로봇의 탄생
로봇은 과거 기계나 사람에게 주어진 많은 작업들을 수행하는데 사용되고 있다. 지난 반세기 동안 로봇 산업이 크게 발전하면서 다양한 상황에서, 때때로 사람이 접근할 수 없는 장소에서 로봇이 이용되고 있다. 화성 탐사 로봇인 ‘큐리오시티 로버(Curiosity Rover)’는 2012년부터 화성에서 생명체를 찾고 있고, ‘데메테르(Demeter)’는 농작물 수확에 이용된다. 후쿠시마 원자로 청소작업과 같이 인체에 극도로 위험한 환경에서도 다양한 작업을 수행한다. 애니마트로닉스(Animatronic) 로봇은 고대 공룡이나 신화에 나오는 생물의 모습으로 테마 파크를 돌아다닌다. 인간을 본따 애니마트로닉스 로봇을 만들면, 안드로이드라고도 부를 수 있다.
최근 일터로 우리를 데려다 줄 로봇 자동차도 개발되고 있다. 로봇은 무언가를 만드는 데 탁월하다. 그리고 주로 그러한 용도로 사용되어 왔다. 자동차산업은 1980년대 로봇 사용이 대규모로 사용되는 데 기여했으며, 지금까지도 로봇이 가장 많이 사용되는 분야 중 하나다. 우주 여행과 마찬가지로, 로봇은 그들이 어디에 어떻게 활용될지에 대한 오랜 상상과 추론에 근거한다. 로봇이라는 개념은 스토리텔러나 작가에 의해 먼저 탄생했고, 이후 이러한 상상을 현실에서 구현하는 데 과학 기술이 적용되었다.
로봇에 관한 상상과 진실
로봇의 기원은 ‘오토마타(automata)’에 대한 고대 이야기로 거슬러 올라간다. 스스로 작동하는 기계라는 의미의 ‘오토마타’는 유대 신화의 골렘, 그리스 신화에 등장하는 피그말리온의 살아있는 동상 갈라테이아, 기원전 3세기 가죽, 나무, 접착제로 사람 크기와 모양을 본떠 만든 장치로 사람들을 놀라게 했다는 중국 얀시의 이야기와 같이 세계 각국의 신화와 민담에 등장한다. 근대에 들어 1818년 메리 셜리(Mary Shelley)의 소설 <프랑켄슈타인> 부활한 시체가 등장하기도 한다.
‘로봇’이라는 명칭이 처음 등장한 것은 체코 소설가 카렐 차페크(Karel Capek)의 1929년작 공상과학 희곡 에서다. ‘로봇 공학(Robotics)’는 아이작 아시모프(Isaac Asimov)의 1950년작 <아이, 로봇(I, Robot)>에 등장하며, 이 소설은 지금까지도 로봇이 어떻게 현대사회와 공존할 수 있는지에 대한 엔지니어들의 생각에 영향을 미치고 있다.
오늘날 로봇은 대부분 산업 현장에서 사용되고 있고, 이들은 거대한 메탈 휴머노이드보다는 다른 조립 라인의 기계와 비슷한 형태를 가진다. 물론 모든 로봇은 기계다. 하지만 어떤 기계를 로봇이라고 정의할지는 그렇게 간단하지 않다. 오늘날 로봇을 만들고 사용하는 사람들이 일반적으로 사용하는 정의는 국제표준화기구(International Organization of Standardization, 이하 ISO)이라 불리는 자발적인 국제 규격 개발 기관에서 만든 것이다. ISO 8373에서는 산업용 로봇을 다음과 같이 규정한다.
자동으로 제어되고 재프로그램이 가능한 다목적의 3축 이상을 가진 산업 자동화용 기계로서, 고정되어 있거나 움직일 수 있는 것 (Automatically controlled, re-programmable, multipurpose manipulator programmable in three or more axes, which may be either fixed in place or mobile for use in industrial automation applications)
ISO의 정의를 풀어보면, 재프로그램이 가능하다는 것은 프로그램된 동작이나 보조 기능이 물리적 변경 없이 바뀔 수 있도록 설계된 것이라고 규정되어 있다. 여기서 물리적 변경이란 무엇을 말하는가? ISO 8373에 따르면, 기계 시스템의 변경을 의미하며, 참고로 ‘기계 시스템에는 저장 매체, ROM 등이 포함되지 않는다’고 설명되어 있다. 여기서 참고사항이 핵심이다. 기계를 작동하기 위해 컴퓨터 프로그램을 사용할 수 있지만, 재프로그램이 가능한 기계는 로봇뿐이다.
예를 들어, 자동 조립 라인에서 산업용 용접 기계는 6개 축이나 방향으로 움직이는 두 개의 회전 팔을 가질 수 있고, 인간에게는 불가능한 속도와 정확도로 정밀 용접을 할 수 있다. 그러나 이 용접 기계가 하나의 특정 제조업체와 자동차 모델을 위해서만 해당 작업을 수행할 수 있다면, 그것은 로봇이라 할 수 없다.
산업용 로봇
산업용 로봇의 생산과 사용이 증가하면서 카테고리 별로 분류하고 있다. 다음은 일반적인 유형의 산업용 로봇들이다.
직교좌표 로봇(Cartesian robots)
카테시안 로봇이라고도 불리며, 데카르트 좌표 그래픽 시스템 (x, y, z)에 상응하는 3개의 다른 방향으로 팔을 움직일 수 있다.
