우리나라는 통신망(네트워크)과 로봇기술을 결합시켜 새로운 로봇시장을 창출한다는 이른바 네트워크 로봇 이론으로 IT산업의 발전추세를 앞당겼다. 만약 2003년에 로봇산업에 대한 새로운 가능성이 이슈화되지 못하였다면 한국은 여전히 로봇분야에서 미국, 일본을 부러워하는 이류 국가에 머물 수도 있었을 것이다. 이에 본 내용에서는 지금까지 첨단기술이 융합된 종합산업으로 신성장동력의 하나인 첨단 로봇시장 동향을 조사 분석하고 나아가 향후 발전방향을 전망하고자 한다. <편집자 주>
Ⅰ. 서론
로봇(Robot)은 기계, 전기·전자, 통신 등의 기술이 유기적으로 결합되어 인간 행동을 자동으로 수행해주는 시스템(산업)으로 기능에 따라 조립, 용접, 운송 등의 제조활동을 수행하는 ‘산업용 로봇’과 인간과 상호 작용하면서 가사지원, 교육 등의 생활편의 서비스를 제공하는 ‘서비스로봇’으로 구분된다. 세계 로봇산업은 80년대 이후 본격화된 산업용 로봇에서 인공지능, 센서 등의 기술발전에 힘입어 2000년 이후에는 청소로봇, 애완용 로봇 등과 같이 소비자의 관심에 초점을 맞춘 서비스로봇이 등장하고 있다.
예전에는 로봇을 힘들고 위험한 일을 대신하는 자동기계로 이해하였을 것이다. 그러나 전통적인 로봇의 의미는 공장에 투입되는 산업용 로봇과 국방, 의료, 보안 등 전문적인 산업용 로봇의 로봇기술과 산업이 IT와 BT, CT 등 여타 첨단산업과 융합하면서 변화무쌍한 모습으로 급속히 진화하고 있다. 인간을 닮은 휴머노이드 로봇, 인간의 표정이나 몸짓을 보며 감정을 읽거나 인터켓을 통해 스스로 지식을 축적해갈 수 있는 인공기증 로봇이 속속 등장하고 있다. 영화 속에서나 볼 수 있었던 로봇이 아침을 여는 세상이 성큼 다가오고 있다. 로봇과 로봇산업을 바라보는 우리의 시각도 이젠 다차원적으로 확대되어야 한다. IT 강국에서 로봇 강국으로 거듭하기 위해서는 기술과 산업, 제도와 환경, 우리의 인식까지도 수준을 높여야 할 것이다.
지난 90년대 이후 PC와 휴대폰이 현대인의 생활패턴을 완전히 바꿔 놓았듯이 일상 속에서 로봇에 의존하는 새로운 삶의 양식이 도입되었기 때문이다. MS의 빌 게이츠 회장은 로봇산업을 1870년대의 PC산업과 비교하면서 로봇혁명의 시대가 왔음을 선언한 바 있다. 집집마다 사람과 유사한 지능을 가진 로봇제품이 온갖 서비스를 제공하는 생활은 경제, 문화, 사회전반에 혁명적인 파장을 가져올 것이다. 지금이야 로봇이 집안에서 청소와 같은 허드렛일이나 담당하지만 머지않아 인간의 능력을 무한히 확장하는 도구로서 존재가치를 입증할 것이다. 의료종사자들은 로봇을 이용하여 지구 저편에 떨어진 환자들을 치료하게 된다. 보안, 구조, 국방, 상거래 분야에서도 로봇은 새로운 역할을 맡을 것이다. 초창기 인터넷, 휴대폰이 그랬듯이 로봇혁명이 어떤 식으로 인간을 행복하게 해줄지는 확실치 않다.
그러나 로봇이 없으면 하루도 불편해서 견디기 힘든 세상은 분명히 오고 있다.
