에 각 가정, 2010년 이 되면 각 가정마다 한 사람의, 지금의 PC처럼 하나의 로봇이 있는 사회 이런 말씀을 하시는데 오늘 제가 이렇게 들으면서 그러면 기본적으로 인식 은 이 로봇 공학이야말로 정말 과학기술, 소위 우리가 지금까지 알아왔던 과다한 과학 기술뿐만 아니라 우리의 인간의 지각과 생각할 수 있는 능력 모든 영역이 포괄되는 분야다 이런 생각을 제가 하게 되었습니다. 예를 들 어서 보면 지금 첫 번째, 제가 어떤 데서 그런 것을 알 수 있느냐 하면 이 계획서에서 보면 법규에 이 로봇공학이 발전하기 위해서 법규의 정비 및 개 선이 꼭 필요하다 라고 지적을 하셨습니다. 그러면 이 법규의 정비와 개선 에 대해서 누가 하시겠습니까? 이것은 법규에 대한 전문가가 하 셔 야 되 지 않겠어요? 그러면 법학자가 여기 참여를 하셔야 되겠죠. 그 다음에 아까 박 승록 박사님께서 지적을 하셨습니다만 서도 이런 로봇공학 을 우리나라에서 이 런 계획을 추진을 할 때 그 경제적인 효과라고 하는 것에 대해서 명확하 게 설정이 되어있고 그것이 다른 사람들에게 설득력을 가지지 않으면 이 계 획이 저는 설득력을 가질 수 없다고 생각을 합니다. 또 제가 생각하기에는 요. 예를 들어서요. 아까 저기 나오는 원격으로 수술하는 로봇이 참 인상적 이었습니다. 그리고 그것은 지금까지 개발되었던 산업형 로봇으로부터 아주 짧은 거리에 있는 기술적으로 그런 기술인 것 같습니다. 그런데 만약에 여 기 계신 분들 중에 여기 이렇게 쭉 봤더니 의사분들은 안 계신 것 같아요. 의료 행위에 필요한 로봇이라고 한다면 의사분들이 어떠한 분야에 로봇이 필 요한지를 잘 아 실 것 같 아 요. 그 래 서 그 뿐 만 아니라 예를 들어서 인간하 고 같이 살 수 있는 가사 보조용이라든가 이러한 것들을 여기 계신 과학자 분들께서 가사를 지금까지 담당해 보시지 않았는데 어떤 가사보조용 로봇이 필요하신지 그 스펙을 어떻게 잘 아실 수 있을까 저는 그런 생각이 들었습 니다. 그래서 의사 그 다음에 복지분야의 전문가 또 여러 가지 경 제 전문가 뿐만 아니라 로봇을 디자인하는 데는 산업 디자인도 굉장히 필요할 것, 아 주 중요한 것 같아요. 사람이 즐거워하고 같이 있고 싶어야 같이 있게 되지 않겠습니까? 그러니까 이런 도대체 어떠한 분야에 로봇의 수요가 있 고 그 다음에 그런 분야의 수요를 충족하기 위해서는 로봇의 어떠한 스펙이 필요 - 400 -
한지 이러한 것을 직접적으로 정하는 데 있어서도 학문 분야적인 접근이 필 요하겠다 이런 말씀을 드리면서 지금 굉장히 로봇 얘기를 많이 하시는데 아 까 김종량 총장님께서 바이센터니얼맨을 얘기 하셨지만 다 아실 것입니다. 그 소설, 그 영화는 아시모프라고 하는 SF 소설가가 50년 전에 쓴 소설을, 아! 50년은 아니군요. 45년전쯤에 쓴 소설을 대본으로 해서 만들어진 영화입 니다. 그 다음에 일본의 혼다에서 만들어낸 지금 인간과 가장 유사하다고 하 는 160cm, 150cm 라고 하던가요? 그 정도의 키의 로봇의 이름이 아시모 였어요. 제가 그것을 보면서 아마도 장면을 아시모프에서 끝의 한자 떼고 한 것이 아닐까 이런 생각을 했는데 결국 이 로봇테크놀로지라고 하는 것은 제가 처음에 말씀 드린데로 인간의 상상력과 인간의 모든 감정과 지성, 사 고의 능력이 종합되어서 현실적인 프로덕트로 나타나는 그런 분야이기 때문 에 앞으로 좀 더 이러한 분야에 대해서 신경을 쓰시고 그 한국에서 정말로 지금까지 인문사회과학과 과학기술분야 그 다음에 예술분야의 융합이라고 하는 것을 많이 얘기했습니다만 서도 실제로 많이 이루어진 부분이 없습니 다. 이 RT부분에서 그런 것이 이루어진다면 앞으로 우리나라의 과학기술 발전뿐만 아니라 여러 가지 학문 그 다음에 사회적 발전을 위해 서 아 주 좋 은 선행 사례가 될 것으로 그렇게 생각을 하면서요. 여러분들이 지적을 하 셨습니다만 서도 이 계획을 제가 보면서 두 가지를 지적 을 드리고 싶습니 다. 하나는 아까 프라로이트 설정을 해서 이제 좀더 앞으로 갈 부분을 밀어 야 된다 그런 말씀에 전적으로 동감을 하면서 예를 들면 이 계획에 보면 교 육부에서는 육아보육 및 교육로봇을 개발하 는 것 으 로 되 어 있습니다. 제가 생각하기에는 아까 김종량 총장님께서 말씀하신 데로 교육부에 서는 인 력 개 발과 인력양성과 인프라 구축에 더 집중을 해야 되지 않을까 해서 너무 다 종 다양하게 벌어진 계획보다는 좀 더 선택과 집중의 원칙을 좀 더 지켜주 셨으면 좋겠고요. 또 한 가지는 아까 박방주 차장님께서 말씀해주신 것 같 은 데요. 이 새로운 지능로봇 연구소를 설치한다 또 연구 단지를 설치한다 라 고 하 는 이러한 계획은 이 계획서에서 쓰 신 개방형 네트워크형 추진체계 라고 하는 것하고 좀 상충되는 측면이 있지 않은가 그래서 좀 더 비용을 절 약하고 하드웨어를 덜 깔면서 소프트웨어를 더 잘해나갈 수 있는 이러한 추 진계획체계가 이루어진다면 훨씬 더 대국민 설득력도 있고 그 다음에 더 좋 은 결과를 가져오지 않을까 그렇게 생각을 합니다. 박 종 오 위원 : 예, 감사합니다. 이제 우리 엔지니어들 말대로 퍼스트 모렌 티드 그런 단어를 지적하신 것은 매우 중요한 지적이신 것 같습니다. 참 매 - 401 -
우 아쉽습니다만 우리 패널 속도가 한 두 배 정도는 빨라야 하거든요. 그래 서 참 아쉽습니다. 전문가분들께서 차분히 얘기 좀 많이 해 주셨으면 합니 다. 조금 더 이제부터는 속도를 빨리, 양을 줄이시든지 빨리 말씀해 주셔야 될 것 같습니다. 가야 할 길이 멉니다. 두 번째 이슈로 넘어가겠습니다. 자, 그러면 이제 로봇기술의 현황과 미래 전체적인 전반적인 상황을 집어봤고 요. 이제 두 번째 이슈인 국가 종합발전 계획이 필요한가 당 위성 에 대 해 서 한번 집어보죠. 어떻습니까? 생산기술쪽의 국가 출연 연구를 전부 맡고 계 시는 주 덕영 원장님께서 지능로봇기술과 국가종 합 발전계획이 필 요한가에 대 한 당위성을 한번 정리해 주셨으면 감사하겠습니다. 주 덕 영 원장 : 예. 고맙습니다. 먼저 결론적으로 말씀드리면 국가가 프 로젝 트 를 가지고 기본 계획을 가지고 하는 것이 참 좋다고 생각합니다. 저희가 과거에 12년 전에 HDTV를 개발하는 프로그램을 첫 번째로 생산기술연구 원이 만들어서 실시를 했습니다. 그것을 하면서 결국 기업들하고 많은 연구 소들하고 대학들하고 같이 조인트해서 연구하는 그런 프로그램을 실시를 했 습니다. 결국은 그것이 디지털 기술쪽으로 연결이 되어서 오늘날 미국과 일 본하고 우리나라가 나란히 디지털 기술에서 나란히 갈 수 있는 길을 열었습 니다. 그래서 굉장히 중요한 역할을 해왔고 오늘날 동영상 압축기술로 발전 을 해서 핸드폰이나 이런 데도 적용이 되고 위성 방송에서도 적용이 되고 갖가지 에프리케이션이 굉장히 많은 나온 그런 상황이었습니다. 굉장히 중 요한 결과를 낳았다고 이렇게 얘기를 드릴 수가 있습니다. 그 다음에 약 2 년 후에 시작이 되었습니다만 첨단적인 생산기술 시스템, 생산시스템이 G7 과제에 의해서 추진이 된 바 있었습니다. 오늘날 현재 우리나라가 다양하게 도 무역흑자를 보이고 있습니다. 무역흑자를 보이게 된 가장 큰 이유중의 하나는 생산의 현대화 내지는 생산의 첨단화 그 부분이 굉장히 크게 이루어 졌었습니다. 그래서 코스트가 많이 절약이 돼서 결국 그것이 무역 흑자를 많이 내는 쪽으로까지 기여를 했다고 생각을 합니다. 얼마 전에 제가 어떤 회사에 갔었습니다만 온도센서를 중심으로 하는 계측기를 생산하는 그런 회 사였습니다. 굉장히 어려운 기술이었는데 용광로 안의 온도를 측정하는 그 러한 시스템을 개발하였는데 아시다시피 한가지 방법은 높은 온도에 견딜 수 있는 금속을 개발하는 방법도 있겠습니다만 그렇게 하지 않고 딱 3초만 견딘 다음에 그 다음에 녹아버리는 그래서 그냥 생산물의 일부가 되 는 그 런 센서를 개발해 냈습니다. 아주 첨단적인 그러한 방법이었었는데 그것을 개 발하기 위해서 만들어낸 생산 시스템은 거의 자동화되어 있어서 물론 로봇 - 402 -
이 다수 이용이 됩니다만 자동화 돼 있어서 일본사람들에 비해서 약 30% 이상의 생산성을 더 증가시킬 수가 있었습니다. 그래서 많은 일본사람들이 와 서 그 공장을 구경하고자 했는데 얼마든지 보여준다고 합니다. 왜 보여주 느냐 하면 옛날에 생산기술이라고 하는 것이 소재기술이나 기계기술뿐 이 었 을 때는 소위 리버센지니얼이 가능했었습니다. 그런데 이번에는 이 회사가 많은 소프트웨어를 같이 개발하였기 때문에 그것은 봐도 카피를 떠 봤자 작 동시킬 수 없었기 때문에 그것을 개방한다고 이렇게 얘기를 했었습니다. 이 와 같은 식으로 해서 최근에 첨단적인 생산시스템이 굉장히 크게 발전이 된 바가 있습니다. 최근에 저희 생산기술연구원이 IMS라고 해서 지능형의 생 산 시스템에 대한 국제사무국 역할을 하고 있습니다. 세계 여러 나라가 선 진국 여러 나라가 모여서 그 분야에 관한 공동 연구를 하고 있습니다. 그 중요한 내용이 로봇으로 일단 되어있습니다. 그래서 이와 같이 이러한 국가 가 시행하는 그러한 프로젝트 그런 프로젝트들이 굉장히 파급 효과가 크고 결과적으로 많은 좋은 영향들을 끼쳤기 때문에 이와 같은 로봇에 관련된 지 능형로봇 기본기술에 관한 그런 프로그램도 굉장히 좋은 것이라고 생각합니 다. 다 만 제가 여기서 지적을 드리고 싶은 것은 10년 동안에 무려 3조 6천 억원을 집어 넣은 것으로 되어 있습니다만 이 금액은 대단히 많은 금액이라 고 얘기를 드릴 수 있습니다. 아까 말씀드린 HDTV라는 것도 약 천억 정도 가 들었고 첨단생산시스템도 약 10년 동안에 천억 남짓한 그러한 돈이 들었 었습니다만 그래도 굉장히 많은 효과를 거뒀었는데 이것은 굉장한 돈이라고 이야기드릴 수 있습니다. 현재 지금 생산지원 로봇, 인간지원 로봇, 국가 특 수목적의 로봇 이렇게 세 가지가 있습니다만 생산 지원을 위한 로봇은 당연 히 개발되어야 되겠습니다. 시장을 많이 만들 수가 있 기 때 문에 그 다음에 인간지원에 관련해서는 과연 시장이 그만큼 있을 것인가 하는 것에 대해서 검토가 반드시 있어야 될 것으로 생각하고 특히 마지막에 국가 전략계획에 의한 로봇개발 예를 들어 국방로봇이라든지 우주로봇이라든지 원자력로봇이 라든지 해양로봇 이런 것은 타당성에 대한 아주 충분한 검토가 다시 있어야 된다고 생각합니다. 그래서 한마디로 하면 이 금액이 너무 많지 않느냐 하 는 그러한 생각을 하고 있고 보다 더 효율적으로 사용해야 할 노력이 있을 것으로 생각됩니다. 이상입니다. 박 종 오 위원 : 예. 감사합니다. 이조원 단장님께 여쭤보고 싶습니다. 지능로 봇 기술의 국가종합발전계획이 저번에 NT 그쪽을 담당을 하셔서 그런 관 점에서 어느 정도 포뮬릿이 잘 되었는가. 그 다음에 NT쪽의 사업 단장으로 - 403 -
