HRP-5P

HRP-5P(휴머노이드 로봇 플랫폼)

일본 산업기술종합연구소(AIST)

HRP-5P(휴머노이드 로봇 플랫폼)는 일본 산업기술종합연구소(AIST)에서 1998년부터 꾸준히 개발해온 산업용 휴머노이드 로봇이다. 일본 산업기술종합연구소에서는 HRP-5P가 인간의 중노동 작업이나 위험한 환경에서 작업을 자율적으로 대체하는 것을 목표로 개발하고 있다.

개요

HRP-5P는 2018년 9월 27일 일본 산업기술종합연구소에서 테스트 동영상으로 공개되었다. 영상에서 신형 HRP-5P는 주위의 도움 없이 로봇 혼자 석고보드를 들어 나르고, 쪼그려 앉은 자세에서 전동공구를 다룬다. 기존 인간형 로봇에 비해 진보한 작업 능력을 보인다. HRP-5P는 1998년부터 꾸준히 인간의 중노동 작업이나 위험한 환경에서 작업을 자율적으로 대체하는 것을 목표로 개발되고 있다.

HRP-5P는 키가 182㎝, 무게 101㎏으로 전신에 걸쳐 총 37자유도를 갖는데 검은색 몸체에 두 개의 긴 팔과 다리를 갖춰 사람의 동작을 대부분 따라 한다. HRP-5P는 고출력 모터를 채택해 구동장치를 강제로 냉각해 작업 능률을 향상할 수 있고, 머리에는 복합 센서를 탑재해 주위를 계측, 3차원 지도를 제작함으로써 최적화된 이동 동선을 확보할 수 있다. 카메라 영상으로 물체 인식이 가능하고, 컴퓨터 시뮬레이션으로 동작이나 소프트웨어 결함을 계속 모니터링할 수 있다. 이 체내에 지능을 보유함으로써 로봇에 의한 자율 석고보드 설치가 가능해졌는데, 이는 건설 현장의 대표적인 중노동 사례다.

일본 산업기술종합연구소에서는“신형 HRP-5P는 HRP 시리즈의 기술을 계승하면서도 최신 하드웨어 기술을 활용해 완성했다”며 “지금까지 개발된 HRP 시리즈 중 최고의 신체 능력을 갖췄다”고 밝혔다. HRP-5P는 당장 산업 현장에 투입될 정도 실력을 갖추지는 못했다. 연구진은 오히려 관련 기능을 연구하기 위한 실험용 로봇으로서 가치가 더 크다고 밝혔다. 일본 산업기술종합연구소는 앞으로 HRP-5P를 건축 현장이나 항공기 · 선박 등의 대형 구조물 조립에서의 인간형 로봇의 실용화를 위한 연구개발 플랫폼으로 쓸 수 있을 것으로 기대하고 있다.

HRP-5는 10월 17일부터 5일간 도쿄 빅 사이트에서 개최되는 세계로봇 엑스포에서 로봇 실물이 전시되었다.

역사

일본 산업기술종합연구소는 HRP 시리즈 개발에서 가와다인더스트리(현 가와다로보틱스) 등 여러 민간기업과 협업해 실용화를 위한 기초기술을 개발했다. HRP-2는 두 발로 걷고, 눕고, 일어서고, 좁은 길을 걷는 등의 행동을 할 수 있다. HRP-3는 미끄러운 표면 위를 걸을 수 있고 원격 제어를 통해 교량의 볼트를 조일 수 있다. 2011년부터 일본 산업기술종합연구소에서 진행 중인 재난대응 휴머노이드 로봇 연구는 거친 지형을 걷고, 회전 밸브를 돌리고, 3D 환경측정을 바탕으로 반자동 적으로 다른 작업을 수행할 수 있는 향상된 물리적 기능(사지 길이, 동작 범위, 관절 출력 등)을 갖춘 HRP-2의 개정판으로 이어졌다. 그러나 석고보드 설치 등 중노동에 대한 물리적 능력은 여전히 부족했고, 복잡한 환경에서 인간의 움직임을 모방할 수 있는 충분한 자유도와 이동 가능한 관절의 범위가 부족했다. 이를 위해 일본 산업기술종합연구소는 중노동자를 대체할 수 있는 신체 능력을 갖춘 휴머노이드 로봇 HRP-5P 개발을 추진했다. 나아가 HRP-5P는 HRP 시리즈의 기술을 계승하고 있으며, Honda 자동차의 특허 기술을 활용하고 있다.

HRP-5P 개발의 일부는 신에너지산업기술개발기구(NEDO)가 의뢰한 연구개발(R&D)에 의해「차세대 핵심 연구개발(R&D)」의 「자율 휴머노이드 로봇(혁신 요소 로봇 기술 분야」에서 비정형 환경에서 일할 수 있는 고신뢰성 휴머노이드 로봇 시스템에 관한 연구개발(R&D)」에 의해 지원되었다.