SCARA 로봇
선택적 순응형 조립 로봇 팔(Selective Compliance Assembly Robot Arm)의 줄임말. SCARA 로봇은 수직 축을 중심으로 회전도 할 수 있는 직교좌표 로봇이다.
6축 로봇(Six-axis robot)
6축 로봇의 팔 부분은 지정된 어느 위치에나 올 수 있고, 회전을 통해 임의로 주어진 방향으로 위치할 수 있다.
양팔 로봇(Dual arm robot)
이름에서 유추할 수 있듯, 함께 작동하는 두 개의 팔을 가진 로봇이다.
여유자유도 로봇(Redundant robot)
로봇 팔이 다른 위치에 유지되거나 이동하는 동안 동일한 위치에 그 팔을 놓을 수 있는 6축 로봇. 버튼을 누를 때 손가락으로 버튼을 누르고 있는 동안, 팔을 다른 위치로 이동하는 것을 생각해보면 이해하기 쉽다.
UL은 수십 년 동안 모든 유형의 로봇에 대한 테스트와 안전에 관여하고 있으며, 로봇의 안전한 사용을 위한 규격 개발을 이끌고 있다. UL 엔지니어인 다니엘 포스너(Daniel Posner)는 로봇은 매우 빠르고 강력하기 때문에 안전 규격을 준수하는 것이 필수적이라고 말한다.
로봇 사용의 요점은 끊임없이 변화하는 제조, 과학, 조립에 관련된 요구를 해결하는 것이다. 따라서, 로봇은 저마다 고유한 성격을 가지며, 이는 로봇이 개별 사업과 연구 시설을 위해 맞춤 제작된다는 것을 의미한다. 따라서 로봇에 대한 평가는 로봇을 설계하고 제조하거나 사용하는 곳에서 이루어진다. 그래서 로봇의 평가는 로봇을 설계하고 제조하거나 사용하는 곳에서 이루어진다. 즉, 포스너가 말한 것처럼, 로봇 평가는 일반적으로 작업 ‘현장’에서 이루어지고, 이를 위해 담당자가 현장을 방문하게 된다.
UL의 엔지니어링 매니저인 살바토레 포실로(Salvatore Porcillo)는 미국 마이애미 외곽에 공사 중인 60층짜리 최고급 고층 건물인 포르쉐 디자인 타워의 일부가 현장 작업의 한 예라고 말했다. UL은 거실 유리 벽 뒤의 특수한 기능, 거주자를 위해 건물 내부에서 차를 자동으로 들어올려 주차하도록 만들어진 로봇 기능을 탑재한 변형 엘리베이터에 대해 평가하고 있다. 포르쉐 디자인 타워는 획기적인 디자인과 고급스러운 설계로 주목 받을 것으로 예상된다.
건물 대부분이 로봇 시스템을 활용하지만, 이 중 핵심은 건물 소유주이자 개발자인 길 데저(Gil Dezer)의 이름을 딴 엘리베이터인 ‘데저베이터(DEZERVATOR)’다. 사방을 유리로 만든 데저베이터는 거주자들이 차량에 탑승한 채 아파트로 이동한 후, 자동으로 개인 차고에 주차하도록 디자인되었다. 마이애미 시의 수석 엘리베이터 조사관은 특별한 성능에 기반한 독특한 엘리베이터에 따른 시스템의 인증에 UL이 참여해야 한다고 주장했다.
UL은 철저한 점검을 위해 시작 단계부터 3년에 걸쳐 미국 일리노이 크레스트 힐에 위치한 미드 아메리칸 엘리베이터 사의 테스트 타워에서 평가하고 있다. 포실로는 “데저베이터는테스트 타워에서 예비 시험을 거친 후 분해하여 마이애미로 이동해 마이애미 타워에서 재조립하여 테스트할 예정”이라고 설명했다. 최근 기사에 따르면 특허를 획득한 데저베이터는 9층 규모의 테스트 타워에서 가동 시험을 마무리하고, 마이애미 타워에 설치 중이라고 한다.
로봇 시스템의 안전성을 평가할 때 중요한 요소는 부지불식간에 사람의 팔, 다리, 머리 등이 로봇의 가동부에 부딪히지 않도록 보호할 수 있는 적절한 보호 장치의 유무다. 이는 보통 로봇 주위에 상당한 빈 공간을 만드는 보호 공간을 만들게 된다. 쉽게 보일 수 있지만, 안전 스캐너나 근접 센서, 첨단 가스 감지 시스템 등과 같은 보호 장치는 비용이 많이 들고, 다수의 로봇이 투입된다.
최근 ‘협업’ 로봇의 확산으로 많은 것이 변화하고 있다. 협업 로봇은 사람과 긴밀하게 작업하며, 포스터는 이러한 유형의 로봇이 새로운 것은 아니지만 최근 관심이 급증하고 있다고 말했다. 협업 로봇은 일반적으로 장난감과 같은 작은 구조물에 되며, 상해를 일으킬 만큼 강력할 필요가 없다. 일부 로봇은 작동 중에 사람의 손과 같이 단단한 물체가 작업 영역에 들어가면 동작부를 멈추게 하는 센서를 가지고 있다.
이러한 변화는 다양한 상황에서 미래의 로봇이 사람을 대신하는 것이 아니라 함께 일한다는 것을 의미한다. 로봇이 일을 도와준다는 데 이를 마다할 사람이 있을까?