휴머노이드

휴머노이드(humanoid)는 인간의 모습을 닮은 로봇이라는 뜻이다. 휴머노이드 로봇(humanoid robot)이라고 한다. 머리, 몸통, 팔, 다리가 있고, 2족 보행이 가능한 로봇이다. 미국 보스턴 다이내믹스(Boston Dynamics)가 개발한 아틀라스(Atlas), 일본 혼다(Honda)가 개발한 아시모(Asimo)와 소프트뱅크(SoftBank)가 개발한 페퍼(Pepper), 한국 카이스트(KAIST)가 개발한 휴보(Hubo), 한국생산기술연구원(KITECH)이 개발한 에버(EveR), 핸슨로보틱스가 개발한 소피아, 이란의 수레나IV 등이 있다.

개요

휴머노이드 로봇은 안드로이드 로봇과 혼동될 수 있는데, 안드로이드 로봇은 모습과 행동이 인간을 닮은 로봇을 말하는 것이고, 휴먼노이드 로봇은 인간의 피부나 얼굴형상을 그대로 모방하지 않고 인간의 행동을 가장 잘 모방할 수 있는 로봇을 의미한다. 4차 산업혁명시대라는 미래를 맞이하는 인간의 지성은 최근 산업 자본과의 적극적인 결합을 통해 휴머노이드 로봇의 개발에 노력 중이다. 휴머노이드 로봇은 인간의 다양한 상상력 속에서 등장했던 배경을 지닌 인간 친화적인 기계로, 머리·팔·다리·눈·입 등을 포함한 인간의 일반적 외형과 유사한 형태를 하고 있다. 대부분의 로봇 기계들은 인간 노동의 세계에 재앙을 가져올지 모르는 위협적인 기계로 인식되는데, 휴머노이드 로봇은 인공지능 테크놀로지와 컴퓨터 인터페이스 방식을 통해서 창의적인 예술가로서의 기능을 수행한다. 또한, 인간과 유사한 외형과 신체적 구성으로서 인간에게 미적 체험을 제공하기도 한다. 대표적으로 소니(Sony)의 큐리오(Qrio)와, 혼다(Honda)의 아시모(Asimo)가 있는데, 걸어가는 휴머노이드 로봇에 인공지능 기술력을 결합한 사례이다. 이 둘은 음성인식과 컴퓨터 시각 능력을 갖추었으며, 큐리오의 장소 이동 능력은 실시간으로 환경 지형의 변화에 반응할 수 있고 탐색도 가능하다. 또한, 이동 중에 넘어져도 다시 일어설 수 있으며, 아시모는 사람과 악수도 가능하다. 이러한 극적인 프로세스는 최근 인공지능 테크놀로지에 기반한 연구력에 힘입어 인간이 보유한 안정성 능력에 더욱 가까운 휴머노이드 개발로 이어지고 있다. 휴머노이드 로봇은 물리적으로 세계와 인간과의 상호작용을 실현하기 위해 존재하는 기계로, 외관은 인간의 모습과 닮았으며, 인간의 생각과 표현도 반영할 수 있다. 인간의 행동을 가장 잘 모방할 수 있는 '인간형 로봇'으로, 인간의 지능·행동·감각·상호작용 등을 모방하여 인간을 대신하거나 인간과 협력하여 다양한 서비스를 제공하는 것을 목표로 둔다. 연구용이나 기술과시 용도에서 벗어나 점차 실용적인 측면으로 무게를 두고 있다.

역사

• 1973년 : 일본 가토 이치로 와세다대학교 교수팀이 음성에 의한 명령 조작이 가능한 세계 최초의 휴머노이드 로봇 '와봇-1'(WABOT) 개발
• 1984년 : 와봇-1 연구진이 발전한 '와봇-2' 개발
• 1985년 : 전자오르간을 연주하는 로봇, 얼음을 조각하는 로봇, 200kg의 바벨을 들어 올리는 로봇, 초상화를 그리는 로봇 등 다양한 로봇 전시한 '쯔쿠바 과학박람회'를 개최
• 1996년 : 일본 혼다에서 자연스럽게 2족보행이 가능한 신장 182cm, 체중 210kg인 로봇 'P2' 개발
• 1999년 : 대한민국 최초 휴머노이드 로봇인 '센토'개발
• 2000년 : 일본 혼다에서 최초로 계단을 오르내릴 수 있는 로봇 '아시모' 개발
• 2004년 : 대한민국 최초 두 발 보행 '휴보' 개발
• 2005년 : 아인슈타인의 얼굴을 달고 웃음·슬픔·화남 등 여러 표정을 지을 수 있는 '알버트휴보' 개발
• 2009년 : '휴보'보다 발전된 뛸 수 있는 '휴보2' 개발