국제로봇연맹(IFR) 자료에 따르면 2008년까지 청소와 잔디깎기, 창문닦기 등에 사용되는 서비스로봇의 전 세계 보급대수는 700만대로 예상되고 있다. 같은 시기에 산업용 로봇의 보급 대수는 110만대에 불과할 것으로 보인다. 물론 서비스로봇은 산업용 로봇보다 턱없이 저렴하지만 폭발적인 수요성장에 힘입어 서비스분야가 로봇시장의 주도권을 잠식해가는 상황이다.
미래전망에 보수적인 일본로봇협회(JRA)도 2010년 이전에 서비스로봇의 매출규모가 산업용 로봇을 추월하여 2025년에는 세계 로봇시장이 664억 달러에 달할 것으로 보고있다. 서비스로봇 중에서는 홈로봇이 공공로봇, 장애보조로봇을 제치고 시장수요를 리드할 것으로 전망하고 있다.
국내 로봇산업은 자동차 업계의 수요 덕분에 세계 5위권을 맴돌았지만 실제 로봇분야 경쟁력은 여타 선진국에 비해 크게 미흡한 실정이다. 하지만 로봇산업에 정책적 드라이브가 지속되면서 지능형로봇의 산학연 인프라가 어느 정도 체계를 갖추고 기술개발과 사업화에 노하우가 생기게 되었다. 전국의 로봇업체 수도 지난 10월 기준 200여 곳으로 2007년에 비해서 두 배 가까이 늘어난 상태이다. 수도권을 제외하면 울산, 창원 등 일부 공단지역에만 집중되었던 산업자동화와 관련한 로봇, 부품기업도 전국적으로 확산되어 각 지역 경제에 맞는 로봇클러스터를 구축하기 시작하였다. 로봇기업들의 비즈니스 영역도 로봇완성품, 부품제조만이 아니라 로봇 서비스업체 전문 디자인업체, 로봇콘텐츠 회사, 로봇유통업체 등으로 다양화되었다. 그동안 부진을 보였던 가전, 자동차, 통신분야 대기업도 로봇분야에 뛰어들어 삼성전자와 LG전자, 현대모비스, SKT, 로템, 위아, LG이노텍, 삼성테크윈 등은 로봇기반의 신규 사업을 의욕적으로 추진하는 모습이다.
Ⅱ. 본론
가. 첨단로봇
로봇이라는 말은 체코어의 ‘일한다(robota)’라는 뜻에서 유래하는데, 체코슬로바키아의 작가인 K.차페크가 1920년에 발표한 희극 “로섬의 인조인간(Rossum`s Universal Robots)”에서 로봇이라는 말을 처음으로 사용하였다. 로봇이란 인간처럼 지능을 가지고 행동을 하는 기계라고 할 수 없다. 로봇은 자신이 작업하는 환경을 이해하고 스스로 작업 순서를 계획하여 실행하는 능력을 가지고 있다. 그리고 인간과 대화 수단을 가지고 커뮤니케이션을 할 수 있는 능력을 가지고 있다. 그래서 단순한 기계를 사용하는 시대를 넘어서 로봇을 활용하는 시대가 오면 인간생활이 과거와 비교할 수 없을 정도로 편리해질 수 있다.
선진각국은 지능형로봇을 새로운 성장동력으로 선정하고 로봇시장의 패권을 잡기위해 다각적인 지원과 노력을 기울이고 있다. 특히 일본과 미국은 전자와 IT에서 누렸던 세계시장 패권을 지능형로봇에서도 다시 한번 재연하겠다는 각오로 심혈을 기울이고 있다.
미국은 민수용보다 항공, 우주, 국방분야의 압도적 우위를 유지하는데 포커스를 맞추고 있다. 미국의 벤처투자자들은 오랜 세월 민간 로봇산업에 필요한 투자와 위험부담을 기피해왔고, 이 때문에 로봇업체들은 대부분의 로봇개발 프로젝트는 미 국방부에 의존하고 있다. 위험지역을 정찰하는 소형 정찰로봇, 무인장갑차, 무인정찰기 등이 대표적 산물이다.