서 지능로봇공학, 아까 지능로봇기술에서 N T I T B T 얘 기는 많 이 나 왔 습 니다만 과연 정말 NT랄지 또는 BT 연결이 됐는가 그런 쪽을 한번 짚어 주 시죠. 이 조 원 단 장 : 2010년 이후의 산업은 많은 사람들이 그런 얘기를 하고 있 습니다. 인공지능과 버츄얼리얼리티가 컨비네이션 된 산업이 주도할 것이라 고 얘기를 하고 있습니다. 거기에는 몇 가지 이유가 있습니다. 우선 우리나 라의 경우를 보더라도 아까 비디오도 보셨지만 2000년 우리나라 인구주택 총 조사에 따르면 65세 이상의 노년층이 노령화 사회의 지표인 7%를 넘어 서 약 7.3%에 이르고 있으며 2020년경에는 14%에 이르는 것으로 전망하고 있습니다. 따라서 분명한 것은 실버 산업이 굉장히 큰 산업으로 등장하고 그리고 또한 우리가 전통적으로 지금까지 고수해온 가족들에 의한 노인 부 양은 지금 청소년들의 세태를 보면 더 이상 기대할 수는 없는 사실이 되고 있습니다. 따라서 노인들을 위한 그런 인공 지능 워커의 개발과 또한 로봇 과 VR의 개념에 의한, 결합에 의한 신개념 간호법등이 등장해야 됩니다. 따 라서 이제는 로봇은 삶의 보조 수단이 아닌 자동차나 TV처럼 가정의 필수 품이 되고 있으며 TV나 자동차가 삶의 혁명을 가져왔듯이 로봇도 우리 삶 의 변화를 가져오는 주요기술이 됨은 자명합니다. 따라서 이런 측면에서 보 면 10년 후를 겨냥해서 과기부하고 키스텝이 공동으로 지능로봇기술 발전계 획을 세웠음은 시기상으로 아주 적절하다고 말씀드릴 수 있습니다. 아까 비 디오에서 보셨듯이 세계적인 로봇 학자인 카네기멜론 대학의 한스모라벡에 따르면 2010년하고 2020년 사이에 제 2세대 로봇 즉 그 로봇은 1초당 3백억 개 의 명령 처리가 가능한 그러한 다시 말하면 30GIPS 정도가 되는 그러한 로봇이 나오는데 이 성능은 지금 팬티엄4가 한 2기가 헬츠됩니다. 그것의 한 15배 정도의 성능을 갖고 그 다음에 동물 수준의 지적 능력을 갖도록 되 어있습니다. 물론 이러한 지능을 갖기 위해서는 소프트웨어도 개발이 되어 야 합니다. 그러나 분명한 것은 하드웨어 즉 반도체, 나노 소자가 없이는 절 대 불가능합니다. 그래서 로봇의 인공지능화는 바 로 반도체 기술 나노 소자 의 개발이 없이는 절대 불가능한 것으로 여겨 지고 있습니다. 따라서 지금 현재 ITRS 로드맵이라는 게 있습니다. 그것에 따르면 한 2011년경에 256기 가급 메모리가 나오고 2014년 1테라급이 나오는 것으로 지금 결정되고 있습 니다. 그런데 최근에는 인텔에서 약 10기가 헬츠의 CMOS를 2005년도에 양 산 한다고 되어 있고 2010년경에는 약 10억개의 트랜지스터를 갖는 그러니까 약 30기가 헬츠 정도의 속도를 갖는 PC를 개발한다고 되어 있습니다. 이러 - 404 -
한 정도면 어느 정도 인식도 가능하고 추론도 가능합니다. 그래서 적어도 동물 이상의 지능을 갖는 그러한 로봇은 분명히 만들어 낼 수 있습니다. 이 제 는 로봇은 인공지능로봇은 환상이 아닙니다. 여러분 앞에 10년 후에 반드 시 등장할 수 있는 로봇이라고 저는 굳게 믿고 있습니다. 이런 것은 아까도 말씀드렸지만 나노기술이 없으면 절대 불가능합니다. 우선, 나노기술은 전 분야에 걸쳐서 파급 효과가 지대한 것이 사실입니다. 우리가 원하는 인공지 능로봇도 나노 소자에 의해서 구현해야 되고 그 다음에 로봇에 들어가는 각 종 센서도 지금 MEMS도 이용을 해야 되고 나노를 이용해서 그 강도를 굉 장히 증가시켜야 되는 그래야 우리가 돌아다니면서 할 수 있는 그런 로봇이 만들어 질 수가 있습니다. 그래서 지금 정부에는 각종 MEMS 프로그램하고 나노 프로그램이 앞으로 등장하게 되어있습니다. 이 사업을 하기 위해서는 그러한 프로그램들하고 정보 제어도 해야 되겠고 그 다음에 중복 투자가 없 도록 그런 사전 조정이 필요할 것이라고 예상을 하고 있습니다. 또 하나 제 가 지금 생각하기에는 2010년경에 세계 시장 10% 장악을 한다고 지금 계획 상에는 되어 있는데 우선 10% 정도 장악을 하려면 산업계 인프라가 가장 먼저 구축이 되어야 됩니다. 그리고 최종적인 시스템 부분은 적어도 산업계 가 주도를 해야 되고 몇 가지 원천기술분야에서도 산업계가 주도를 해야 됩 니다. 그래야 산업계 역량이 커질 수 있고 그 다음에 그러한 경우에 달했을 때 우리가 RP를 확보할 수 있습니다. 우리가 최종적으로 무엇을 하겠다는 것은 우리가 국내적으로, 국가적으로 돈을 벌겠다는 그런 개념입니다. 그래 서 산업계한테 어떤 일정량의 목표를, 어떤 프로그램을 가질 수 있도록 그 렇게 배려를 하는 것이 맞다고 생각하고 있습니다. 끝으로 한가지 간과해서 는 안될 사항이 있습니다. 그것은 사회과학자들이 반드시 고민을 해줘야 될 사항인데 인공지능로봇이 들어와 우리한테 들어오면 실험문제가 굉장히 문 제가 됩니다. 이런 문제를 심각하게 고려해서 기본 계획을 세 워 주셨으면 좋겠습니다. 박 종 오 위원 : 예. 감사합니다. 다음으로는 권문식 센터장님께서 산업계 입 장으로 이 지능로봇기술에 국가가 지원을 해 서 발전대 책 을 세 울 필 요성 이 있는가 당위성에 대해서 한번 언급을 해 주시면 감사하겠습니다. 권 문식 센 터 장 : 예. 저는 자동차 쪽이기 때문에 소위 말하는 전통산업이라 고 요새들 많이 얘기합니다. 그래서 전통산업이란 말을 처음 들었을 때 처 음에 가내 수공업 하는 줄 알았어요. 그런데 그게 우리 얘기하는 것이더라 - 405 -
고요. 그런데 언제부터 자동차가 전통산업이 됐는지 참 저도 좀 그렇습니다. 저도 사실 자동차의 엔진개발을 독자적으로 해서 처음 나오게 된 계기가 91 년도, 92년도 이때 아마 알파엔진 기억하실 것입니다. 이때 처음 나왔습니 다. 그렇다고 해서 지금 우리가 그러면 아! 그때 다 달성했으니까 이제 그건 전통산업으로 하고 이제 신산업을 찾아보자. 조금 이른 것 같은 느낌이 듭 니다. 그 중에서 특히 오늘 주로 얘기가 되고 있는 로봇과 관련된 기술들 따지고 보면 저희들 로봇 관련 기술은 자동차에서 두 가지 정도로 분류를 해서 생각할 수 있는데 하나는 생산자동화 쪽이고 또 하나는 자동차에 들어 가는 자동차 전장 또는 전자 제어부분들에 대한 지능화 부분이라고 두 가지 로 볼 수 있습니다. 생산 자동화 부분은 역시 기계를 만들어야 되고 로봇을 만들어서 라인에 투입을 해야 그것이 산업에 직접적인 기여가 되는 거고요. 그 중에서도 사실 가장 중요한 구동부품이라든가 그 안에 들어가는 요소부 품들, 그 다음에 제어기 이런 것들에 대한 것은 아직 수입에 의존하고 있습 니다. 우리가 10년 뒤, 20년 뒤에 굉장히 멋있는 세계를 얘기하고 있지만 실 상은 지금도 그런 부품들에 대한 국내의 품질 안정성이라든가 기술수준 때 문에 수입에 의존하고 있습니다. 여기 아마 자료를 보시게 되면 8페이지 정 도 보시 게 되면 부품의 한 80%정도를 수입에 의존하고 있다. 국산화율이 한 20% 정도밖에 안 된다 그런 얘기가 있습니다. 스트럭춰나 이런 라인에 까는 그런 철근 구조물 같은 것 다 자체적으로 하죠. 과연 얼마나 핵심 기 술을 우 리가 로봇기술 중에 보유하고 있는가 그래서 이렇게 로봇에 많은 관 심을 가지고 이런 국가사업으로 유도하는 것에 대해서 근본적으로 상당히 반가운 일중의 하나입니다. 단지 그것을 우리가 지금 당장 걸려져 있는 이 런 산업체에서 아주 애타게 찾고 있는 그런 문제를 해결해 주지 못하고 딴 데부터 먼저 찾겠느냐 신산업이라고 하는 그런 새로운 세계만 추구를 할 것 이냐 하는 것에 대해서는 좀 반성을 해야 될 필요가 있지 않나 그런 생각을 듭니다. 그래서 또 한가지 아까 연구소 문제 도 몇 분 이 말 씀 을, 지적 을 잘 해 주셨는데 저희들이 고민이 있었습니다. 처음에 IT 한다고 해서 하다 못 해 전산인력도 그냥 자동차전산인력도 다 밖에 나갔습니다. 작년인가 제작 년인가요. 벤처한다고 해서 있는 인력마저도 다 뺏겼습니다. 또 이제 로봇도 얼마나 많이 뺏길지 걱정이 많이 되고 있습니다. 이렇게 해서 소위 말하는 전통 산업을 사용 사업으로 빨리 바꾸는 것이 과연 신산업 창출의 의미인가 좀 생각해 볼 필요가 있고 선택과 집중 얘기를 제가 요새 많이 듣고 있습니 다. 저도 국가 기획사업 프로젝트 이런 것 몇 번 따라다녀 보니까 가는 곳 마다 선택하자고 그러는데 가는 곳마다 전문가들끼리 모여서 자기 것이 최 - 406 -