개발 사례

해외 사례

• 와봇-1(WABOT-1) : 와봇1은 두 발로 걷는 최초의 휴머노이드로, 1973년 일본 와세다대학교 가토 이치로 교수팀이 개발한 로봇이다. 두 발로 걸을 수 있으나, 머뭇거리며 몇 걸음 떼는 정도였고, 미리 입력된 간단한 질문에 답할 수 있는 수준이었다.

• 와봇-2 (WABOT-2): 1984년 와봇-1과 같은 연구진이 '와봇-2' 개발에 성공 하였다. 파이프오르간 연주용으로 만들어진 로봇으로, 악보를 읽고, 페달을 밟으며 건반을 칠 수 있는 로봇이었다. 하지만 '와봇-1'과 같이 부자연스럽고, 완전한 인간형 로봇은 아니었다.

• 피투 (P-2) : 'P2'는 일본의 혼다사가 1996년에 발표한 로봇이다. 키는 180cm 무게는 210kg으로 비교적 큰 로봇이다. 1970년대와 1980년대의 휴먼노이드는 전력시스템·모터 드라이버·컴퓨터·비전(vision) 등이 로봇 외부에 있는 시스템이었지만 P2는 모든 것을 내장하고 있는 시스템으로, P2를 시점으로 내장형 자율 휴머노이드 로봇 시대가 열렸다. P2는 인간 친화적인 외모를 가졌고, 계단을 오르내리고, 옆걸음을 할 수 있으며, 곡선보행 등 부드러운 관절운동과 동적인 이족보행을 시연할 수 있었다.

• 아시모 : 아시모는 2000년 일본 자동차 기업 혼다가 P-3을 거치고 발표한 로봇으로, 'Advanced Step in Innovative Mobillity'의 약자이다. 인간의 기본 행동인 걷기와 뛰기를 구현했으며, 동작으로 감정을 표현하고 계단을 오르내릴 수 있었다. 120cm 의 키와 50kg의 무게로 약 30개의 호출신호를 알아 듣고, 거기에 반응하며 사람의 얼굴이나 음성을 인식할 수 있었다. 다음 단계의 움직임을 미리 에측하여 자유롭게 보행을 제어하는 'i-WALK' 기술을 활용하여 평지뿐 아니라 계단 및 경사면에서 자유롭게 걸어 다닐 수 있는데 보행속도는 시속 3km 정도이다. 또한 관절가동 범위가 34도여서 훨씬 다양한 동작들을 취할 수 있었다. 2011년에 아시모는 신형으로 새로 나왔는데, 시속 9km속도로 뛰고 두 발로 점프를 하는 등 동작이 부드러워진 로봇으로 발전하였다. 아시모는 2015년 3월 일본은 방문하였던 앙겔라 메르켈 독일 총리와 악수를 나누었으며, 2014년에 도쿄를 방문했던 전 대통령 버락 오바마와 공놀이도 하였다.

• 페퍼(Pepper) : 페퍼는 소프트뱅크가 발표한 휴머노이드이다. 인공지능은 IBM의 왓슨을 기반으로 제작되었다. 129cm의 키에 29kg의 몸무게를 갖고 있으며, 휴머노이드이지만 이족 보행이 아니라 바퀴로 움질일 수 있다. 마이크 4대, 카메라 2대, 3D센서, 터치센서, 레이저센서, 음파센서, 자이로스코프 등을 갖추고 있기 때문에 스스로 주변 상황을 인식하고 반응한다. 악수를 청하면 관절과 손가락이 있는 손을 내밀어 상대의 음색과 표정에 따라 상대방에 대응하고, 손에 두 개의 터치 센서가 달려 있어 적절한 악력으로 악수할 수도 있다. 소프트뱅크는 페퍼의 장점은 인공지능과 클라우드 시스템을 이용하여 인간과 교류하며 스스로 성장해 갈 수 있다는 점이라고 소개하였다. 페퍼의 성격도 이를 사용하는 가족에 성격에 따라 달라진다고 주장하였으며, 일본에서 페퍼는 양로원 등에서 사용될 가능성이 높은것 으로 보고 있다.