국방관련 로봇수요는 향후 10년간 1,000억 달러 이상에 달할 계획이다. 미 국방부 산하의 고등연구계획국(DARPA)은 오는 2014년까지 군용차량의 1/3을 자율주행기능을 갖춘 로봇차량으로 대체하는 ‘미래 전투 시스템(Future Combat Systems)’을 진행하고 있다. DARPA는 캘리포니아의 모하비 사막을 횡단하는 로봇차량 대회 ‘그랜드 챌린지’를 2회 개최한데 이어서 오는 11월에는 실제 도심을 달리는 ‘어번 챌린지’를 시도한다. 무인차량에 적용된 많은 아이디어와 기술은 이미 자동차 시장에서 도입되어 경제적 파급효과를 일으키고 있다. 미국 로봇기술의 저력을 보여주는 사례다. 미국 로봇산업의 혁신을 주도하는 기업체는 청소로봇시장을 석권한 아이로봇사와 최근 로봇용 SW인 ‘로보틱스 스튜디오’를 선보인 마이크로소프트를 꼽을 수 있다.
일본은 지난 80년대부터 우위를 유지해오던 산업용 로봇시장의 정체상황을 서비스로봇 분야로 돌파구를 마련하는데 주력하고 있다. 일본 로봇산업의 마스코트는 인간의 모습을 닮은 휴머노이드 로봇이지만 일본 로봇업체들은 실생활에 사용될 수 있는 다양한 로봇제품 개발에 누구보다 심혈을 기울이고 있다.
또 일본정부는 서비스로봇 시장의 활성화를 위하여 기계가공에서 전자, 오락, 가전산업 등 로봇제조에 필요한 부품 공급망을 체계화하는 정책도 진행하고 있다. 오사카 시당국은 현지 로봇산업을 지원하기 위해 200개가 넘는 로봇부품 업체를 한데 모으는 칸사이 로봇 클러스터 계획을 진행하였다. 이것은 일본은 과거 가전, 자동차, 반도체 사업을 육성할 때 사용했던 산업전략과 동일한 방식이다. 이 같은 정책지원과 탄탄한 부품산업, 로봇을 친근하게 여기는 문화적 풍토가 어울려 일본의 서비스로봇 시장은 세계적으로 가장 앞서가고 있다. 현재 일본의 로봇 R&D에 많은 투자를 하는 기업들은 혼다, 도요타와 같은 자동차업체와 도시바, 미쓰비시 등 전자업체가 양대 축을 형성하고 있다.
우리나라는 이들 로봇강국에 비해 열악한 환경이지만 일부 로봇비전 분야에서 국제적 경쟁력을 갖췄다는 평가다.
특히 국내 로봇비전의 강점은 가정용 로봇제품에 적합한 보급형 SLAM에서 두드러지며 값싼 청소로봇도 최적의 주행경로를 쉽게 찾도록 각종 센서와 비전기능을 결합한 SLAM기술을 대학연구소와 삼성전자, LG전자 등에서 개발중이다. 로봇비전의 눈에 해당하는 하드웨어 모듈도 국산화가 활발하며 삼성테크윈을 중심으로 메가 픽셀 급의 감시용 로봇 눈이 개발되고 최근에는 주/야간 동시촬영이 가능한 CMOS 센서까지 등장해 로봇비전기술의 대중화에 큰 도움이 예상된다. 문제는 국내 로봇연구에서 비전분야에 대한 상대적 무관심이다. 우리나라의 로봇학계는 본래 기계공학 전공자를 주축으로 성립되었기 때문에 로봇비전 전문가가 활동할 공간이 협소하다고 할 수 있다. 반면에 미국과 유럽은 로봇을 기계적 관점으로만 보지 않고 비전을 포함한 요소기술을 고루 발전시켜 왔었다. 이처럼 로봇비전에 척박한 연구풍토는 막상 로봇산업 곳곳에서 시각수요가 폭증하는 시점에 이르러 심각한 인력난을 유발하고 있다.