고라고 합니다. 오늘도 그런 자리가 아닌가 싶은 생각이 듭니다. 조금 반성 의 여지가 필요하고요. 그 다음에 지금 간단한 현황을 말씀드리면 자동차에 들어가는 부품 중에 지금 현재 간단하게 해서 EF소나타 이런 정도 차 수준 이이면 한 30% 정도가 전기, 전자, 제어부품이 들어갑니다. 그 다음에 고급 차종 같은 경우에는 한 50%에서 55%가 전기, 전자, 제어직종에 해당하는 사람들이 만들어 내는 것이 물건들이 들어갑니다. 그 중에서도 엔진매니지 먼트 시스템이라든가 하이브리드에 들어가는 조금만 모터, 모터를 컨트롤하 는 제어기, 이런 것들은 국내의 과연 어느 연구소에서 어느 산업체에서 그 것 을 서포트해 주고 그런 기술을 개발해 나 가고 있 는 가 죄송합니다만 없어 서요 저희들이 외국에 의존하고 있습니다. 일본에 의존하고 있고, 독일에 의 존하고 있고. 그런 아주 기초적이고 이런 부분들을 또 실제 산업의 GDP에 기여를 당장 해야 되고 우리가 먹고사는데 사실은 급급할 수는 없는 일이지 만 그것이 전부는 다 아닐 겁니다. 단지 그것을 잊어버려서는 곤란할 것 같 습니다. 그래서 우리가 이제 10년 뒤를 생각해 본다고, 또 20년 뒤를 생각해 본다고 하면 지금 현재 GDP 기여를 하고 있는 산업은 어떤 형태이고 10년 뒤에는 어떤 GDP 기여에 대한 포트폴리오를 우리가 가져갈 것인가 또 이것 이 정량적으로 어느 정도 자신감이 있어야 사실은 좀 더 복지사회를 향해서 가고 사회 수준을 높이고 이렇게 하는 것이지 그런 부분들에 대해서 막연한 어떤 감만 가지고는 어려울 것이라고 생각해서 좀 더 정량적이 분석이 필요 할 것 같다고 생각이 들고요. 전통산업 관련해서 다시 말씀드려서 지금 기 존의 어떤 전 주력 산업이라고, 현재 주력산업이라고 말씀드리고 싶은데 그 것에 대응을 전통산업이라고 말씀하시는 분 중에 배경에는 상당히 패션에 의존하겠다고 하는 신기술들이 많이 있습니다. 과연 이것이 한번 했다가 지 나가는 것인가 아니면 과연 이것이 우리 사회의 기반, 근간을 이루는 요소 기술을 개발하는 하나의 시발점이 되고 그것이 과연 우리를 그렇게 복지 국 가로 끌어낼 수 있는가 국가 경쟁력이 그것으로 생길 수 있는가. 이건 좀 다 따져봐야 할 것 같고요. 그래서 장점을 살려서 비즈니스를 또는 산업을 육성하는 방법도 있고요. 약점을 보완해서 좀 더 우리가 잘할 수 있는 방법 이 있는 것 같습니다. 그 두 가지 관점에서 기획단에서는 기존의 우리가 추 진하고 있는 이러한 자동차 산업 같은 데 어떻게 기여할 수 있는가가 조금 더 구체적으로 저도 내용을 긴 시간을 못 봤습니다만 대개가 신산업 창출에 많은 기여를 하는 것으로 연결이 되어 있고 그런 기초기술이나 아주 중요 요소부품 우리 현안 문제를 해결하는 데는 많은 배려가 안 돼 있는 것 같아 서 그때 배려가 되면 훌륭한 프로젝트가 되지 않을까 이렇게 생각합니다. - 407 -
박 종 오 위원 : 예. 감사합니다. 강광남 원장님 오 늘 이 석한 위원장님의 발 표 에 대 해서 국가종합 발전계획의 내용에 대 해 서 혹 시 미싱된 부분이나 그 런 점을 간단하게 짚어주셨으면 합니다. 강 광 남 원장 : 그 발표하신 내용에 대해서는 특별하게 제가 앞의 분들이 다 지적을 하셨기 때문에 말씀드릴 건 없고요. 다만 우리가 국가기술개 발전 략 차원에서 본다면 우리가 목표제시하는 것이 대단히 중요합니다. 아까 제 가 말씀 드렸듯이 현재 우리가 기업의 생산 차원에서 이용할 수 있는 기술 또는 가까운 장래의 기업이 스스로 해결할 수 있는 그런 분야를 정부가 목 표로 삼으면 그것은 그렇게 효율적이지 않을 수도 있습니다. 물론 그것을 전혀 벗어나서 살 수 없다는 것도 정부가 가진 딜레마 중의 하나가 그것입 니다. 어느 정도의 미래 기술을 제시하는가가 정 부로서는 대단히 중요한 비 젼의 제시인데 지금 제시하신 것들에 대해서는 여러 가지 논란의 대상이 됩 니다만 그 파급 효과든지 이런 것들이 대단히 크기 때문에 추진의 가치는 대단히 크다고 생각합니다. 다만 두 가지 제가 다시 강조드리고 싶은 것은 앞의 몇 분의 토론자께서도 말씀하셨듯이 예를 들어서 지금 45페이지에 부 처 별 운 용실용화 기술추진 분야에서 부별로 어 떠 어 떠 한 로봇을 개 발하겠다 이렇게 딱 잘라서 예시를 했는데 물론 이렇게 되지 않으리라는 것도 저희들 이 짐작합니다만 어느 부가 어떤 특정한 로봇을 개 발하 고 다 른 부는 또 다 른 종류의 로봇을 개발한다 이런 것들은 아마 굉장히 우리가 연구개발을 운 영하던 초기 단계에 하던 일이 아닌가. 이것보다는 훨씬 더 효율적인 구성 체제가 가능할 것이다. 이렇게 해서 거기에 대한 개선이 필요하고요. 그 다 음에 마지막에 예산 분야에 있어서 예산의 과다에 대해서는 논란의 여지가 많고 지불 가능성에 관련된 문제도 여전히 존재합니다. 다만 그 예산이 과 다라든가 지불 가능성을 떠나서라도 정부대 민간의 배분문제는 제가 보기에 는 제고의 여지가 있다고 생각합니다. 예를 들어 원천기술 분야의 민간과 정부가 거의 비슷한 수준을 투자를 하게 이렇게 되어 있는데 이것이 과연 민간에서 투자할 그런 여력이 또는 의사가 있는지 응용실용화 분야 같으면 정부대 민간이 오히려 뒤집어 져야 되는 게 않은지 이런 것들에 대해서는 아마도 이 오늘 공청회 참석하신 분들의 많은 의견이 수렴이 되어야 되는 게 아닌가 이렇게 생각을 합니다. 이상입니다. 감사합니다. 박 종 오 위원 : 예, 감사합니다. 이제 마지막 세 번째 이슈인 구체적인 발전 계획의 내용과 추진방안에 대해서는 먼저 여기가 연구개발 사업지원과 인프 - 408 -
라 구축인데요. 여기 연구개발사업 지원에서 생산지원, 인간지원, 국가전략 쪽에서 패널리스트 분들께서 몇 가지 지적을 해 주셨지만 이것은 나중에 플 로어분들로부터 충분한 얘기를 하도록 지금 패널리스트들께 이것을 여쭤보 면 약하겠습니다. 대신 학계, 산업계, 연구계 각각 한 분씩 이제 지능로봇기 술에서 각각 분야가 학계, 연구계, 산업계에서 맡아야 할 일들이 뭔가를 한 번 간단하게 여쭤보겠습니다. 먼저 학계에서 김종량 총장님 한번 간단하게 좀 말씀해 주시죠. 김종 량 총 장 : 예. 감사합니다. 제가 먼저 아까 마이크를 잡고 오늘 토의의 문을 열었습니다. 과연 이 사업의 필요성이라든가 또 우리 국가정책사업 중 에서 가장 과연 이것이 어느 정도의 우선 순위에 접하고 있는가 이런 등등 의 논의가 있었습니다. 다 좋은 말씀을 주셔서 대단히 고맙고요. 필요성에 대해서는 대부분의 말씀을 종합을 해보면 우리 국가의 국부의 수준이라든가 또는 경제적 수준 또는 규모 이런 것을 봤을 때 본 사업은 매우 필요하다 또 시의 적절하다. 특히 시의 적절성에 있어서는 이미 우리의 아까 전통산 업에 대한 개념에 대해서 권문식 센터장께서 별로 좋은 표현이 아니다 말씀 하셨는데 기존의 산업과 연계할 수 있다는 큰 장점이 부각된 측면에서 본다 면 기존 산업과 신기술 이렇게 본다면 상당히 우리들에게 특히 전문가나 국 민적 합의를 이루는데 상당히 도움이 될 수 있는 그런 특성이 아닌가 생각 을 해 보고요. 경제성에 대해서 아까 잠깐 박승록 우리 패널께서 말씀해 주 신 것 중에서 기억나는 것은 역시 투자한 만큼 어떻게 아웃컴, 아웃풋을 끄 집어 낼 것이냐는 부분에 대해서는 역시 산업화 쪽에 상당히 관심을 써야 되지 않겠느냐 이런 말씀, 좋은 말씀을 주셨고요. 또 실현 가능성이 과연 있 는 사업이냐 이런 것에 비추어 봤을 때는 우리가 일단은 인적 자원이 상당 히 인프라가 구축이 돼 있다, 이렇게 표현을 해 주셨습니다. 따라서 좀 늦은 감이 없지 않아 있습니다마는 시작할 필요가 있다 이제 이렇게 대게 잠정적 결론을 내려 주셨습니다. 늘 저희들이 이런 토의 할 때마다 느끼는 것은 늦 었다할 때가 가장 빠른 것입니다. 그래서 오늘 가장 저희들이 적절한 시기 에 이런 논의가 있었고, 앞으로 이것은 국민적, 또는 국가적 사업으로 지속 적으로 추진해 나가야 되겠다하는 그런 어느 정도의 중간적 합의가 이루어 진 것 같습니다. 그럼 과연 이 사업을 추진하는데 있어서 과연 대학이 해야 할 역할은 무엇이냐를 그저 간략하게 한 2분 정도만 설명을 해 드리고자 합 니다. 본 사업은 로봇테크놀로지라고 말씀 하셨는데 거기에 앞으로는 좀 I자 하나 더 붙이면 좀 더 좋지 않을까 이런 생각이 듭니다. 인텔리젼트 로봇 - 409 -
테크놀로지 하면 그래도 좀 신학문을 좋아하는 요즘 젊은이들에게 상당히 인 적 자원을 끄집어내는 데 상당히 도움이 되지 않을까 그런 생각을 하면서 처음 먼저 대학이 할 수 있는 일은 로봇에 필요한 기초기술개발 즉, 원천 기술개발자로서의 지원할 수 있는 그런 인스티튜트가 될 수 있을 것이다. 저 도 오 늘 전문가한테 얘기를 들었습니다마는 엑춰에이러 또는 센서 컨츄얼 러 이렇게 크게 세 부류로 이것이 구성된다고 합니다마는 지금 대학에서 이 와 같은 유사한 연구들을 각 계별로 지금 하고 있습니다. 그래서 이것을 한 데 모을 수 있는 어떤 그 메커니즘이 있어야 되겠다. 그래서 아까 연구소 신설을 말씀을 주셨는데 거기에 또 어떤 대안을 말씀해 주시고 했습니다만 어찌됐든 지금 각 종합 대학의 이 전문가들을 어떻게 하면 한데 결집할 필 요가 있지 않나 이런 생각을 해 봅니다. 그것이 센터가 됐든, 중심이 됐든 간에. 그래서 대학에서 하고 있는 기초 기술개발 또는 즉 원천 기술개발자 로서의 지원할 수 있는 것이 우리 대학의 역할이 아니겠냐 이런 생각을 해 봤 고 요. 두 번 째 로서는 신 기술 융 합 기술을 필 요로 하 는 RT 산 업 을 위해 서 학제간의 교류를 통한 연구 기술개발추진으로서 기술의 융합을 유도하는 데 도움이 될 수 있을 것이다 이렇게 봅니다. 그런데 지금 잘 아시다시피 리스 메이컨 대학이라고 임명관 대학에서는 이미 디파트먼트 OF IRT, 알티가 돼 있습니다. 이렇게 구성이 되어 있습니다. 이것은 벌써 일본같은 데는 우리보 다 좀 더 앞서 가 있는 게 아니겠느냐 그래서 저는 제안 드리기를 신설 학 부를 구성한다든가 잘 아시겠습니다만 가장 개혁의 뒷전만치는 데가 대학입 니다. 솔직히 말씀드려서. 뭐 한데 뭉쳐라 하면 잘 안 뭉쳐져요. 워낙 자기 분 야에서는 자기가 왕이거든요. 총장 말도 잘 안 들어요. 사실 따지고 보면. 그래서 저는 지금 기존에 있는 이 파워를 어떻게 하면 좀 모으느냐 그 측면 에서 몇몇 대학에서는 메커트로닉스라는 디파트먼트가 있습니다. 이것을 조 금만 업그레이드하면 얼마든지 여기에 관심을 쓸 수가 있습니다. 다만 그 동안 왜 이 분야가 뒤쳐져졌냐 하면 지금 정부나 또는 큰 출연연이라든가 이런 데서 솔직히 말씀드려서 돈이 없었어요. 다시 말씀드리자면 전통산업 으로서 완전히 낙후된 것으로 분류되어 버렸습니다. 이 로봇틱스라는 자체 가. 그래서 이번에, 이번 기회에 거기에 좀 신개념을 붙여서, 멋있게 좀 해 서 IRT 분야, 이렇게 해서 좀 젊은이들에게도 매력이 갈 수 있는 분야 이렇 게 좀 홍보, 아까 신문사 여러분들도 나오셨습니다만 여러분들이 이렇게 홍 보도 해줄 필요가 있다 이렇게 생각이 되어 집니다. 그래서 다시 말씀드리 자면 기술의 융합을 이루는데 아주 좋은 기여가 되는데 그것이 대학이 중점 적으로 할 수 있지 않나. 세 번째로는 역시 산학협동이 아주 왕성하게 이루 - 410 -
