INTRO - 인간 능력 증강! 인간 친화형 서비스 로봇
▲ 계중읍 수석전문위원
산업통상자원R&D전략기획단
인간 친화형 서비스 로봇은 인간 능력을 증강하는 중장기적 유망기술뿐 아니라 인간 친화적인 역할을 수행한다.
이 글에서는 서비스 로봇의 범위와 시장 동향을 파악하고, 개인 및 전문서비스 로봇 중 홈서비스, 수술, 재활, 돌봄, 웨어러블 로봇 등 인간 친화적인 로봇에 대한 기술개발 동향과 발전방안을 제시한다.
인간 능력 증강(Human Augmentation) 시대의 도래
4차 산업혁명 시대 도래에 따라 사람의 인지와 인체 성능을 높이기 위한 기술 구현 및 제품화에 관심이 증대되고 있다.
초연결사회에서 건강하고 편리한 삶을 추구하기 위하여 소재, 부품, 제품, 서비스를 인간중심의 작업 능력을 높이는 방향으로 구현하는 신산업·신시장의 선점이 필요하다.
미국, 일본, 유럽 등은 사람과 각종 IT 기술(AI, 웨어러블 디바이스 등)을 접목·융합해 인간의 기본 능력을 확대하는 IoA(Internet of Abilities) 개념의 ‘인간능력 증강(Human Augmentation)’ 연구개발을 추진하고 있다.
가트너 하이퍼 사이클 보고서에서는 이러한 기술을 활용해 인간의 신체적, 감성적, 인지적 부분을 보강하여 노동력 구비, 생산성 증대가 가능하도록 근력을 증강하는 인간 능력 증강 기술을 중장기적 유망 기술로 예측하며, 소니는 도쿄대와 공동으로 사람과 각종 IT기술을 접목·융합해 인간의 기본 능력을 넓히는 연구개발 사업을 착수(2017.04∼2020.03)하였다.
서비스 로봇의 범위 및 시장 동향
서비스 로봇은 산업 자동화 분야를 제외한 나머지 분야에서 인간과 장비를 위한 유용한 일을 수행하는 로봇으로 개인서비스와 전문서비스 로봇으로 구분된다.
아울러 서비스 로봇 산업이란, 서비스 로봇 제품이 부품을 생산하여 제공하거나 서비스 로봇을 이용한 서비스를 제공하는 산업을 지칭한다.01
개인서비스 로봇은 가사, 헬스케어, 생활(여가) 지원, 교육문화, 기타 개인서비스용 로봇 등을 포함하며, 전문서비스 로봇의 경우 의료, 건설·농업·해양, 물류용, 엔터테인먼트, 사회 안전·극한 작업, 군사용 및 기타 전문서비스용 로봇 등을 포함한다.
서비스 로봇 시장은 서비스의 구현을 위해 핵심 부품, 소재, S/W 및 서비스 로봇과 연계된 콘텐츠나 ICT솔루션을 제공하고 서비스를 구현하는 플랫폼 등을 의미한다.
이러한 서비스 로봇 산업은 세계 최고의 IT 기술력 및 메카트로닉스와 관련한 다양한 산업 기반을 형성하고 있으며, 신시장 창출을 위해서는 정부의 지능형 서비스 로봇에 대한 지속적인 육성 의지가 필요한 실정이다.
서비스 로봇의 국내외 시장 동향을 살펴보면, 세계시장 규모는 2015년 1,172백만 달러 규모로 2017년 이후 2020년까지 연평균 41.3%로 급성장할 것으로 전망된다.
서비스 로봇의 국내 시장 규모는 2015년 2,939억원 규모로 2020년까지 연평균 약 15% 성장할 것으로 전망된다.
서비스 로봇 분야의 고용기여도는 대기업보다 중소기업의 시장 점유율이 높은 산업으로 향후 일자리 창출과 경제성에 기여도가 높으므로 인공지능의 응용 및 산업화 촉진을 위한 지원을 더욱 확대할 필요가 있을 것이다.
인간 친화형 서비스 로봇
이 글에서는 개인 및 전문서비스 로봇 중 홈서비스, 수술, 재활, 돌봄, 웨어러블 로봇 등 인간 친화적인 로봇의 기술개발 동향과 발전방안을 제시하였다.