가까운 중국 로봇학회만 봐도 똑똑한 영재들이 가장 많이 진출하는 분야가 로봇비전이다. MS가 출범시킨 로봇사업부도 비전 전문가들이 주축을 이루고 있다. 기계 눈으로 세상을 바라보는 로봇비전의 핵심기술은 이미 로봇뿐만 아니라 무인자동차, 보안장비, 군수산업 등에서 요긴하게 사용 중이다. 미래학자들은 잠깐 스친 사람의 얼굴과 이름까지 기억하는 로봇비전기술이 실용화되면서 종이명함이 사라질 날이 올 것이라고 예측하고 있다. 우리나라도 비전기술의 중요성에 걸맞게 로봇 인력양성과 R&D 순위에서 적절한 조정이 필요하다고 할 수 있다.
1) 수술로봇
최근 손상부위가 깊어 수술이 불가능한 환자를 살리기 위하여 의료팀을 작게 축소시켜 혈관에 투입하는 장면이 나온다. 이보다는 못해도 로봇기술로 극히 미세한 수술을 성공시켜 귀중한 인명을 살리는 사례가 요즘 크게 늘고 있다. 모니터를 봐야 환자의 뱃속에서 지금 무슨 일이 벌어지는지 알 수 있다. 복부에 들어간 가느다란 로봇 팔이 속살을 벌리자 다른 로봇 팔이 레이저 광선으로 살점을 잘라내어 진행하는 모든 수술장면은 10~15배까지 확대되기 때문에 수술 도중 암 조직이 아닌 미세신경이나 근육조직을 손상시킬 가능성은 극히 낮다고 한다. 의사는 컨트롤 유닛에 앉아 3차원 수술영상을 보면서 수술 칼 대신 로봇 팔만 조작하면 되는 것이다.
<그림 1>에서 보듯이 로봇을 이용한 수술은 인간의 손보다 뛰어난 정밀도로 여타 신체조직을 다치지 않고 수술을 해내는 장점이 있다. 로봇이 외과용 수술도구로서 임상적으로 적용된 최초의 사례는 1992년 인공고관절 수술에 로보닥(RoboDoc System) 장비가 적용된 것이다. 미국에서 개발된 로보닥은 인공관절이 삽입될 환장의 뼈를 로봇으로 가공해서 수술 성공률을 획기적으로 높였다. 두꺼운 뼈를 정확한 형상의 작업에는 CAD/CAM 자료에 따라 작동하는 로봇 팔이 숙력된 외과 의사를 간단히 능가한다고 할 수 있다. 로보닥은 한국과 EU의 판매승인을 획득하여 결국 인공관절수술의 대세를 장악하였다. 로보닥은 손상된 무릎 및 엉덩이관절에 인공관절을 삽입하는 로봇으로 기존의 의료로봇이 반자동 개념이었다면 완전 자동수술로봇이라는 점이 가장 큰 특징으로 보인다.
2) 교육용 로봇
로봇을 교사의 대역으로 교육현장에 투입하는 사례는 한국이 세계최초다. 이러한 형태의 교육로봇은 지난 10년간 국내 교육시장의 지형을 바꿔놓은 e러닝의 새로운 형태로서 잠재력을 막 드러낸 상황이다. 교육용 로봇시장은 크게 두 가지 종류로 구분된다. 하나는 어린이들이 로봇을 직접 조립함녀서 과학원리를 깨우치게 돕는 학습교재(로봇키트)가 있다. 학생들이 로봇의 구조와 작동방식을 이해하려면 로봇을 스스로 만들고 조정해보는 것이 최고의 교육방식이다.
교육용 로봇의 가능성은 올해 초까지 정통부가 진행한 URC로봇 1차 시범사업에서도 검증이 되었다. 교육부 추천으로 선정된 8개 유치원에서 교사로봇을 운용해 본 결과 예전보다 향상된 교육 및 오락 콘텐츠 덕분에 어린이들의 만족도는 높았다. 또한 로봇교육을 커리큘럼에 포함시켜 체계적으로 운용, 관리하는데도 훨씬 유리하다. 현재 전국 유치원과 어린이집의 숫자는 약 2만8천여 곳으로 구매력이 높은 상위 30% 수요만 공략해도 1만대에 가까운 교육용 로봇수요가 생길 것으로 전문가들은 기대하고 있다.