어질 수가 있을 것이다. 네 번째로서는 교육입니다. 역시 이러한 인적자원이 인재들을 길러내는데 있어서 이 대학원 과정에서는 이미 과정들이 상당히 많이 지금 노출돼 있습니다. 그래서 이런 어떤 모티브에이션을 제공을 해 주신다면, 이런 사업을 통해서 모티브에이션만 제공이 된다면 대학원 과정 에서 학제간의 어떤 협동과정이 분명히 이루어 질 수 있을 것이라고 생각이 되어집니다. 끝으로 지금 단기적으로, 앞으로 상당한 기간이 사람을 기르는 데는 오늘, 내일해서 길러지지 않습니다. 이 IRT 전문가를 기르려면 적어도 제가 보기에는 7년 내지, 7년이라는 것은요. 일단 이 분야에 전공을 하 고, 군대도 한 2, 3년 갔다오고, 석사과정정도 어떤 냄새를 맡아야 비로소 아! 이제 겨우 조금 걸음마 띄었다, 그렇다면 저로서는 한 인재를 육성하는데 한 7년 내지 8년, 미니멈 리콰이어먼트가 그렇게 걸린다고 생각이 되어집니 다. 시간이 엄청 걸리는 거거든요. 사람을 길러낸다는 것이. 그래서 지금 어 떤 생각이냐면 아까 여기 보고에서도 나왔습니다만 지금 현재 산업체에 있 는 전문가들, 또 대학에 있는 전문가들을 단 기 과 정 을 통 해 서 어 떤 통 합 교 과 과정을 하나 구성해서 단기 교육을 시키는 것 이 어떠냐 하는 생각이 언 뜻 듭니다. 결론적으로 말씀을 드리겠습니다. 본 사업을, 본 사업의 성공 여 부는 지금 우리의 우수한 인적 자원들을 어떻게 결집하느냐에 달려 있다고 생각을 합니다. 거기에는 인스티튜트가 중요한 것이 아닙니다. 무슨 센터가 중요한 것이 아닙니다. 그럴 듯한 건물이 중요한 것이 아닙니다. 그리고 프 로젝트의 비용 그것이 중요한 것이 아닙니다. 우리의 소프트웨어, 결국은 브 레인인데요. 이것을 어떻게 잘 유기적으로 모으느냐, 결집시키느냐, 통합시 키느냐 아마 여기에 달려 있다고 생각을 합니다. 감사합니다. 박 종 오 위원 : 예. 감사합니다. 시간이 너무 지난 관계로 산 업 계, 연 구 계 역 할은 나중에 지정토론 답변이나 이제 플로어 질의응답때 자연스레 나오도록 하고요. 오늘 지정토론 여기서 약하겠습니다. 잠시 5분 브레이크하고요. 그 다음에 지정토론에 대한 답변을 한 10분을 줄이겠습니다. 그러면 한 5분 후 에 다시 뵙겠습니다. (박 수) (휴식) 박 종 오 위원 : 아홉 번째 이제 순서인 지정토론에 대한 답변이 있겠습니다. 이 석한 위원장님께서 한 10분 정도 계속 말씀해 주시고 그리고 나서 이제 - 411 -
추가 질문을 받고 그렇게 자연스럽게 해 보겠습니다. 아까 제가 말씀드린 데로 현재 3시 43분이거든요. 한 4시정도 또는 4시 5분까지 끝내도록 하겠 습니다. 그렇게 해서 그 다음에 바로 일반 참석자분들과 질의응답을 하는 것이 더 나을 것 같습니다. 그러면 이석한 위원장님 설 명을 하 시죠. 이 석한 위원장 : 패널리스트들께서 아주 좋은 말씀을 많이 해 주셨습니다. 여러 가지 날카로운 지적도 많이 해 주시고 그 다음에 기획을 위한 좋 은 제 안들도 많이 해주셨기 때문에 저희 기획위원회에 서는 그 말씀해 주신 것을 내용으로 해서 최대한 더 좋은 기획이 될 수 있도록 준비를 하겠습니다. 몇 가지 나왔던 얘기들을 제가 종합을 해 보면 제일 첫 번째는 이 지능로봇기 술이 국가의 기본계획으로서 어떤 프라이어리티를 갔느냐, 그 프라이어리티 에 대한 얘기들이 있었습니다. 그런데 패널리스트들, 많은 분들이 결국은 지 능로봇기술은 산업경제 미래의 우리나라 산업경제라든가 사회라든가 또는 국가 전략상 중요한 기술의 하나다라고 대강은 말씀을 해 주셨습니다. 그런 데 한가지 제가 말씀드리고 싶은 것은 저희가 이 기획을 한 것 은 구체적인 어떤 과제를 도출하는 데 목적이 있었던 것이 아니고 이 지능로봇 기술이 라 는 것이 국가의 기본 계획의 하나로 들어가면서 이 분야를 앞으로 이 분야 에 맞는 많은 과제들이 또는 적합한 과제들이 도출되는 것이 첫째 목적이었 습니다. 그러니까 일단 저의 목적은 기본 계획안이 국가의 다 른 여러 기본 계획과 마찬가지로 중요성을 갖는 그런 안으 로 정착되는 것이 첫 번째 목적 이었다 이렇게 말씀드릴 수 있습니다. 그 다음에 나온 질문들 중에 하나가 이제 앞으로 미래에 얼마나 경제적 가치를 또는 산업적으로 얼마나 가치를 우리에게 부여할 수 있느냐 하는 문제였었는데 이 부분에 있어서는 몇 분께 서 질문을 하신 것 같습니다. 제가 제일 나중에 질문하신 내용의 질문의 기 존산업에 현존하는 문제가 많이 있는데 우리가 어떤 새로운 신산업이라고 해서 이런 것을 도입하는 것이 시기상조가 아니냐는 그런 질문이 있었습니 다. 그런데 사실은 신산업이라고 저희들이 내세우는 지능로봇기술이 기존 의 산업과 경쟁되는 위치에 있는 것이 아니고, 제가 발표 때도 말씀을 드렸습 니다만 이것은 기존산업을 고부가가치화할 수 있 는 기술이 있 기 때 문에 그 것을 통해서 오히려 기존 산업이 더욱 성장하는 그러한 기술이 아니냐, 그 러니까 자동차 얘기를 하자면 제가 사실은 삼성에 처음 왔을 때 미래자동차 에 대한 어떤 기획의 TF팀장을 맡아서 일한 적이 있습니다. 그 당시에는 삼성이 자동차에 관여하고 있었기 때문에 그때 제가 느낀 것이 결국은 앞으 로의 자동차의 경쟁력이라는 것이 현존하는 문제도 많이 있습니다만 이런 - 412 -
지능형 전자 복합된 인티브레이션된 그러한 요소가 상당히 중요하다 하는 것을 많이 느꼈습니다. 그래서 그런 면에서 지능로봇기술을 통 해 서 개 발된 기술들이 그쪽으로 유입돼서 상당히 산업쪽으로 중요한 역할을 할 수 있지 않느냐 또 한가지 제가 말씀을 드리고 싶은 것은 우리가 현존하는 산업도 그렇지만 우리는 항상 흐름을 봐야 됩니다. 세계적인 흐름. 예를 들자면 노 키야가 오래 전에 벌써 정보시대를 예견하고 자신의 주력제품을 정보통신 제품으로 바꿈으로서 현재 핀란드에 부를 안겨다 주는 그러한 결과를 낳았 습니다. 그것은 산업의 흐름, 그러니까 우리 세계인류가 창출하는 부의 서플 러스가 대부분 어디로 가느냐 그 흐름을 잘 따라서 거기에 가야 되는 겁니 다. 그래서 일단은 현존하는 산업의 문제도 있지만 우리가 그 흐름을 따라 서 가지 않으면 우리는 기회를 잃고 마는 겁니다. 그래서 제가 말씀을 드리 는 것은 그 흐름이라는 것이 바로 정보사회와 지능사회가 결합되는 정보지 능화사회가 아니냐. 아이티리프리에서 예견한 것처럼 거기에 시장이 5배나 있다. 그런데 그 시장을 우리는 놓칠 수가 없는 것입니다. 그것은 지금부터 우리가 준비를 해야 된다 이렇게 저는 생각을 하고 있습니다. 세 번째, 연구 소 문제를 많이 거론을 하셨는데요. 사실 연구소가 대학이나 또는 다른 연 구소와 경쟁하면서 예산이 빠져나가고 인력이 빠져나간다면 결국은 또 이것 도 문제가 아니냐 그것도 상당히 일리가 있는 말씀이고 그렇습니다만 제가 요즈음 국가출연연구원에 대해서 기초기술연구원을 통해서 기획평가를 담당 하면서 보니까 우리나라 출연연구원의 기능이 사실은 대학과 경쟁하는 것이 아니라 대학의 힘을 결집하는 어떤 CTO 기업으로 말하자면 CTO의 역할을 해야 한다고 봅니다. 리드를 하면서 결집을 하는 그 기능이 여태까지 약화 되어 있었는데 제가 보기에는 그 기능이 점점 이제는 강화되고 있다고 생각 합니다. 그래서 이 연구소라는 것이 거기서 연구를 다 한다는 얘기가 아니 고 많은 원천 기술이 대학에서 이루어지고 또 많은 실용기술이 기업 에 서 이 루어지지만 이 연구소를 중심으로 전략을 세우고 CTO의 역할이죠. 전략을 세우고, 방향을 세우고, 시너지가 나게끔 해주는 그런 역할이 필요하지 않느 냐 그건 반드시 이름이 연구소라기보다는 센터여도 좋고 어떤 프로그램이어 도 좋고 그러한 것이 되어야 될 거고. 또 이 조직에 영구히 있을 필요도 없 습니다. 사실은 우리가 어떤 목적을 달성할 때까지 한시적으로 존재해도 상 관이 없을 것으로 생각합니다. 그 다음에 이제 또 한가지 지적 은 우 리 가 로 봇 하면 융합기술인데 여기는 이제 의사도 들어 와야 되고, 법학하시는 분 도 들어 와야 되고, 사회학하시는 분도 들어 와야 되고 사실은 그것은 지당 한 말씀이고 상당히 옳은 말씀입니다. 그래서 앞으로는 이런 기획사업에 다 - 413 -