특징

휴머노이드 로봇 프로토타입 HRP-5P는 자율적으로 작업하고 대체 노동의 원천을 제공할 수 있는 견고한 바디와 고급 인텔리전스로 개발되었다. 로봇이 대체할 일자리로 첫손에 꼽히는 것이 단순 반복적인 육체노동 업무다. 실제 많은 공장에서 단순 조립 작업은 이제 로봇의 몫으로 넘어갔다. 그러나 작업장을 이동하며 다양한 형태의 섬세한 육체노동을 해야 하는 건축 현장이나 항공기 조립, 선박 건조 현장에서는 여전히 인간의 숙련노동이 중심을 이루고 있다. 벽돌을 쌓는 로봇이나 벽체를 쌓아 올리는 3D프린터(3D 프린팅)가 등장하기는 했지만, 이들 현장에서 대형 구조물을 완성하는 데는 아직도 숙련노동자의 정확한 손길이 절대적으로 필요하다. 그러나 저출산, 고령화 흐름에 따라 이런 일을 할 수 있는 숙련노동자가 갈수록 부족해지고 있다. 세계 최고 수준의 고령화와 함께 인구 감소가 시작된 일본에서는 사정이 더욱 절박하다.

일본 산업기술종합연구소는 "저출산·고령화에 따라 건설 현장에선 심각한 일손 부족을 겪을 전망"이라면서 "HRP-5P와 같은 휴머노이드 로봇의 보급 필요성이 높다"고 전망하며 출생률 감소에 따라 건설 및 기타 여러 산업에서 심각한 노동력 부족을 초래할 것으로 예상했다. 이에 일본은 로봇 기술을 사용하여 문제를 해결하고자 하였으며 HRP-5P는 건축 현장, 항공기 시설, 또는 조선소의 건설 노동자가 잠재적으로 위험한 무거운 노동을 수행하도록 하는 강력한 대안을 제공하였다. 이렇게 HRP-5P는 노동력 부족을 해결하고 많은 노동력을 제공하고 있는 사람들을 자유롭게 하여 다른 노동에 집중할 수 있도록 도와준다.

HRP-5P의 물체 감지 예

• 신장 182cm, 체중 101kg 인 HRP-5P는 총 목 2도, 허리 3도, 팔 8도, 다리 6도, 손 2도 등 총 37도의 자유도를 지닌 몸을 갖고 있다. 손을 제외하고, 현재까지 HRP 시리즈에서 가장 자유로운 이동을 할 수 있다. HRP-2의 개정판과 비교하여, 허리에 1도, 팔의 밑부분에 1도 정도의 자유도를 추가함으로써 인간의 움직임과 더욱 유사한 조작을 가능하게 했다. 따라서 HRP-5P는 양팔을 사용하여 석고보드(1820 × 910 × 10 mm, 약 11 kg)나 합판 패널(1800 × 900 × 12 mm, 약 13 kg)과 같은 큰 물체를 처리할 수 있다.
• 사람만큼의 자유도가 없는 로봇을 인간의 움직임을 몹망하기 위해, 연구자들은 여러 개의 관절이 집중되어 있는 엉덩이와 허리 부위에 더 넓은 범위의 관절 이동 범위를 보정했다. 예를 들어 다리를 구부리고 펴는 고관절은 사람이 140°, HRP-5P가 202°, 상체를 돌리는 허리관절은 사람이 80°, HRP-5P가 300° 정도의 운동 범위를 가진다.이를 통해 상체가 뒤틀린 채 깊이 웅크릴 때와 같은 다양한 자세로 로봇의 작업을 할 수 있다.
• 고출력 모터를 사용하고, 구동 메커니즘에 냉각을 추가하고, 다중 모터를 특징으로하는 특정 조인트가 있는 조인트 구동 시스템을 채택함으로써 조인트 토크와 속도가 수정된 RP-2에 비해 평균적으로 약 2배가 증가하였다. 그 결과, 로봇은 석고 보드를 스택에서 들어 올리는 것과 같은 무거운 하중을 수반하는 작업을 할 수 있다. (수평으로 확장된 HRP-5P의 각 암은 HRP-2의 개정판의 경우 1.3 kg, HRP-4의 경우 0.9 kg에 비해 2.9 kg의 중량을 견딜 수 있다.)
• 헤드 장착 센서를 사용하여 주변 환경의 3D 측정값(0.3Hz 주파수)을 지속해서 획득한다. 작업 시 사용되는 물체에 의해 시야가 차단되더라도, 보관 및 갱신된 측정 결과는 패널을 휴대하면서 보행 계획을 실행하거나 발이 미끄러졌을 때 보행 시 수정을 가능하게 한다.
• 학습에는 새로 구축된 작업 객체의 영상 데이터베이스를 사용하는 경련 신경 네트워크가 포함된다. 로봇은 저대조도 배경이나 희미한 조명 아래에서도 90% 이상의 높은 정밀도로 10가지 유형의 2D 물체 영역을 감지할 수 있다.
• 코레오노이드(Choreonoid) 로봇 시뮬레이터에서 로봇 인텔리전스에 대한 가상 테스트 환경을 정비하고 스프트웨어 회귀 분석을 24시간 모니터링함으로써 신뢰성이 높은 로봇 시스템을 구축하고 대규모 소프트웨어(약 25만 줄 코드)의 품질을 유지할 수 있다.