<그림 2>는 최근 분당서울병원 도우미 로봇으로 활약 중이 스누봇과 티로를 하얀색 이미지로 깔끔하고 쾌적한 모습을 나타내는 안내, 홍보, 도우미, 프로모션 도우미 등 다양한 곳에서 활약 중에 있다.
3) 헬스케어로봇
헬스케어로봇의 범주에 넣을 수 있는 가장 고전적인 기계장치로는 러닝머신(treadmill)이 있다. 지난 50년대 미 국방부가 병사들의 체력 테스트를 위해 개발한 러닝머신은 이후 피트니스 센터의 체력관리용으로 급속히 수요가 늘었고, 단일품목으로 연간 30억 달러 규모의 세계시장을 형성하였다. 심지어 일반 가정에서도 러닝머신을 설치해놓고 수시로 뛸 정도로 대중화에 성공한 상품이다. 러닝머신에서 촉발된 헬스기구의 자동화 트렌드는 2000년대 이후 첨단 IT와 접목하면서 로봇화의 길로 들어서고 있다. 미래의 헬스기구가 운동하는 사람의 심박수, 체온, 호흡 등을 파악해서 최적의 운동프로그램을 골라주거나 대화기능까지 갖춘다면 역기, 아령과는 다른 로봇으로 간주해야 한다.
국내서도 웰빙 바람을 타고 피트니스 시장이 급격히 커지자 승마운동을 모방한 헬스케어 로봇의 개발이 시작되었다고 한다. 또한 마사지로 신체의 피로를 풀어주는 안마의자형 로봇도 2009년 상용화를 목표로 연구가 진행 중이다.
또한 국내 최대의 마사지 체어 전문업체인 대경산업은 사용자의 체형을 스스로 인식하여 필요한 곳에 실제 손과 유사한 자극을 주는 3차원 안마로봇인 ‘체어봇(ChairBot)을 연구하기 시작하였다. 회사 측은 대당 1,000만원이 넘는 일제 최고급 마사지체어의 기구수준을 훨씬 능가하는 안마로봇 개발을 목표로 잡았으며, 사용자가 안마로봇에 앉으면 우선 체형인식시트가 키와 신체 폭을 측정하고 마사지 효과에서 중요한 경략(지압 점)의 위치를 정확히 찾아내는 것이다. 기계손은 압력감지 센서가 내장되어 있어 사용자의 근육경직도를 인식하고 마사지 과정에서 사용자의 비만정도에 따라 압력을 조절한다고 한다.
또한 음성인식기능도 들어가서 사용자가 편안한지를 수시로 문의하고 터치스크린을 통한 원격지의 담당 주치의와 영상통화도 가능하여 신상정보를 이용한 맞춤형 안마서비스는 기본이고 기분 좋게 안마를 받다가 문득 잠이 들어도 걱정이 없을 것이다.
나. 첨단로봇 시장
로봇은 기계, 전기, 전자, 통신 등의 기술이 유기적으로 결합되어 인간행동을 자동으로 수행해주는 시스템(산업)으로, 기능에 따라 조립, 용접, 운송 등의 제조활동을 수행하는 산업용 로봇과 인간과 상호 작용하면서 가사지원, 교육 등의 생활면의 서비스를 제공하는 서비스 로봇으로 구분된다. 세계 로봇산업은 80년대 이후 본격화된 산업용 로봇에서 인공지능, 센서 등의 기술발전에 힘입어 2000년 이후에는 청소기 로봇, 애완용 로봇 등과 같이 소비자의 관심에 초점을 맞춘 서비스로봇이 등장하고 있다.