• 나오(NAO) : 나오는 프랑스 알데바란사의 휴머노이드 로봇이다. 태블릿 소프트웨어 프로그램으로 작동해 직원 및 직원 봉사자, 어린이도 사용이 가능한데, 누구든지 로봇을 프로그래밍 하는 게 가능하며 간단히 버튼만 눌러도 프로세스가 실행된다. 사전에 아이나 고객이 누구인지 알고 있다면 서로 대화도 나눌 수 있다. 나오는 60.69cm의 키로 2피트 미만에 불과하다. 춤·이야기하기·게임·주먹 맞대기 등 다양한 활동에 참여하며, 불안 대응·통증·물리 치료·호스피스관리·수술·화상 서비스·정신건강 및 상담 등에 활용되는 만큼 사용범위가 넓다.

국내 사례

• 센토 : 센토는 1999년 한국과학기술연구원(KIST)에서 개발하였다.

• 휴보(HUBO) : 휴보는 휴먼노이드와 로봇의 합성어로, 2004년 12월 한국과학기술원(KAIST) 기계공학과 오준호 교수팀이 개발한 인간형 로봇이다. 일본혼다가 개발기간 15년을 거쳐 2000년 아시모를 발표하고 난후, 국내에서도 휴머노이드 로봇에 대한 관심이 증대되는 분위기 속에, 연구팀은 2002년부터 시작하여 개발기간 3년 만에 휴보를 개발하였다. 프로토 타입으로 몸통, 하체인 KHR-1, 사지와 머리를 갖춘 온전한 형체인 KHR-2, KHR-2의 운동성능을 보강한 KHR-3 가 있으며, 보통 휴보의 개발 성공 시점을 KHR3 완성시점으로 간주하였다. 그렇게 2002년 1월에 인간형 로봇 개발을 시작하여 2002년 8월 국내 첫 인간형 로봇인 KHT-1의 몸체를 만들었고, 2003년 1월에 KRH-1을 걷게 하였다. 이어서 2003년 12월에 KHR-2 몸체를 제작하였고, 2004년 8월 KHR-2는 줄을 끊고 걷기 시작하였다. KHR-2를 발전시켜 내놓은 모델이 '휴보'로, 이 로봇은 120cm 의 키와 55kg의 몸무게를 갖는다. 35cm의 보폭으로 1분에 65걸음인 시속 1.25km의 걸음걸이를 가졌고, 외부의 소리와 사물을 인지할 수 있어 장애물을 피해 걸어 다니고,41개의 모터를 이용하여 몸을 자연스럽게 움직일 수 있으며, 따로 움직이는 손가락으로 '가위 바위 보'도 가능했다. 인간과 춤을 출 수 있으며, 손목에 실리는 힘을 감지하여 악수할 때 적당한 힘으로 손을 아래위로 흔들기도 했다.

• 마루(Mahru), 아라 (Ahra) : 마루와 아라는 2005년 1월 1일 한국과학기술연구원(KIST)에서 만든 네트워크에 바탕을 둔 인간형 로봇 및 식모 로봇이다. 150cm의 키와 67kg 몸무게로 시속 1.2km로 보행할 수 있는 로봇이다. 6대의 일반 컴퓨터로 이루어진 외부서버와 무선으로 데이터를 주고 받을 수 있으며 사람·전자레인지·세탁기·토스터 등을 켤 수 있다. 또한, 사물로 구분된 것을 집을 수 있으며 27자유도 휴머노이드로서 각 관절은 토크제어를 통해 이루어지며 로봇의 뇌의 역할은 외부 컴퓨터가 맡고, 동작은 로봇이 주위 상황을 인식하여 그 자료를 무선 네트워크로 외부 서버에 보내면 외부 서버에서 처리한 결과를 다시 로봇이 받아서 작동하게 된다. 영상·음성·동작은 물론 물체를 인식하는 기능과 사람을 알아보는 기능까지 갖고 있다. 또한 전후좌우 및 대각선을 걸을 수 있고, 손목에 힘과 각선을 걸을 수 있으며 손목에 힘과 비틀림을 감지할 수 있는 센서가 있어 사람과 자연스럽게 악수를 할 수 도 있다. 그 밖에 혼자 할 수 없는 일들을 서로 도와 해결하거나, 하나의 임무를 분담해 처리할 수 있는 능력도 있다.