양한 분야의 분들을 모시고 더욱 더 완성도를 높여 나가도록 하겠습니다. 그러나 아까도 말씀드린바와 같이 저희가 기획하는 것은 국가기본계획의 안 을 내는 것이지 과제 도출은 아닙니다. 그러니까 우리가 이제 차차 좀더 자 세한 내용으로 들어 갈 때 이런 분들을 모시고 좀더 내용에 충실하도록 노 력하겠습니다. 그 다음에 예산문제가 마지막으로 많이 거론이 되었는데요. 사실 이 예산은 이것은 하나의 안이고 이것은 많은 조정을 거쳐야 되는 것 이기 때문에 그냥 큰 심각성이 없이 받아들여 주셨으면 좋겠습니다. 단지 한가지 말씀드리고 싶은 것은 예산중에서 실용화, 그러니까 원천기술은 정 부쪽에서 많이 헌딩을 하고 그 다음에 민간은 적게 하고 그 룰은 맞는 룰입 니다. 그러나 이제 원천기술이 발전하면서 이것이 실용화로 가면 서 기업 에 많이 투자하는 식으로 아마 예산이 짜여져 있습니다. 그리고 실용적 그쪽은 사 실 지능로봇기술이 범부처적 기술이라고 말씀드렸는데 이러한 범부처적기 술을 실현하면서 사실은 보건복지부 같으면 병원이나 이런 구조도 지금의 구조에서부터 좀더 시스템매틱하고 그러니까 이런 엔지니어링이 많이 포함 된 이미 정부가 포함된 병원 시스템이 그쪽으로 진행되고 있고 앞으로 지능 로봇기술 같은 엔지니어링이 많이 포함된 병원시스템으로 바뀌어 가고 있습 니다. 그러한 것을 하기 위한 그런 어떤 필요한 그러한 예산이랄까요 그런 것들이 부처내에 필요한 것이기 때문에 같이 포함되어 있는 관계로 아 마 예 산이 그렇게 늘었지 않았나 그렇게 생각하고 있습니다. 그러나 다시 말씀드 리지만 예산문제는 좀더 자세한 내용이 진행되면서 얼마든지 조정이 가능한 이것은 하나의 안에 불과한 것이라고 말씀을 드리겠습니다. 이 정도로 제가 답변을 드리고 마치겠습니다. 박 종 오 위원 : 예. 감사합니다. 지금 다른 고려할 사항이 있는데요. 시간이 한 20분 원래 좀 늦어졌지 않습니까? 그런데 그것을 한 20분 정도만 하면 될 걸로 알았는데요. 4시 30분에 이 회의실을 비워줘야 하는 모양입니다. 그 래서 여러 가지 아쉬운 점이 있지만 바로 플로어하고 바로 디스커션에 들어 가도록 하겠습니다. 그것이 이제 여기 모처럼 바쁜 시간 내주셔서 오신 분 들께 대접으로 생각하고요. 그래서 마지막 열 번째는 일반참석자들과의 질 의응답 및 토론을 4시 30분 내지는 바깥에서 뭐라 할 때까지 진행을 한번 해보죠. 그러면 여기 키스텝에서 질문쪽지 있지 않습니까? 그것을 적으셔서 직접 질문을 하셔도 되고요. 아니면 저희쪽으로 주시면 제가 대신 여쭈어 보든지 그렇게 하겠습니다. 그래서 키스텝분 하박사님께서 한번 직접, 그러 니까 키스텝에서 두 분이 돌아다니실 테니까 설문지를 주시든지 아니면 직 - 414 -
접 하시든지 하시죠. 예, 그러면 자연스런 오픈 디스커션을 하겠습니다. 그 러니까 여기서 질문을 많이 하시고 그러면 그 다음 기획팀에서 좀 더 상당 히 내실있게 더 하실 것으로 생각이 되기 때문에 여러분들의 질문이 상당히 중요할 것으로 생각이 됩니다. (한 분 일어남.) 이 석한 위원장 : 마이크를 좀 저쪽에 갖다 주세요. 질 의 자 : 예, 안녕하십니까? 저는 경상북도 과학기술진흥과 서상식이라고 합니다. 저희들은 99년부터 한국지능로봇경진대회를 개최하고 금년까지 4회 에 걸 쳐 서 지능로봇경진대회를 개최했습니다. 거기에 대한 문제점이라든가 경과를 잠깐 말씀드리겠습니다. 처음에는 지능로봇경진대회를 할 때 우리나 라 에 서 지능로봇 연구소가 몇 개가 있는지 어 디 서 연구를 하는지 그것조차 도 몰랐습니다. 그런데 4회 정도하고 나니까 지금 현재 지능로봇을 연 구 하 고 있 는 국가기관에서 물론 하고 있는데도 있고 대학에서도 하고 있는 데가 있습니다. 그런데 그 숫자는 그리 많지는 않습니다. 초창기에 할 때는 저희 들이 1회 대회 때는 21개팀이, 29팀이 실제로 심사에 참석을 했 고 요. 신 청은 한 50개팀 정도 됐습니다. 그리고 2회 대회 때는 23개 정도가 팀이 참석을 해서 경쟁을 했고요. 금년도에는 한 60개 정도의 팀이 참가신청을 했는데 실제로 심사에 참가했습니다. 그런데 그 결과를 대충 보면 지능로봇의 대 학 하고 연구소에서 나온 것들이 대부분 우리나라에서 아까 얘기했지만 요소기 술이라든가 기반기술이 부족하기 때문에 지금 어느 정도의 한계에 와 있는 것 같습니다. 그 한계는 어떤 것들이 있는가 하면 기본적인 센서기술, 센 서 기술하고 음성인식이라든가 여러 가지 센서기술에 따 른 기술의 한계가 있 고 두 번째는 구동장치 하드웨어쪽에 문제가 있는 것 같고 세 번째는 소프트웨 어쪽에 아직까지 미흡하다고 나오는데 그래서 저희들이 해본 경험으로 보면 우선 국가에서는 요소라든가 하드웨어쪽에 기본이 되는 이런 쪽에서 초점을 주셨으면 좋겠고 실제로 로봇을 한 개 제작 을 하는데 상당히 많은 돈이 듭 니다. 대학원생들이 대부분 사비를 털어서 천만원 내지 어떤 데는 한 5천만 원정도에 달하는 로봇을 지금 제작하고 있는데 이것을 국가에서 지원할 수 있는 체제로 바뀌었으면 좋겠습니다. 물론 저희들도 시상금을 금년도에는 6 천7백만원을 저희들도 줬습니다. 그런데 이것을 가지고는 로봇을 연구하는 데 굉장히 부족합니다. 그래서 저희들은 국가에서 될 수 있으면 지능로봇을 - 415 -
연구하는 팀을 연구신청을 하면 어느 정도의 연구비를 지원할 수 있는 제도 를 해 주 시고 그 로봇을 창출한 기술들을 다시 종합하고 가공하고 또 로봇을 연구하는 사람한테 정보기술을 줄 수 있는 그 런 연 구 소가 반 드 시 필 요하 다 고 생각합니다. 그런 쪽에서 초점을 주셨으면 감사하겠습니다. 박 종 오 위원 : 이석한 위원장님 커멘트 특별한 거 없습니까? 이 석한 위원장 : 제가 커멘트 해도 좋고 또는 패널리스트들께서 아무나 거 기에 대해서 커멘트를 하셔도 좋을 것 같습니다. 아까 제 발표 때도 말씀을 드렸습니다만 로봇기술이 그러니까 로봇경진대회 같은 것을 통해서 청소년 들 또는 일반인들에게 과학의 중요성이나 마인드를 심어주는 데는 굉장히 큰 역할을 할 수 있습니다. 그런 면에서는 아마 국가적으로 그런 면에 대해 서 더욱 활동을 확장하고 그 다음에 투자도 지금보다도 많이 늘려야 될 것 으로 생각합니다. 제가 일본의 로봇 페스타라고 하는 그런 경진대회가 있어 요. 마이크로로봇 경진대회. 거기 심사관으로 참석했는데 일본에는 돈을 내 고 그런 곳에 와서 전시도 구경하고 하는 열의랄까 그것이 대단합니다. 그 런 것을 통해서 아마 청소년들이 과학이라든가 엔지니어링에 대한 어떤 기 본 소위 자질이라든가 그런 것을 기를 수 있다면 국가적으로 상당히 큰 도 움이라고 생각합니다. 박 종 오 위원 : 또 다른 질문 없으십니까? (한 분 일어남.) 질 의 자 : 현대중공업 비젼연구소에서 근무하는 허종석이라고 합니다. 제가 드리는 말씀은 질문은 아니고요. 산업용로봇 분 야에 대 한 현 황 을 좀 강 조 하 고 싶어서입니다. 당사는 산업용 로봇을 설계하 고 제조하고 판매하는 회사 입니다. 국내에서 대기업으로는 저희가: 거의 유일하고 삼성전자가 자사 의 조립을 위해서 사내에 로봇을 운영하고 있는 것 으 로 알 고 있습니다. 현재는 자동차나 조립하는 쪽에 포커스가 맞추어져 있습니다만 앞으로 여타산업으 로의 파급효과가 굉장히 클 것으로 예상이 됩니다. 지금 논의하고 있는 지 능로봇 산업도 이런 기존에 기존로봇 기술기반 을 창출해 그 위에다 인포메 이션 테크놀러지를 적합시키는 그러한 구도가 된다고 그러면 산업연구용의 기술발전과 산업화가 성공적으로 되는 것이 전제되어야 할 것입니다. 국내 - 416 -
산업연구의 현황을 보면 공급측면에서 외국업체들이 거의 시장을 장악하고 있고요. 저희 같은 경우는 현대자동차가 저희 것을 많이 사용하고 있습니다 만 저희 스스로도 굉장히 어려운 현실에 있습니다. 저희 스스로는 경쟁력 있게 잘 해보려고 노력을 하지만 개별 기업으로서 선진 업체들과 경쟁을 하 기 위한 경쟁력을 갖춘다는 것이 사실은 현실적으로 굉장히 어렵습니다. 그 이유로서는 지금 국내시장이 한계에 와 있고요. 그 다음에 개발해야 될 기 술의 종류나 깊이는 굉장히 넓고 깊은데 비해서 연구인력이라든가 재원의 한계라든가 하는 문제점들이 있습니다. 다 아시다시피 다 지적이 됐습니다 만 핵심 부품들 모터라든가 감속기라든가 정밀베어링이라든가 이런 부분은 다 수입에 의존해야 되고요. 그 다음에 학교나 연구소에 기술들이 산재해 있다고 하지만 그것을 집결해서 우리가 필요한 것을 적기에 공급해 줄 수 있는 그런 체제가 안되어 있고 하는 여러 가지 이유로 해서 굉장히 어려움 을 겪고 있습니다. 그래서 이게 개별기업 차원에서는 이런 것들을 독자적으 로 해결을 해서 경쟁력을 갖춘다는 게 현실적으로 굉장히 어렵기 때문에 국 가가 이런 데 기반을 구축하는 데 적극적으로 지원을 해 야 한다 고 생 각 을 하고 있고요. 이 공청회 이후의 기획사업의 일정이 어떻게 되어 있는지는 모르겠습니다만 저희가 계획을 수립하는데 조금이나마 참여할 수 있도록 기 존에도 참여를 하긴 했습니다만 그런 기회를 계속 주신다면 적극적으로 참 여해서 의견을 반영할 수 있도록 노력하겠습니다. 이상입니다. 박 종 오 위원 : 현대의 질문, 의견에 대해서 또 다른 의견이 있다든지 또는 반론이랄지 자유스럽게 얘기를 한번 해 보시죠. 플로어에서요. 어떻습니까? (아무도 대답하시는 분 없음.) 이 석한 위원장 : 일단 준비하시는 동안 일단 참여문제 는 여기에 계시는 어 떤 분이라도 앞으로 기획활동에 누구든지 참여하실 수 있습니다. 그러니까 임용택 전문위원께서도 얘기가 있었지만 우리나라의 로봇하시는 분들 모두 총망라해서 인풋을 우리가 인터넷이나 또는 여러분들이 직접 기획위원으 로 참여하셔서 활동하셔도 좋습니다. 오픈되어 있으니까 언제고 기탄없이 말씀 해 주십시오. 박 종 오 위원 : 얘기를 너무 단락적으로 진행되는 것보다는 저렇게 한쪽에 서 이슈를 하셨으면 거기에 대해서 동의하시는 분 또는 이제 그 보다는 이 - 417 -