전망

인공지능(AI)이 인간의 일자리를 대체할 수 있을지 여부를 놓고 여전히 갑론을박이 계속되고 있다. 인공지능기술의 발전이 가장 빠른 속도를 내는 곳은 '자율주행 자동차'다. 자율주행 자동차는 2018년 12월 10일 자율주행 자동차 실행도시인 '케이-시티(K-City)'가 완성돼 세계 최초로 5G 통신망 구축과 고속도로를 비롯해 도심, 주차장 등 사실상 실제 환경에서 자율주행이 가능해졌다. 아직 시속이 25km 정도로 느리고 돌발 상황에 대한 대처 능력도 떨어져 상용화가 멀었지만 자율주행버스로 출퇴근하는 것도 먼 미래의 일만은 아니라는 것이 전문가들의 얘기다.

또 서비스 분야에도 이미 길거리 편의점과 카페 등지에서 인공지능과 로봇을 쉽게 접할 수 있다. 인천국제공항 제 1·2여객터미널에선 음성인식 및 인공지능, 자율주행 등 ICT 기술이 접목된 로봇 ‘에어스타(AIRSTAR)’가 공항 안내를 돕고 있다. 경기도 화성 동탄의 한 카페에서는 스마트폰 앱이나 키오스크(무인 종합정보안내시스템)를 통해 음료나 커피를 주문하면 ‘로봇 커피 바리스타’가 직접 커피를 뽑아준다. 이와 함께 대형마트와 편의점 등 유통가에서도 AI·로봇을 점원으로 사용하는 등 시범 운영에 들어간 상태다.

서비스 분야뿐 아니라 공사 현장에서도 로봇이 인간의 일을 대신할 것이라는 전망도 나온다. 2019년 9월 말 일본 산업기술종합연구소는 건축 현장 등에서 무게 11㎏의 석고보드를 들어 올려 벽에 나사로 고정하는 작업을 자율적으로 수행할 수 있는 휴머노이드 로봇 ‘HRP-5P’를 개발했다. 빌딩·주택 시공, 항공기·선박 등 조립 작업의 자동화를 목표로 개발됐다. 국내에서도 인간의 위험한 작업을 대신하기 위한 목적으로 로봇이 개발되고 있다.

현대건설에서는 2020년부터 다관절 산업용 로봇을 국내 건설 현장에 시범 적용하고 2022년부터는 용접, 자재 정리 등 보다 정밀한 작업이 필요한 공정에 산업용 로봇을 투입하는 등 2026년까지 건설 현장 작업의 약 20%를 로봇으로 대체할 예정이다. 현대건설 관계자는 "이러한 로봇 작업은 작업자 개인의 숙련도나 컨디션에 영향을 받지 않아 시공 시 균일한 품질을 얻을 수 있다는 것이 장점"이라고 말했다. 또 24시간 작업이 가능해 공사 기간을 단축할 수 있고, 사고 위험이 높은 공정에 투입하면 안전사고 예방도 기대할 수 있다.

인공지능기술의 발달로 벌써 유통·물류·운수·제조업에서 현존하는 직업의 90%가량이 사라질 것이라는 우려가 나오고 있다. 기업에서는 초기 자본 투입으로 연중무휴로 일하고, 임금 인상 등도 없는 인공지능과 로봇을 도입하는 게 유리하기 때문이다. 반면 로봇이 인간을 완벽하게 대체할 수 없다는 반론도 만만치 않다. 로봇이 뺏어가는 일자리보다 AI와 로봇 때문에 생겨나는 일자리가 더 많을 수 있다는 것이다. 문전일 한국로봇산업진흥원 원장은 “로봇이 특정 분야에선 사람을 대체하는 경우도 생기고 있지만, 대부분은 사람, 즉 사용자와 같은 공간에서 협력하는 형태”라고 강조했다.

참고자료

• 일본 산업기술종합연구소(AIST) 공식 홈페이지 - https://www.aist.go.jp/aist_e/list/latest_research/2018/20181116/en20181116.html
• 전승민 기자, 〈로봇 혼자 인테리어 뚝딱… 日,인간형로봇 HRP-5P 공개〉, 《동아사이언스》 2018-09-28
• 김종화 기자, 〈(과학을읽다)로봇의 고민 "내가 일을 못한다고?"〉, 《동아사이언스》 2020-02-04
• 임기훈 기자, 〈(다시 뛰는 대한민국 ‘GREAT Korea’) “AI가 일자리 잠식” vs “새 일자리 생긴다”〉, 《이투데이》, 2019-01-14
• 서미숙 기자, 〈현대건설, 인공지능 갖춘 산업용 로봇 건설현장 투입〉, 《연합뉴스》, 2019-11-27

같이 보기

• 인공지능
• 로봇
• 인공지능 로봇
• 휴머노이드

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