• 알버트 휴보 :알버트 휴보는 2005년 11월에 개발되었으며, 137cm의 키와 57kg의 몸무게로 언어를 통해 대화할 수 있는 지능형 로봇이다. 알버트 휴보는 세계적인 과학자 알버트 아인슈타인 얼굴을 지닌 로봇이다. 20여개의 얼굴 근육을 모사하는 서보모터를 이용하며, 웃음·기쁨·슬픔·화남 등 얼굴의 모습을 재연할 수 있는 머리가 있다. 휴먼노이드 로봇 연구센터에서 개발한 이족보행 로봇인 휴보의 보행 알고리즘을 도입하여 걷거나 춤을 추면서 다양한 표정과 감정을 표현하고, 상대방의 얼굴을 바라보며 말을 하는 등 인간의 신체로 표현할 수 있는 대부분의 모습을 그대로 행할 수 있는 로봇이다. 알버트휴보는 미국 뉴욕에 있는 에이비씨(ABC) 방송 '굿모닝 아메리카'(Good Morning America)에 출연하여 더퓨쳐나우(the Future Now)라는 주제로 간단한 성명으로 일기예보를 맡은 앵커를 소개한 적도 있다.

• 휴보2 : 2008년에 휴보에서 발전된 휴보2가 발표되었고, 휴보와 가장 큰차이점은 기존에는 걷기만 했던 로봇이 뛰기 시작한 것이다. 키는 120cm 이고, 총 무게는 45kg으로 가슴 내장형 배터리를 장착하고 있으며, 한번 충전으로 120분간 움직일 수 있다. 보행속도는 시속 1.5km이고, 주행속도는 시속 3.6km이다. 일본의 아시모의 경우에는 더 빠른 속도로 달리며 많은 기능이 있지만 수출하지 않는 아시모와 다르게 휴보2는 꾸준히 다른 국가에 연구용으로서 수출되었었다. 세계 재난 로봇 경진대회(DRC, DARPA Robotics Challenge)에 참가한 휴보는 DRC휴보2 모델로, 키는 169cm에 무게는 80kg로 훨씬 거대해 졌고, 32개의 자유도를 가졌다. 레이저 스캐너와 광각 카메라를 이용하여 주변 환경을 3D 매핑할 수 있고, 가슴부분에 고성능 컴퓨터 2대가 탑재되어 시각정보 처리가 이전 모델보다 비약적으로 향상되었다. 또한 재질 자체를 플라스틱 소재에서 튼튼한 알루미늄 합금으로 바꾸어 강도를 높였다. 허리 부분은 자세 측정 센서를 이용하였고, 스스로 자신의 상태를 체크하고 손가락 수를 5개에서 3개로 줄이면서 더 굵고 크게 설계하여 강한 힘을 낼 수 있도록 하였다. 또한 손가락 수를 5개에서 3개로 줄이면서 더 굵고 크게 설계하여 강한 힘을 낼 수 있도록 하였다. DRC를 위하여 제작된 DRC휴보2는 차량운전·차량하차·문열고 들어가기·밸브 잠그기·전동공구로 벽 뚫기·플러그 꼽기·장애물 돌파·계단오르기 등 총 8가지 미션을 모두 우수하게 완수하며 최종 우승을 하였다.

• 키보(KIBO) : 키보는 한국과학기술연구원에서 개발한 로봇으로 2011년에 공개된 로봇이다. 얼굴 모습이 특징을 가지며, 안드로이드 로봇의 사람 얼굴처럼 실제 사람의 얼굴을 갖고 있지는 않지만, 울고 웃고 찡그리는 표정과 실시간 립싱크가 기능이 눈여겨 볼 수 있는 특징이다. 휴보나 그 외 휴머노이드 로봇들이 단순하게 걷고 뛰고 계단을 오르는 등 이족 보행을 위한 동작을 강조했지만, 키보는 휴먼노이드의 인간친화형을 강조하여 최대한 친근하게 느껴질 수 있게 여러 감정을 교류할 수 있도록 캐릭터성을 갖고 있다. 키는 120cm에 무게는 48kg을 가진 키보는 현재 인간의 표정에 따라 반응할 수 있는 수준까지는 아니지만, 사람처럼 울거나 웃고 찡그리는 등의 표정을 표현할 수 있다. 또한, 카메라와 초음파 센서를 이용하여 사람의 위치와 움직임, 목소리 방향을 알아챌 수 있어 사람에게 다가와인사를 나누고 악수를 건네는 행동을 할 수 있다.