런 관점이 있지 않겠느냐는 그런 의견을 제시해 주시는 것도 좋을 것 같습 니다. 이미 아까 패널리스트분들에서는 여러 가지 의견이 나오기도 했었습 니다만 어떻습니까? 모처럼 여기까지 오셨으니까 한 말씀하시고 가셔야지 요. 산업계에서 하셨으면 그러면 산업계말고 학회나 연구소에서 한 말씀하 시면 자연스럽게 대비가 될 것 같긴 합니다만. 윤 정 로 교수 : 제가 그럼 한 말씀을 드리겠는데요. 지금 하신 말씀에 대해 서 저 는 굉장히 사실 이런 분야의 제가 전문가가 아니고 하지만 인문사회과 학을 하는 사람, 또 국민의 입장에서 볼 때 굉장히 합당하다고 생각이 됩니 다. 아주 펜시한 것을 만들어 상상력을 동원해서 만들어 내고 그러면 그 다 음에 그것의 수요와 시장도 창출을 해내야 합니다. 그렇지만 지금 하신 말 씀을 들어보면 현재 시장이 있고 그 다음에 이미 어느 정도 기술도 있고 그 런데 우리가 뭔가가 하여간에 빠져있기 때문에 우리가 우리 것을 훨씬 더 업그레이드하고 시장점유율도 높일 수 있고 그런데 못하고 있는 부분이 분 명히 있다는 그런 말씀이신 것 같아요. 그래서 제 생각에는 그리고 기술이 라고 하는 것이 글쎄 제가 너무 소박한 생각인지 모르지만 원천기술이라고 하는 것은 어디에나 다 기본이 되는 공통기술 아니겠습니까? 그러니까 그 공통기술이 무엇인가 지금 계속 말씀하시는데 들어 보니까 로봇기술에 서 제 일 중요한 게 센서 그 다음에 엑츄에이터라고 하는 것이 모터 아니겠어요? 부동 기술을 하 는 걸 거 고 요. 완 전히 영어 상식에 의한 겁니다만 서도. 그 다 음에 컨트롤하면 이건 IT를 활용해서 컨트롤하는 거 아니겠어요? 그 다음 에 보수하고요? 그러면 이렇게 원천기술을 개발을 하고요. 그것의 응용에 대해서 그러니까 원천기술을 우리가 아이덴티 파일을 하고 그 다음 우리가 잘하는 부분, 못하는 부분, 부족한 부분이 분명히 아실 것 같아요. 전문가들 이 그렇게 하신 다음에 그것의 활용이라고 하는 것은 지금 말씀하신 대로 기존에 이미 용처가 있는 곳을 더 확대하고 더 우리가 세계에서 경쟁력을 높일 수 있는 부분에 집중을 하고 그 다음에 새로운 욕구에 대한 어떤 감지 라든가 창출이라고 하는 것은 또 우리 사회의 발전의 방향이라든가 아까 말 씀하신 세계시장의 흐름이라든가 이런 것을 생각해서 그쪽 부분으로 원천기 술을 놓고선 분기를 시키면 훨씬 더 우리 자원을 효율적으로 활용하면서 다 른 사람들에게도 현재 우리가 뭐가 필요하니까 이것도 하고 그 다음에 앞으 로는 이런 방향으로 더 나아갈 수 있고 해서 훨씬 더 설득력이 생기지 않을 까 그런 생각이 듭니다. - 418 -
박 종 오 위원 : 여기에 대해서 의견이 있거나 다른 코멘트 없으십니까? 예. (한 분 일어남.) 질 의 자 : 저는 KIST의 오상록이라고 합니다. 오늘 공청회를 하 는 목적이 방 금 윤 교수님께서 지적하신 그런 것들을 해결하기 위한 것이 오늘 공청회 목적이 아닌가 그렇게 생각을 하는데요. 오늘 공청회의 내 용은 아 까 이 석한 위원장님께서 말씀하셨듯이 과제기획이라기보다는 지금까지 우리나라의 정 부에서 많은 지원도 했고 했는데 또 산업체에서도 많은 기술을 가지고 있 고 또 리드도 있다고 했는데 과연 무엇이 빠져있기 때문에 제대로 발전하지 못 하고 있는가. 그 해답은 바로 지금 우리가 목표로 하는 이런 기본계획이 없 다라는 것이 바로 이유가 되겠습니다. 참고로 말씀을 드리면 저희도 기획에 참여하면서 자료를 조사해 보니까 지난 6, 7년 동안에 과기부와 산자부를 제외한 국방부, 노동부, 농림부 하여간 각 부처에서 6, 7년 동안에 무려 200 여개 과제의 로봇지원 과제가 있었습니다. 저희도 깜짝 놀랐습니다. 그런데 그 액수가 얼마였냐 하면 개당 오백만원짜리 과제에서부터 맥시멈 5천만원 짜리 과제가 넘는 것이 없었습니다. 즉 많은 부처에서 굉장히 필요성을 인 정하고 있지만 산발적으로 로봇지원이 되고 있다는 얘기죠. 이런 것들이 지 금 우 리 가 목표로 하는 기본계획이라고 하는 어떤 체계를 갖춰 놓고 종합적 인 전략을 세우고 급한 것부터 필요한 것부터 시장을 형성할 수 있는 것부 터 체계적으로 추진하지 않으면 또 다시 많은 돈을 넣어봐야 10년 뒤에 아 무런 것도 얻지 못하고 로봇의 입장에서는 역시 후진국으로 되지 않을까라 는 것이 저희들 기획에 참여했던 사람의 걱정이었습니다. 따라서 하나 더 예를 들어 보면 액춰에이터 말씀하셨는데 아까 권센터장님께서 액춰에이터 도 말씀하시기를 우리나라에서 그런 데를 찾지 못했습니다. 이런 말씀을 하 셨는데 사실 연구소나 학교에서 액춰에이터, 스몰 액춰에이터라든지 큰 액 춰에이터도 마찬가지입니다만 원천기술 어느 정도가지고 있습니다. 디자인 할 수 있고 실제로 만들어서 사용할 수도 있습니다. 그런데 모터라고 하는 것 자체가 상품화되기 위해서는 굉장히 많은 돈이 들어가야 됩니다. 즉, 어 느 기업체도 모터의 생산라인을 설치를 할 만큼 엄두가 나지 않는 것이죠. 기술이 없어서가 아니고 정책적인 뒷받침이 없어서입니다. 그래서 저희가 몇 번씩 산자부나 과기부를 통해 모터가 중요합니다. 로봇을 하 기 위해 서 굉장히 중요하니까 모터를 개발합시다. 그러면 대개 모터를 개발하는데 개 발비 한 5억, 그 다음에 생산하는데는 몇 십억 이렇게 듭니다. 그러면 일단 - 419 -
개발부터 해보자 5억도 좀 많으니까 전체 예산에 밸런스를 맞춰서 한 1억만 해봐라. 그러면 5억을 목표로 했을 때 나올 수 있는 모터가 1억을 주고 나 서 개발이 되겠습니까? 절대 안 되는 것이죠. 따라서 종합을 해서 말씀을 드리면 전체 지능로봇기술의 입장에서 즉 로봇의 입 장에 서 리드도 있고 어 느 정도 우리 인프라도 갖추어져 있다고 생각합니다. 단지 그것들을 전체적 으로 엮어줄 기본 계획, 전체적인 전략이 없었다라는 것이 현재까지의 문제 라고 저는 생각을 하고 있고, 따라서 그런 것들을 해결하기 위한 지금이 적 기다 왜냐하면 이위원장님께서 말씀을 하셨습니다만 시기적으로 보나 또 우 리가 가진 능력으로 보나 지금이야말로 우리가 로봇에 뛰어들만한 적기다라 고 하는 것을 강조를 드리고 싶고 그렇게 하기 위해서는 바로 우리가 오늘 세웠던 이런 기본계획이 필요하다, 정부의 전체 입 장을 대변할 수 있는 기본 계획이 필요하고 이제부터 여기에 맞춰서 각 부처에서 실시하고 있는 과제 라든가 각 학교에서 하고 있는 연구라든가 연구소에서 실시하고 있는 연구 들을 방의 한 방향으로 몰아보자 하는 것이 우리의 공청회 목적이 아닌 가 생각을 합니다. 그래서 제가 기획위원을 대변해서 말씀드린 것 같은데 그런 것은 아니고 여기 오늘 참여하신 분들께도 그런 입장에서 어떻게 하면 기본 계획을 국가적인 기본계획으로 수립할 수 있게끔 하겠느냐 하는데 의견을 많이 내주셨으면 좋겠고 기본계획에 이러이러한 것들이 빠져 있지 않았느냐 라고 하는 면에서 코멘트를 해주시면 저도 기획에 참여했던 140명 중에 한 사람으로서 앞으로 남은 추후 작업을 하는데 많은 도움이 될 것 같습니다. 이상입니다. 박 종 오 위원 : 오박사님 역시 말씀 잘하십니다. 권 문식 센 터 장 : 중간에 말씀하시다가 말씀이 나와서 이제 제가 좀 말씀 받겠습니다. 우선 모터에 대해서 잠깐 말씀을 하셨는데요. 우리가 첨단생산 시스템이라고 해서 지수형 프로젝트를 91년도, 92년도에 기획을 해 서 그 안 에 그런 요소부품에 대한 개발을 했고요. 중간에 아마 공작회 협회가 중심 이 돼서 NCO 연구조합에서 공작기계용, 정밀제어 가능한 모터맨 모터드라 이브 시스템을 개발한 적이 있습니다. 아직까지도 국내에서 상용화가 안되 고 있습니다. 단지 그것은 기술이 있는데 재원이 부족해서 이렇게 됐다고는 보지 않고요. 기술의 깊이라든가 실제로 응용할 때 여러 가지 문제점 같은 것들이 충분히 걸러지지 않은 상태이기 때문에 상용화하기에는 아직 기술적 으로 안정이 안 됐다고 저는 판단을 합니다. 아마도 유사한 엑춰에이터 뿐 - 420 -
만 아니라 이런 제어기도 마찬가지고 센서기도 마찬가지일 것입니다. 우리 나라도 비슷한 센서들이 많이 있지만 실제 해외에 수출하는 고급제품에다 그런 센서를 달아서 만약에 문제가 생겼을 경우에 그 제품 전체가 다 문제 가 생기고요. 그 다음에 회사의 브랜드 이미지가 없어지는 것, 떨어지는 것 은 이유도 아닙니다. 국가의 공신력 자체가 떨어지는 그런 상태, 아주 예민 한 기술들이거든요. 충분한 검증이 있어야 되고 그것에 대해서 사실 검증을 위한 그 런 어떤 프로그램을 기획을 하기 위해 서 고 민 을 하 면 굉 장히 반 가운 일입니다만 이것이 로봇이라는 이름하에서 하다보니까 조금은 상업화에 너 무 초점이 맞춰져 있고 아까 보시다시피 인공지능 이렇게 무슨 어퓨게이션 영역을 많이 이렇게 함으로써 상당히 그 또 하나의 방향은 방향입니다. 그 렇게 하다보면 핵심기술이라고 하는 깊이 있고 정말 꼭 해야 되는 안 하면 죽는 그런 기술들에 대해서 혹시 우리가 부수적으로 생각하지 있지는 않은 가. 그래서 이번 기획사업을 하시면서 아까 그 설명을 쭉 들어 보니까 제일 마지막에 파급효과 이렇게 해서 고부가가치화 할 수 있다라고 말씀하신 것 에 대해서 저는 조금 반대의견을 제시를 합니다. 그것이 파급효과가 아니고 그것이 개발의 주력이 되어야 된다고 생각을 하거든요. 나머지 사실은 그것 을 통해서 어떤 지능형 강아지를 만든다든지 또는 가전제품을 지능화 한다 할지 이런 것들은 가만히 기본기술만 있고 기본요소부품 만 정확하게 우리가 확보를 해 놓고 있으면 산업체가 가만히 있어도 돈 되는 일이기 때문에 다 합니다. 그거 왜 돈 되는 일이고 정말 좋은 제품이 나와서 국가경쟁력에 기 여하고 세계에서 그만한 제품을 인정받을만 하면 산업체에서 왜 안 뛰어들 겠습니까? 그것을 위해서 국가기본계획으로 확보를 하자는 것은 전 좀 반대 에요. 차라리 진짜 아쉬운 게 뭐고 진짜 못하는 것이 뭔지에 대해서 좀 분 야를 적게 잡고 밖에서 보기에 팬시하게 안 보이더라도 그 부분에 집중적으 로 투입을 하고 인력양성도 하고 업체도 육성하고 그거 지금 못하는 이유는 아마 여러분들이 실제 산업체에서 경험을 해 보시면 정말 정말 안타까우실 거에요. 그런 부분을 기획에서 관심을 더 가지시고 아직도 우리는 산업이 그렇게 어느 정도 수준에 올라와 있지는 못합니다. 그 수준에 올라와 있지 못한 것에 대해서 조금 더 깊이 우리가 느끼고 그것을 기획사업이나 이런 것을 할 때 반영해 줘야 되지 않겠는가 그런 코멘트입니다. 이 석한 위원장 : 그 부분에 대해서는 제가 답변을 드리겠습니다. 사실 지금 하신 말씀이 상당히 중요한 말씀입니다. 저희가 지금 소니의 드림로봇이 상 당히 여러분들이 보시기에 아주 팬시한 춤도 추는 로봇인데 그 소니의 드림 - 421 -