홈서비스 로봇은 가정에서 물리적, 신체적, 정서적 도움을 통하여 가사, 헬스케어, 여가 또는 교육적 지원을 해주는 로봇이다.
최근 저출산 및 고령화의 가속화에 따라 인구구조가 변화하고 1인 가정이 증가하면서, 가정에서 신체적·정서적인 도움에 대한 요구는 지속해서 늘어나고 있으며, 이에 따라 로봇 시장의 잠재적 시장 성장가치가 매우 커지고 있다.
홈서비스 로봇은 기존의 가전제품에 대화 기능 및 동작 기능을 부가하여 시장에 접근하는 방법을 고려하고 있다.
클라우드 및 빅데이터 기반 로봇의 학습기술, 실내 이동 및 조작이 가능한 동작 기술, 인간과 직접 접촉하여 물리적인 도움을 줄 수 있는 소프트 로봇기술 등의 개발로 저출산·고령화 시대에 개인을 보조하는 도우미로서 다양한 역할을 수행할 것으로 예상한다.
수술로봇은 4차 산업혁명의 핵심 기술인 인공지능, 빅데이터, AR·VR, 사물인터넷 등의 기술들이 잘 접목될 수 있는 신서비스 산업 분야라고 말할 수 있다.
da Vinci 복강경 수술로봇이 대표적인 성공 사례로 시장에 자리 잡았으나 전 세계적으로 새로운 형태의 수술로봇에 대한 연구개발 및 사업화가 진행 중이며 전문가들은 그다음 성공 사례가 무엇이 될지 관심을 기울이고 있다.
의료현장에서 쓰일 수 있는 수술로봇을 개발하기 위해서는 의사, 공학자, 기업, 그리고 병원의 참여가 필수적이며 상호 간의 협업이 무엇보다도 중요하다.
세계적으로 성공한 수술로봇의 사례 및 국내의 개발현황을 살펴보면서 최선의 결과를 얻어내기 위하여 부단한 노력이 필요할 것이다.
재활로봇은 첨단기술 중에서도 로봇공학의 발전과 재활에 대한 적용으로 재활의료에 커다란 변화를 가져오고 있다.
로봇기술은 크게 두 가지 방향으로 재활의료에 적용되고 있는데, 그 첫 번째는 사람의 손에 의존하던 재활치료를 로봇이 대신 제공하는 것이다.
그동안 많은 신경과학 연구들은 손상된 뇌와 척수 기능이 반복된 재활훈련을 통해 그 기능을 일정 부분 회복할 수 있음을 증명해 왔다.
최근 개발되어 사용되고 있는 로봇 재활치료 장비는 더욱 정밀하고 객관화, 표준화된 방법으로 장시간 반복적인 훈련을 제공하여 질병이나 사고 후 기능 회복을 최대화해 줄 수 있다고 보고되고 있다.
두 번째 재활로봇 기술의 적용 분야는 로봇 기술을 바탕으로 신체 기능을 보조하여 증진하는 것이다.
첨단재활 치료가 발전함에도 불구하고 불가피하게 남은 장애로 인한 사회적 기능 저하는 필연적이며, 마비로 인한 이동능력의 저하는 이러한 사회적 기능 저하의 주요 원인이다.
발전된 로봇공학 기술을 적용해 능동적 보조가 가능한 구동기(Actuator)를 장착하여 장애를 최소화시켜 주는 로봇 보조기가 개발, 소개되고 있다.
이렇게 로봇 기술의 발전을 포함한 4차 산업혁명의 핵심 기술들을 바탕으로 재활 분야에는 놀라운 변화가 일어나고 있다.
재활로봇의 발전은 장애인뿐 아니라 노약자의 이동능력 저하를 개선하고 그들의 사회적 기능을 향상해 가정, 학교, 직장으로 복귀시키는 데 혁신적인 발전을 가져올 것이다.
돌봄로봇은 단순 반복적 ‘과업 중심’의 보조를 넘어 감정이입과 정서적 돌봄을 제공하는 ‘관계 중심’으로 발전하면서, 다양한 의료서비스 현장에서 인간의 삶의 질 증진을 위한 보조자의 역할을 하며 사회·경제적 편익을 증가시키고 있다.