• 똘망(THORMANG) : 똘망은 ㈜로보티즈의 로봇 구동장치(엑츄에이터)로 만든 휴머노이드 로봇으로, 세계재난로봇 경진대회에서 버지니아공대, 펜실베이니아대와 방산업체 해리스(Harris)와 팀을 이루어 출전하여 예선 9위를 차지하고 본선에 진출하였다. 2015년 6월 최종 결선에서 'SNU 똘망'으로 12위와 '㈜로보티즈 똘망'으로 15위를 차지하였다. 150cm의 키와 49kg의 몸무게로 외부 환경을 인지하여 압력센서(FSR sensor), 관성항법장치(INS sensor), 라이다(LIDAR), HD 카메라 등을 장착하고 대회에 참가하였다. 똘망의 가장 큰 특징으로는 모듈화이다. 로봇의 모듈화란 로봇에 필요한 다양한 부품들을 모두 하나의 패키지 안에 담는 것이다. 그래서 패키지화된 모듈을 레고 블록처럼 이어 붙여서 조립하면 로봇이 되게 하는 것이다. 또한, 임무수행 도중 특정 부분에 고장이 발생하면, 그 부분을 떼어서 갈아끼워야 한다. 실제 재난 환경에서 사용되기에도 좋은 것이 모듈형의 장점이다.

• 찰리-2(CHALI-2) : ㈜로보티즈의 로봇 구동장치를 이용한 휴머노이드 로봇으로, 한국인의 손으로 만들어진 미국 최초의 휴먼외드 로봇으로 불린다. 한국인 과학자 데니스 홍에 의해 만들어진 로봇이다. 150cm 키에 12kg 몸무게로 기존의 휴머노이드 로봇보다 4분의 1정도로 가볍게 제작되었고, '자연모방기술'을 이용하여 로봇이 걸을 때마다 끊어지는 현상을 개선하였다. 또한 부드러운 관절제어를 위해 용수철과 같은 탄성이 있는 부품을 사용하여 개발한 제품으로 소개되었다. 찰리는 2011년 7월 세계로봇월드컴인 로보컵에서 종목별 결승에서 우승을 차지하였다.

• 퍼포먼스형 휴머노이드 로봇 : 국내에서 퍼포먼스를 위한 목적으로 개발된 휴머노이드로봇으로 로이(ROY)가 있는데, ㈜이산솔루션에서 개발한 로봇이다. 150cm의 키와, 35kg의 무게를 하고 있으며, 고정형 퍼포먼스 로봇이다. 로이는 기존 퍼포먼스 로봇들이 고가로 형성되어 있다는 점을 감안하여, 가격 경쟁력을 고려한 모듈화 방식으로 개발되었다. 머리·팔·손·몸통을 모듈로 조합이 가능한 개념으로 제작된 로봇이다.