로봇이 성공한 이면에는 그 모터, 거기에 들어가는 모터의 소위 말하자면 출력밀도라는 게 있습니다. 그러니까 파워트웨이트 레이션 파워트 볼륨 레 이션인데. 그게 보통모터의 5배 또는 6배까지 올렸다고 합니다. 그런데 그게 왜 어떻게 올라갔느냐 하면 그 모터 자체의 기술만이 아니고 모터에다 컨트 롤러를 완전히 인베드 시켜서 컨트롤러가 필요 없어졌어요. 그만큼 와이어 링 한다던가 이런 것이 다 없어졌기 때문에 총체적으로 5배 출력 밀도를 높 이게 된 것입니다. 그러니까 저희가 그런 요소기술의 중 요성 을 간과하는 게 절대 아닙니다. 그러니까 기획에서 이미 우리는 핵심기술을 두 가지로 원천 기술을 두 가지로 나눠서 하나가 핵심원천기술이 고 또 하 나 가 요소부품 기술 인 데 요소부품기술 중에 큰 포지션을 차지하 는 게 그러니까 센서하고 엑츄 레이터 기술 그런 것을 다 감안하고 있습니다. 우리가 그냥 팬시하게 진행 을 하자 이런 정도로 생각하는 게 아니고 그것을 이루기 위해서 어떤 요소 기술이 필요한가를 우리가 철저하게 분석을 하고 있는 것입니다. 그런데 물 론 자동차하시는 분이시니까 모터의 중요성을 많이 강조하시지만 그러나 또 다른 면에서 IT하고 결합된 어떤 지능시스템이라든가 이런 큰 시장의 면에 서는 또 감지기술이라든가 또는 지능기술이라든가 이런 원천기술이 또 들어 있기 때문에 그런 밸런스를 우리가 다 맞춰서 우리가 기획을 해 야 될 것 으 로 생각이 됩니다. 그러니까 저희가 절대 중요한 요소기술을 간과하고 있지 는 절대 않습니다. 박 종 오 위원 : 어디에 중점을 둘 것인가는 오늘 결론이 나기는 힘들 것 같 고 그 대신에 전체 작업에서 여러 가지 생각이 다른 분들께 충분히 전부 참 여를 하셔서 충분히 다시 한번 디스커션을 할 기회를 갖음으로써 해결이 되 지 않나 생각합니다. 그래서 그렇게 생각을 하고요. 질 의 자 : 저는 한양대학교 김인영이라고 합니다. 저는 이 과제 처음에 기획 할 때 잠시 참가를 했었고 저는 의공학과에 있는 교수이고 저는 원래 의사 였기 때문에 기획에 참가를 했었습니다. 기획을 하 면 서 가장 많 이 느 낀 게 과연 로봇은 누가 하는 것인가 하는 질문을 조금 생각을 했었거든요. 기계 를 원래 하셨던 분인가? 아니면 지능로봇을 하 기 위해 서는 어 떤 인 공지능을 하신 분이 많이 하셔야 되는 일인가 또는 여기에 아까 어플리케이션 분야라 고 하는 데 보면은 BT NT에 어플리케이션 한다. 과연 지금 하고 있는 기 존 의 로봇을 연구하고 계신 분들이 과연 BT를 얼마나 이해하고 계신가 그 런 의문을 가지고 있었거든요. 제가 오늘 말씀드리고 싶은 것은 사실 아까 - 422 -
연구소, 산업계 그런 데서 말씀드렸기 때문에 학교에 있는 사람으로서 인력 양성이나 어떠한 지금 하고자 하는 그런 기본계획을 성 공적 으 로 성취하기 위해서는 저희 총장님도 잠깐 말씀하셨는데요. 실제 어떤 기계를 하는 사람 그 다음에 지능로봇, 휴먼노이드 로봇을 만 들 기 위해 서 인체를 이해할 수 있는 사람, 그런 전체적인 것을 이해하고 뭔가 개발할 수 있는 능력을 갖춘 사람을 키워내야 한다는 그런 입장이거든요. 그래서 여기 교육부에 계신 분 이 아 마 와 계시지는 않을 거라고 생각을 하는데요. 과기부나 이런 데서 전 체적 인력양상이라는 측면을 생각할 때 앞으로 전체적인 기술 RT라는 기술 이 저희 기술 논의할 때 보면 상당히 휴전테크놀러지거든요. IT도 아니고 그렇다고 어떤 기계적인 것, 전기전자 오리엔테이션이 돼 있는 그러한 기술 이 아니기 때문에 그런 전체적인 것을 할 수 있는 어떤 인력양성 방안 그런 것을 좀더 교육부하고 과기부하고 과기부에서 아마 그런 인력이 필요하다는 것 은 교육부에 요청할 수 있는 문제라고 생각을 하니까요. 아마 그리고 여 기 임관회장님께서도 충분히 요청하실 수 있는 위치에 계실 거라고 생각을 하고요. 그래서 그런 쪽에 인력양성측면에서도 많이 신경을 써줬으면 하는 바램입니다. 박 종 오 위원 : 여기 방 금 임관 회장님이 언급이 됐습니다만 지금 여기 임 관 회장님과 변증남 교수님께서 나란히 앉아 계십니다. 그래서 오디언스는 오디언스입니다만 나름대로 상당히 비중이 크신 분 같아서 한번 모셔서 간 단히 짤막하나마 소중한 말씀을 듣는 것도 좋을 것 같습니다. 한번 임관회 장님 잠시 오셔서 좋은 말씀 부탁올립니다. 저희들 박수로 맞죠. (박 수) 임관 회장 : 저는 사실 오늘 모럴 서포트를 하기 위해서 나왔습니다. 저희 는 전문가가 아니고 이 분야의 이석한 전무 제가 아주 상당히 존경하는 라 이센스다 서포트하러 왔습니다. 그런데 제가 옛날 카이스트에 있을 적에 그 때 로봇 이런 분야들을 중점 연구과제로 추진했습니다. 그런데 그게 로봇인 경우에 돌이켜 보면 가장 발달이 안된다 후회하고 있습니다. 다른 것들은 발달이 되어서 결실이 된 것 같은데 이쪽은 잘 안됐는데 지금은 국가기본계 획을 만들어서 제가 보기에는 각 부처에다 책임을 지도록 그러니까 우리나 라 과 학 기술부의 책임이라고 하는 것은 기초과학, 기초기술의 서포트, 산자 부의 책임은 산업기술의 서포트, 그러니까 모터가 안 만들어진다고 하는 것 - 423 -
은 산 업 자원부의 책임이고 또 로봇에 필요한 운 영수학 자가 모 자란 다 이 런 것들은 과학기술부가 교육부에 얘기해서 만들어 내는 거거든요. 그래서 과 거와 같이 그냥 정부보고 뭐 해달라고 그러지 말고 이것은 과기부, 이것은 산자부, 이것은 교육부 해서 책임을 지는 그 런 기획을 만들면 어떨까 생각 을 합니다. 그래야 10년 후 지나서 뭐가 안됐을 경우에는 누구의 책임이다 이렇게 될 것입니다. 그래서 그때 카이스트에 있을 적에 로봇 기획을 하 면 서 일본에 가서 파낙이라는 회사에 방문을 해서 당신이 로봇에서 제일이라 는데 도대체 어떻게 성공을 했느냐 그랬더니만 가장 중요한 게 디시서브 모 터의 개발이라고 했습니다. 일본사람들이 상당히 하드웨어 분야에 리더십을 갖고 있는데 미국가서 들어 보니까 일본이 그런 하드웨어는 잘 하는데 소프 트웨어는 아직도 멀었다 이런 얘기를 미국에서 하더라구요. 그래서 우리나 라 현 시점에서 필요한 것 그것을 조금 더 자세히 하셔서 가령 우리가 중점 적으로 투자해야 될 곳이 기술부분에서 ABC다 하는 것을 명기해 주시면 세일하는데 좋을 것 같고 그 다음에 아까 예산에 대해서 얘기가 나왔는데 저도 거기에 돈을 너무 크게 엔비셔스하게 잡으신 것 같은데 그것을 처음에 시작할 적에 작게 잡더라도 그것이 성공하게 되면 자연히 돈이 오게 되니까 그런 전략으로 가는 게 좋겠다 그렇게 생각됩니다. 다음에 연구소 문제인데 그건 대학의 연구센터가 있으니까 그런 구조에서 몇 개의 센터를 만들어서 그것을 코디네이션 하면 좋지 않을까 하는 제안을 드리고 싶습니다. 하여튼 이것이 성공되기를 바랍니다. 박 종 오 위원 : 예, 감사합니다. (박 수) 변 증 남 교수 : 한국 과학기술원의 변증남입니다. 여러분들 지금 산 예를 보 셨습니다만 어디가시든지 자리를 잘 잡으면 이런 기회가 주어집니다. 회장 님 옆에 앉아 있었다가 이런 좋은 기회를 잡았는데 감사합니다. 저도 사실 기본 계획안을 수립하는 기획위원중의 한 사람으로 참여를 했었기 때문에 여러 가지 무슨 제안보다는 간접적으로 조금밖에 참여 못한 입장에서 주도 하 신 이 석한 위원장님과 키스텝의 여러 임용택 박사님을 비롯한 수고하신 분들에게 감사의 말씀을 드리면서 여러 가지 좀 저 나름대로 제가 그 동안 보아왔던 일을 칭찬을 하고 싶은 마음입니다. 왜냐 하면 사실 우리나라 과 학 기술계에서 로봇텍스 분야가 처음 생긴 것 이 70년 대 말 에 시작되었고요. - 424 -
저 희 과 학기술원에서 처음 이런 분야에 말하 자면 연 구 인력이 생기기 시작 해서 여기 지금 우리 랩의 졸업생도 여러 명 와 있습니다만 꿈을 가지고 시 작한 분야입니다. 그런데 상당한 세월이 지났음에도 불구하고 이 로봇기술 이라는 것이 여러분들이 지적하셨던 것과 마찬가지로 아 직 나라에게 반도체 산업처럼 이렇게 돈을 벌어다 주는 그런 기술이 되지 못했고 그런 하나의 방법의 하나로서 이런 기본 계획이 있어야 되지 않느냐 이런 차원에서 이것 이 됐다고 하는 점에서 여러 가지 반성도 하면서 그러나 이러한 일을 저희 가 시작을 했다는 것에 대해서 기술인의 한 사람으로서 자부감을 느끼고 여 기 참석하신 여러 패널리스트의 좋은 말씀들을 감안해서 좋은 기획안이 되 도록 그렇게 노력하는데 일조를 하겠습니다. 아시다시피 여기 지금 여러 종 류의 여러 분야에서 오셨습니다만 저는 전자공학 회 회장이 기 때 문에 회장 초 청장을 갖고 사실 참석을 했습니다. 그래서 저 뒤에 앉아 있지 않고 이렇 게 앞에 나와 있다가 말씀을 드리게 됐습니다만 하나의 여러 종합적인 분야 에서 봤을 때 저는 이것을 지적하고 싶습니다. 아까 윤정로 교수님하고 잠 깐 말씀이 있었습니다만 우리가 이런 큰 기술을 기획할 때에는 이 자체가 얼마나 돈을 벌어다 줄 것이냐 하는 것도 굉장히 중요합니다. 특히 우리나 라와 같이 수출이라든지 부가가치 산업으로서 먹고사는 그런 입장에서 볼 때는 상당히 중요하다는 건 저도 인정합니다만 그러나 우리나라가 가지고 있는 지정학적, 또는 역사적 위치에서 봤을 때 어떤 전략적인 기술도 꼭 필 요하다 그런데 미국에서 달나라 보내는 사업을 해서 그런 기술이 확보가 됐 기 때문에 지금 각 세계로 호령하면서 우리편이 되든지 말든지 해라라고 큰 소리쳐도 아무 말도 못하는 그런 그것이 되는 것이 알게 모르게 달나라 보 내는 그러한 기술이 있기 때문이 아닌가 생각을 합니다. 그러면 우리나라가 지금 다른 자원이 부족하다는 말을 많이 합니다만 우리가 가지고 있는 머리 를 가장 잘 활용할 수 있는 그런 것 중에 하나가 어떤 기술적인 것하고 관 련시키는 것이 되어야 되겠다 그것이 아까 지능전공 얘 기가 나왔습니다만 이 런 지능 로봇기술이 그 중의 중요한 자원이 아니겠느냐 그래서 제가 강조 드리고 싶은 것은 이런 지능로봇 기술이 만들어 낸 로봇이 얼마나 시장이 크냐에 초점을 맞추는 것도 물론 큰 역할중의 하나입니다만 이런 기술을 가 지고 있음으로써 우리 품위 전체가 지능을 과 학 화하 는 기술을 가지고 있 고 저 런 기술이 다른 산업을 보다 더 부가가치 높이게 하는 그런 기술의 서포 트가 되고 이런 간접 파급 효과를 면에서 봤을 때 아까 김총장님이 말씀하 셨습니다만 메카트로닉스라는 지능로봇 여러 가지가 있는데 그런 차원에서 봤 을 때 이 지능로봇 기술이 저희가 지금 알 고 있 는 그 런 종합적인 기술로 - 425 -