국가 간 돌봄로봇 개발 경쟁이 매우 치열하고 일본의 경우 돌봄로봇의 서비스를 간호보험수가로 인정하면서 선도를 차지하고 있다.
돌봄로봇은 환자의 활력 징후와 생체 이상 신호를 실시간 감지하여 알려주고, 무거운 환자를 쉽고 안전하게 이동시켜 주며, 와상 및 무의식 환자들의 배설도 쉽게 처리해 주거나 환자가 기억해야 할 내용을 알려주며 간호사의 보조역할을 똑똑히 해내고 있다.
또한, 거동이 불편한 독거노인의 신체 보조는 물론, 건강과 안전상 위험을 의료진에게 보고하며, 고독함, 우울감 및 기억력 쇠퇴 등 부정적 정서로 힘든 이들의 친근한 말동무이자 따뜻한 위로자가 되어준다.
간호서비스 현장의 인간 친화형 돌봄로봇으로는 거동이 불편한 환자의 이동지원 및 목욕지원, 배설 보조 등 개인위생활동을 돕는 신체지원 로봇 로베어(ROBEAR)와 코디(Cody), 마인렛 샤와야가 등이 있으며, 사용자의 생활패턴 모니터링 및 코칭 기능을 가진 생활지원 로봇인 페퍼(Pepper)와 아이로비(iRobi), 실벗과 인간과의 정서적 교감 및 소통을 통한 정서지원 로봇인 파로(Paro)와 아이보(Aibo) 및 간호업무 효율 증진을 위한 업무보조 로봇 터그(TUG)와 샘(SAM)이 있다.
웨어러블로봇은 사람의 몸에 착용하여 부족한 근력을 보완하거나 부상의 위험성을 줄이고, 장애를 극복하거나 나아가 인간의 물리적 한계를 뛰어넘게 하는 장치를 말한다.
세부적인 적용 분야에 따라 능동형 보조기, 보조로봇, 전동형 외골격, 근력증강 파워슈트 등으로 불리기도 한다.
하지마비 장애인은 자발적 의도대로 움직이는 것이 불가능하므로 웨어러블로봇이 신체에 가하는 기계적 저항을 고려할 필요가 없다.
따라서 로봇에 부착된 구동기가 강한 임피던스를 갖도록 제어하는 마스터(로봇)-슬레이브(사용자) 방식의 제어 방식이 적합하며, 이를 위하여 토크 출력과 자체 임피던스가 모두 큰 구동기가 적합하다.
또한, 척수손상으로 인한 하지마비 장애인의 경우 시각과 청각을 통하여 정보를 수집할 수 있으므로 마치 오토매틱 자동차를 운전하듯, 특수 목발에 부착된 버튼을 조작하여 직접 로봇에 명령을 내릴 수 있다.
삶을 더욱 윤택하게 만드는 일상생활 보조용 웨어러블로봇은 특별한 장애가 없으나 근력이 약화된 노약자에게 도움을 줄 수 있다.
또한, 자세를 정밀하게 교정받으며 다이어트 운동을 하고 싶은 경우에도 웨어러블로봇을 활용할 수 있고, 최근에는 가상현실 게임에 웨어러블로봇을 접목하는 시도도 이루어지고 있다.
비장애인을 위한 근력 보조를 위해서는 사람의 의도를 신속하고 정밀하게 파악하여 필요한 경우에만 자연스러운 보조를 하는 메커니즘이 필요하다.
웨어러블로봇은 아주 많은 응용 분야에 활용될 수 있다.
대표적인 사례로 국방용 개인 전투체계, 재난 대응, 산업용·건설용으로 응용이 가능하다.
특히 산업용 웨어러블로봇은 서비스 로봇 시장 중에서도 가장 빠르게 성장하고 있는 분야이다.
재활치료, 일상생활, 근로자 작업지원, 군사용 개인 병사, 사회 안전 등 수 없이 다양한 수요처에 적용할 수 있는 웨어러블로봇은 미래의 우리 인간에게 가깝게 다가올 것이다.
01 로봇산업 발전방안, 산업통상자원부(2018. 2. 7)