시사점

한국과학기술정보연구원(KIST) 미래기술분석센터와 명지대학교 데이터사이언스 연구실이 빅데이터와 인공지능 기술을 활용하여 2020년대 중반까지 크게 성장할 것으로 전망되는 미래 유망기술 중 하나가 휴머노이드 로봇기술로 선정하였다. 또한, 시장조사 기관 '리포트앤리포트'는 휴머노이드 로봇 시장이 2023년에 39억 달러 규모로 성장할 것으로 전망할만큼 다양한 사회적 요인과 수요로인해 고급기능을 탑재한 휴머노이드 로봇이 많이 나올 것으로 전망하고 있다. 휴머노이드가 관심을 받는 이유는 다른 로봇보다 인간적인 특성이 더욱 반영되어 있어서 인간과 로봇간의 상호관계를 증대시킬 수 있다는 휴먼노이드만의 인간과의 의사 소통과 상호 작용(Human-Robot Interaction, HRI)과정에서 가장 중요한 역할을 하는 인간과 로봇간의 의사 소통(Human-machine Interface, HMI)가 우수하다면 이족 보행과 같은 일종의 비효율적인 요인은 충분히 극복될 것으로 보인다. 소프트뱅크의 휴머노이드 페퍼가 감성과 소통에 중점을 두면서도 현재 기술적으로 가장 복잡한 다리 대신 용이한 바퀴를 이용하고 있다는 점은 HMI를 유지하면서도 이족 보행을 포기하고 상용화 가능성 및 에너지 효율성 등의 실용성을 높인 사례가 될 수 있다. 휴머노이드는 어떤 로봇보다도 다양한 기술들이 집대성된 로봇이므로 휴머노이드의 완성은 앞으로 다양한 파급 효과를 몰고 올 것으로 본다. 휴머노이드와 다른 유형의 로봇간에 상대적으로 우수한 센서, 기계 부품 등이 상호 적용됨으로써 기술의 발전 속도에 미치는 영향도 있을 것이다. 휴머노이드에 대한 수요가 미래 경쟁 구도에 주는 영향도 있을 것이다. 휴머노이드가 플랫폼으로 작용할 가능성이 높은데 플랫폼화하면 각종 로봇에 사용될 하드웨어나 소프트웨어의 기반이 된다는 것이다. 로봇 산업 전반을 좌우할 정도의 영향을 가질 수 있다는 의미로 볼 수 있다. 휴머노이드가 발전한다는 것은 경제적으로도 기술적으로도 발전가능성이 크다는 것이다. 하지만 좋은 점만 있는 것이 아니다. 로봇이 인간의 완벽한 대체재로 간주되는 순간 새로운 사회적 문제들이 예상된다. 전통적인 인간관계를 부담스러워하고, 로봇과의 관계를 편안해하는 경향이 나타날 수 있다. 연애 또는 혼인의 대상이 로봇이 되고 그것을 인정받고자 하는 극단적인 주장도 나타날 수 있다. 이로 인류의 영속성과 생명윤리에 대한 심각한 문제를 제기할 것이고, 인간과 로봇이 어떠한 관계로 공존해야할 것인지에 대한 질문은 인류가 지금부터 풀어나가야할 숙제이다.

참고자료

• 조용학 기자, 〈로봇'알버트휴보', 美ABC 생방 출연〉, 《사시언스타임즈》, 2006-11-05
• 대전 뉴시스, 〈사진-한국과학기술의 쾌거 알버트 휴보〉, 《중앙일보》, 2007-03-13
• 프로머게이터, 〈Part1.휴머노이드 로봇이란?〉, 《네이버 블로그》,2011-09-08
• MOEF, 〈로봇의 진화는 어디까지? 휴머노이드 로봇〉, 《네이버 블로그》, 2014-03-07
• 진석용, 〈휴머노이드 로봇, 우리 곁으로 다가오고 있다〉, 《엘지경제연구원》, 2014-09-02
• 조기원 기자, 〈일상 속으로 들어온 로봇, 축복일까 재앙일까〉, 《한겨례》,2015-01-25
• 이용상 기자, 〈월드 이슈-인간형 로봇 어떻게 변해 왔나... 1973년 두 발로 걷고 질문에 대답도 하는 '와봇1' 탄생〉, 《국민일보》, 2015-08-04
• 로봇신문사, 〈일본의 휴머노이드 로봇 약사(略史)〉, 《로봇신문》, 2015-06-22
• 전상원, 〈전자공학회지〉, 《대한전자공학회》, 2015-12
• 〈휴머노이드 로봇의 미적 가치〉, 2018-12
• 조상협, 〈상처받은 아이들 마음 여는 로봇 '나오(NAO)'〉, 《로봇신문》, 2020-03-24
• 페퍼(휴머노이드) 나무위키 - https://namu.wiki/w/%ED%8E%98%ED%8D%BC(%ED%9C%B4%EB%A8%B8%EB%85%B8%EC%9D%B4%EB%93%9C)

같이 보기

• 로봇
• 로봇공학
• 보스턴 다이내믹스
• 아틀라스
• 아시모
• 페퍼
• 휴보
• 에버
• 핸슨로보틱스
• 소피아
• 수레나IV

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