서 국가적인 기술로서 꼭 가지고 갈 수 있어 야 되 지 않겠느냐 그런 차원에 서 이 런 것이 기본 기술로서 우리가 가지고 있 도 록 하 는 데 우 리 로봇하 는 여러 학자분들은 끌어당기기보다는 서로 밀어줘서 이것이 되도록 해 주시고 여기 참석해 주신 패널리스트 여러분들은 도와주셔서 이런 것이 국가적인 기술이 되도록 하는데 많이 성원해 주셨으면 감사하겠습니다라는 말씀을 드 리고 싶습니다. (박 수) 박 종 오 위원 : 감사합니다. 아까 어느 분께서 쪽지가 하나 저한테 전달이 되었는데요. 이것은 이석한 위원장님께서 간단히 답변해 주시면... 국가적으 로 선택과 집중에 대해 BT NT를 집중적으로 지원하고 있습니다. 그러면 RT와 BT NT 접점으로 생각하고 있는 연구 방향 및 개발 목표는 무엇인 지요? 즉 마이크로 및 나노로봇에 관한 구체적인 연구 방향 및 개발 목표는 무엇입니까? 이것 제 글씨는 아닙니다. 이석한 위원장이 간단하게... 이 석한 위원장 : 제가 질문을 잘 언더스탠딩 했는지 잘 모르겠는데 결국 NT BT쪽에 국가에서 상당한 리소스를 투입하고 있는데 RT가 그쪽에 어 떤 역할을 하느냐 그것을 지금 질문하신 겁니까? 박 종 오 위원 : 여기 쓰신 분이 마지막에 즉 마이크로 및 나노로봇에 관한 구체적인 연구 방향 및 개발 목표는? 하고 물음표가 있습니다. 이 석한 위원장 : 제가 RT하고 NT BT의 관계를 NT BT와 보완 관계에 있다 이렇게 지금 해석을 했습니다. 그 보완 관계라는 것은 NT BT가 산 업화로 연결돼서 그 투자가 성공되기 위해서는 아까 제가 말씀드린바와 같 이 시스템 기술이라든가 생산 기술이 합쳐져야 된다 그런 관점에서 보완을 말씀드린 거고 그런 의미에서 RT하고 지금 질문하신 것하고 약간 차이가 있습니다. 그 질문하신 것은 RT가 나노하고 바이오쪽에 연관이 된다면 마 이크로로봇이라든가 나노로봇 이런 것이 연관이 될텐데 그쪽은 어떤 계획을 갖고 있느냐 그런 말씀을 하신 것 같습니다. 박 종 오 위원 : 짧게 말씀해 주세요. 시간이 없는 모양입니다. - 426 -
이 석한 위원장 : 네. 마이크로 나노로봇도 상당히 중요한 에어리어의 하나 입니다. 그런데 이 마이크로 나노로봇이 결국은 나노 바이오가 연결돼서 나 노 바이오쪽의 어떤 프로세싱이라든가 이런 쪽하고 많은 밀접한 관계가 있 기 때문에 RT가 이런 면에서 나노 바이오하고 연결될 수 있다 이렇게 생각 할 수가 있겠습니다. 박 종 오 위원 : 예. 약하고 플로어에서 마지막으로 딱 한 분만 질문 내지는 마지막 분으로 약하겠습니다. 질 의 자 : 산업계에서 추가적인 질문을 말씀드리겠습니다. 저는 아까 여러 가지 얘기가 나왔지만 로봇과 관련해서 아이보가 우리 앞에 다가온 적이 작 년인데요. 현재 저희는, 잠깐 저희 회사를 소개해 드리면 아이보를 해체해 보 면 관절 부위가 있는데 거기의 서버보트하고 거기에 관련돼서 장수명 부 름이 들어 와 있습니다. 저희는 그 장수명 부름 에 대 해 서 작 년 부터 관심 이 있어서 현재 신문지상에 나오는 많은 업체들을 거의 다 가보았습니다. 다시 이렇게 질문 드려 볼께요. 현재 아이보가 나온 지 2년 됐는데 우리나라의 많은 로봇업체가 아이보를 지금 똑같이 복제해 낼 수 있을까라고 반문하면 저는 거의 없다고 생각합니다. 금년도에 제가 로봇에 관련된 전시회를 많 이 가봤는데 국내에서 나온 것은 다 바퀴형이지 적어도 사족보행 이족보행은 더더욱 없구요. 그것이 현재 우리 로봇 산업의 현실이라고 저는 생각합니다. 그래서 저희는 시장을 창출하기 위해서 센서 부분을 상당히 관심 있게 보고 있는데 현재 각 업계나 정부에서 여기에 대한 관심이 별로 없는 것 같아요. 그래서 실제 이 산업이 적어도 10년 후에 이 사업이 뜨리라는 것은 다 알고 있습니다. 그런데 거꾸로 반문해서 지금 현재 아이보도 복제 못하고 그 다 음에 그런 것들이 지금은 여기 화면에 나와 있는 것은 이족보행인데 우리는 이족보행 앞으로 몇 년 가도 하지 못하리라고 봅니다. 그런데 아마 스스로 반문을 해서 이 사업을 육성해 나가면 아마 적어도 머지 않은 장래에 어떤 기회가 오리라 생각되는데 현재 보고서에 나타나 알고 있겠지만 핵심 부품 기술이 20%도 안됩니다. 그런데 이런 것들을 단기간에 40%, 50% 끌어올리 는 어떤 구체적인 계획이 없이는 이 계획은 사상 누각이 되지 않을까 생각 이 들어서 그런 쪽에 관심을 더 가져 주시기 바랍니다. 참고로 저희 회사는 포스텍 전자라고요. 전에 LG전자에서 분산 업체입니다. 그래서 스위치 부름 에 관해서는 나름대로 관심이 있기 때문에 많이 애용해 주십시오. - 427 -
박 종 오 위원 : 예, 감사합니다. 그러면 질문이 많이 있으시겠습니다만 어쨌 든 다시 기획팀에서 전체 정리를 다시 하시는 것으로 알고 관심을 가져 주 시기 바라고요. 마지막으로 이석한 위원장님께 서 오 늘 회의 를 정리해 주시 고 이 제 마지막에 임용택 전문위원님께서 그 다 음 마무리 정리를 해 주셔야 할 것으로 봅니다. 저는 물러가겠습니다. 감사합니다. (박 수) 이 석한 위원장 : 마지막 질문하신 분 아주 좋은 제안을 하셨습니다. 아마 그렇게 되어야 될 같습니다. 하여튼 오늘 지능로봇기술 기본계획수립을 위 해서 여기 오셔서 여러 가지 조언을 해 주시고 의견을 내주신 여러분께 대 단히 감사를 드립니다. 오늘 우리가 얻었던 하나의 컨센서스는 결국 지능로 봇 기술이 우리 미래 산업 경제의 파급효과나 또는 사회, 문화의 파급효과 로 볼 때 반드시 기본 계획에 포함되는 것이 좋겠다하는 것이 하나의 컨센 서스였고, 단지 광고업적인 면에서는 좀 더 선택과 집중을 하고 그 다음에 좀 더 현실적인 면을 감안해서 좀 더 이것이 10년 후에 우리 산업의 큰 인 펙 트 가 진짜 될 수 있는 그러한 기획을 한번 해 보 자 하 는 그 런 의견으로 좁 혀졌다고 저는 생각합니다. 대단히 감사합니다. (박 수) 임용택 위원 : 장시간 이렇게 이 자리에 남아서 지금까지 공청회를 위해 서 많은 시간을 할애해 주신 여러분께 정말 진심으로 감사를 드립니다. 그리고 오늘 또 여기 이 자리에 과기부에서 저희 이 사업을 위해서 초창기에 작업 을 해 주신 배정해 사무관님, 그리고 그 다음에 기계전자과 의 최광현 과장 님, 그 다 음 오기준 사무장님, 박필환 서기관님 그 런 분들이 이 기획 작업을 위해서 많은 노력을 해 주셨습니다. 그리고 초창기에 이 작업을 또 만들어 주는 데 굉장히 중요한 역할을 해 주신 두 분이 계십니다. KIST의 김문상 박사님과 그 다음에 오상록 박사님입니다. 그 두 분께서 과기부를 설득을 해 서 이 지능로봇이 상당히 중요하다라는 인식을 심어 주셨고 그런 인식하 에서 이 작업이 오늘까지 이르렀습니다. 오늘 마지막으로는 여기 패널리스 트 로 참석해 주신 이조원 단장님, 권문식 상 무 님, 윤 정 로 교수님, 김종 량 총 장님, 박승록 박사님 마지막까지 남아 주셔서 너무나 감사하구요. 그리고 하 여튼 이 작업을 위해서 또 마지막까지 밤샘을 여러 번 해 주셨던 총괄 작업 - 428 -
반 분들 계십니다. 총괄작업반 여러분들 한분 한분에게 제가 감사를 드리고 또한 저희 키스텝에 이 작업을 위해서 노력을 해 주신 하지형씨가 있습니 다. 하지형씨에게 박수를 한번 보내주시면 감사하겠습니다. (박 수) 임용택 위원 : 오늘 하여튼 이 작업을 일단은 공청회를 무사히 마치게 돼 서 대단히 감사하고요. 오늘 정리된 내용은 저희 홈페이지에 올려놓겠습니 다. 그래서 저희가 이 작업을 하면서는 아까도 말씀을 드렸습니다만 저희가 탑다운 어프로취를 전혀 쓰지 않고 바텀업으로 하기 때문에 지루하셨고 또 과연 이것이 성공할 것이냐 하는 질문도 많이 가지셨을 것입니다. 그런데 저희가 다행스럽게 오늘까지 이런 자리에 있게 됐고 그 다음에 또 하나 제 가 기계공학을 하는 사람으로서 현대 자동차에 예를 들어서 용접 로봇이 없 었다면 현대 자동차의 오늘이 있었겠는가 하는 생각을 저희들이 모든 분들 이 여기 계신 분들이 하고 있습니다. 그런데 문제는 뭐냐 그것을 명확하게 모든 분들이 생각은 하고 계신데 그것을 구체화해서 보여드리지 못한 것뿐 입니다. 그렇기 때문에 많은 패널리스트도 지적을 해 주셨고 플로어에 계신 분들도 얘기를 해 주셨는데 저희가 하고자 하는 것은 바로 눈에 보이는 국 고 창출을 만들기 위해서 무엇을 하느냐 거기에 들어가는 기술이 뭐냐 라고 하는 것을 하고자 하는 것입니다. 그것만은 여기 계신 모든 분들이 전부 다 동감하는 것이고 그러기 위해서 우리가 결국 앞으로 국가 지능로봇기술을 어떻게 만들어 가야 되겠느냐 하는 것을 저희들이 고민하고 같이 이 문제를 풀어가고자 합니다. 그래서 좀 도와주시고 이 작업이 오늘로서 끝이 아니고 오늘이 바로 이와 같은 국가 지능로봇기술 기본 계획을 만들기 위한 시작이 라고 여러분들이 생각해 주시고 도와주시면 감사하겠습니다. 오늘 참여하신 분 중에, 자동차를 가져오신 분 중에 주차권을 받지 못하신 분들은 밖에 나 가시면 데스크에 주차권 벨리데이션을 해 드리니까 천원 한 장에 모십니다. 천원 한 장을 내 주시고 그리고 하여튼 늦게까지 이렇게 참여해 주셔서 대 단히 감사합니다. 감사합니다. (박 수) 끝. - 429 -
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