인간형 로봇, 더욱 더 현실로

IBM의 인공지능시스템 왓슨(Watson)이 보여주듯이 우리는 실제로 컴퓨터가 인간과 흡사한 인지 능력을 갖춘 것처럼 보이게 로봇을 만드는데 비약적인 발전을 이루었다. 하지만 기계가 인간처럼 쉽게 물건을 이동하고 다루게 만드는 일이 다소 벅차다는 점을 발견했다.

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이유는 로봇에서 근육기능을 수행하는데 사용되는 장치 때문이다. 덜커덩거리는 동작은 "디지털'인 반면, 인간의 부드러운 움직임은 '아날로그'에 비유할 수 있다. 아날로그 시계가 부드럽고 매끄럽게 초침을 움직이는 것과 비교했을 때, 디지털 시계는 초가 바뀔 때 끊어지듯이 움직이는 방식에서의 차이라 할 수 있다.

하지만 이제 연산 및 재료 과학 분야에서의 새로운 발전 덕분에, 로봇의 움직임은 조만간 개선될 것 같다. 로봇의 인공 근육에 대한 몇 가지 새로운 방식들이 더욱 부드럽고, 인간에 가까운 동작을 만들 수 있다는 가능성을 제시한다.

한 가지 방법은 뉴질랜드에 위치한 오클랜드 생물공학연구소(Auckland Bioengineering Institute)의 생체모사 연구실(Biomimetics Lab)에서 개발되고 있다. 새로 개발된 로봇 근육은 젤리처럼 흔들리는데, 전기활성 고분자(electro-active polymer)로 이루어져 있다.

문제인 근육에서 상당한 진전을 이루어

이 근육은 300% 이상 늘어나는 유연한 절연성 중합체 필름으로 분리된 카본 그리스 역할을 하는 2개 층으로 구성되어 있다. 이러한 근육은 로봇의 움직임을 부드럽고 다부지게 느껴지도록 만들겠지만, 더욱 중요한 점은 특유의 딱딱하기 짝이 없는 기계적인 로봇 부품 없이도 인간의 손재주를 가진 로봇을 제작할 가능성이 있다는 것이다.

캘리포니아 주 서니베일(Sunnyvale)에 위치한 아티피셜 머슬(Artificial Muscle)이라는 회사는 전기활성 고분자 기반의 모터용 애플리케이션을 개발하고 있다. 뭔가가 닿으면 촉각 피드백을 활용해서 반응하는 터치스크린 화면을 설계하고 있다. 머지않은 미래에는 휴대폰 터치스크린을 두드릴 때 실제 버튼을 누르는 것 같은 느낌을 경험하게 될 것이다. 이런 촉각 피드백 기술을 로봇에 응용하면 더욱 인간과 흡사한 모습이 될 것이다.

텍사스대학교 댈러스 캠퍼스(University of Texas at Dallas) 과학자들 역시 보다 부드러운 동작을 할 수 있는 로봇 근육을 개발하고 있다. 그들의 방법은 “형상기억합금(shape memory alloy, 역자 주: 물체가 망가지거나 변형되어도 끓는 물 등으로 열을 가하면 원래 형태로 되돌아오도록 된 합금)”이라 불리는 탄성을 지닌 금속을 활용하고 있다. 전류로 동력을 공급받는 대부분의 로봇 근육과 달리 이 근육은 화학 에너지로 움직이는데, 흥미롭게도 인간 근육을 모방한 것이다.

형상기억합금은 근육 역할을 할 수 있는 특이한 성질을 보여준다. 열을 가하면 팽창하는 것이 아니라 수축한다. 이런 움직임을 활용하기 위해, 연구진은 소재에 알코올의 발화를 야기하는 촉매제를 입혔다. 알코올을 첨가하면, 발화는 열을 발생시키고, 힘을 쓰기 위해 근육이 수축하는 것처럼 소재가 수축한다. 알코올의 흐름이 차단되면, 근육은 팽창한다. 형상기억합금의 팽창 및 수축은 전적으로 온도에 기초한다. 

근육보다 100배 빨리 움직이고 100배 강해

수석 연구원 레이 보먼(Ray Baughman)의 말이다. “이런 인공 근육은 인간의 근육보다 사이클 당 100배 이상 더 빨리 움직입니다. 인공근육은 실제 근육보다 100배나 강합니다.”

인간과 유사한 로봇을 향한 또 다른 진전은 에치(Ecci)라는 이름의 창조물에서 볼 수 있다. 에치는 취리히대학교(University of Zurich) 과학자들이 개발했다. 분명 지금껏 선보인 로봇 가운데 최첨단 로봇으로 힘줄, 근육, 뼈, 뇌, 그리고 인간의 형상을 갖추고 있다.

개발자들은 결정적으로 인간적 자질인 실수를 바로잡을 수 있는 로봇의 능력을 가장 발전된 역량으로 꼽는다. 예를 들면, 에치는 발을 헛디디게 만든 움직임을 분석하고 그 후로 같은 실수를 하지 않는 법을 습득할 수 있다.

로봇의 움직임은 80개의 근육에 딸린 각각의 작동 장치에 의해 이루어지며, 로봇은 신체 각 부위의 상대적인 위치를 감지하고, 환경에 맞는 움직임과 상호작용을 개선하는 능력인 고유 감각을 활용한다. 이런 특징은 행동이나 움직임에 필요한 근육의 길이와 근육의 힘을 조절하는데 도움을 준다. 적절한 잡기 능력을 위해, 로봇의 손가락과 손바닥에 있는 촉감 센서는 없어서는 안 될 피드백을 제공한다.

에치는 자발적인 동작 제어는 물론 무의식적인 동작 제어가 특징인데, 이는 인간의 반사 작용과 유사하다. 이는 돌발적인 접촉이 있을 경우 신속하게 반응하는 능력을 부여한다. 마지막으로, 에치는 인지기능을 부여하고 로봇의 행동을 결정하는 두뇌가 있다. 이 제어 센터에는 지각장치, 계획 장치, 그리고 의사결정 장치가 속해 있다.

퓨처 트렌즈는 미래의 로봇에 대해 다음과 같은 세가지를 예측했다.

우선 인간형 로봇은 궁극적으로 수많은 일상적인 업무에 대한 책임을 담당할 것이다. 우리는 이미 진공청소기 룸바(Roomba), 바닥청소 로봇 스쿠바(Scooba), 수영장 청소 로봇 베로(Verro) 등 아이로봇(iRobot)의 수많은 청소 로봇은 물론 교도 아메리카 홈 로보틱스(Kyodo America Home Robotics)의 잔디 깎는 로봇 론보트(LawnBott)를 봤다