1980년대 전반기에 세계 로봇시장은 각국의 자동화 설비 확장에 힘입어 성장일로에 있었다. 하지만 1990년대 중반부터 세계 로봇시장을 주도하고 있는 일본과 유럽지역의 불경기 여파로 성장률이 안정적이지 못하였다. 이는 전 세계 로봇추세를 한눈에 알 수 있는 산업용 로봇 동향을 보면 알 수 있다. 국제로봇기술연합회(IFR)와 UN경제위원회의 보고서에 따르면 지난 1993년에 산업용 로봇출하량은 5만4천여대로 1990년도에 비해 40% 가까이 하락하였다.
이후 유럽과 일본의 완만한 경기회복세와 중국을 중심으로 한 아시아 지역에 신규 수요가 증가하면서 1997년 8만4천여대 수준으로 회복하였지만 1997년 말부터 불어닥친 아시아 경제위기로 7만대 수준으로 하락하고 말았다.
현재 전 세계 산업현장에서 쓰이는 90여만 대의 로봇 중 1/3이 넘는 35만 대를 보유하고 있는 일본은 미국, 독일과 함께 시장을 주도하고 있으며 중국의 가세로 산업용 부분에서 연 7% 이상 성장할 것으로 예상되고 있다. 현재 중국은 산업용 로봇 설계에 박차를 가하고 있으며, 로봇설계 제조기술과 제어시스템, 운동학, 소프트웨어, 궤적 감시체계 등 자체 생산능력을 가진 것으로 알려져 있다. 특히 아크(용접), 스프레이(도장)와 관련한 로봇의 핵심부품은 자체 도달하고 있는 실정이다. 중국이 이처럼 산업용 로봇개발에 힘쓰는 이유는 바로 산업화 전략 때문이다. 중국의 핵심 산업으로 육성하는 분야가 자동차, 오토바이, 전기, 석유화공 등인데, 이런 산업은 생산공정 특성상 로봇이 차지하는 비율이 매우 높다.
우리나라도 고부가가치 산업인 로봇 분야에 정부뿐만 아니라 민간부야에서도 많은 투자가 이루어지고 있다. 휴머노이드 타입의 로봇은 일본 제품과 유사한 능력을 가졌음에도 불구하고 무게를 약 60kg으로 줄여 휴머노이드 분야에서 일본과 본격적인 경쟁을 알리는 신호탄 역할을 하였다. 한국의 로봇산업은 중국과 마찬가지로 산업용 부분의 개발도 하고 있지만 비 산업용과 특수임무용 인공지능형 로봇분야에 많은 비중을 두고 있다. 이는 지능형 로봇특허 출원 건수를 보면 알 수 있는데, 1999년부터 매해 평균 28% 이상 증가하고 있다. 이처럼 한국이 지능형로봇 기술에 매달리는 것은 IT, BT 등과 함께 로봇기술(RT)이 21세기 산업을 주도할 3대 고부가가치 기술로 떠오르고 있으며, 미국, 유럽 등을 중심으로 서비스분야 로봇 수요가 점진적으로 증가하고 있다.
일본은 전 세계 산업용 로봇의 60%를 보유하고 있는 명실상부한 로봇 대국으로 1970년대부터 기술개발과 보급을 전략적으로 추진하고 있다. 소니, 혼다, NEC, 마쓰시타, 미쓰비시 등의 대기업을 중심으로 수많은 기업들이 로봇이 거대 시장으로 발전할 것으로 예상하고 애완용 로봇, 축구로봇과 같은 로봇시장을 공략하고 있다. 일본로봇공업협회는 2010년경 개인용 로봇의 수가 급증하여 향후 로봇시장을 주도할 것으로 예측하고 일본 정부 주도하의 집중적인 연구개발 및 투자를 통하여 로봇기술의 효시인 미국을 앞지르고 있다고 한다. 현재 로봇분야 세계 제1위의 기술과 기반 산업을 보유하고 있으나 창의적인 분야의 로봇기술 개발이 아직 부족한 것이 약점이다.
