관련 통계자료 다운로드 로봇 SoC 구성도 산업 현장에서 사용되기 시작한 로봇은 1999년 일본의 소니사가 애완용 강아지 로봇 ‘아이보(AIBO)’를 출시하여 큰 성공을 거두면서 지능형 로봇으로의 새로운 전기를 맞이하게 된다. 당시 25만엔이라는 고가에도 불구하고 일본에서는 20분, 미국에서는 3일만에 매진되는 등 엄청난 관심을 받았다.
지능형 로봇은 다른 전자제품과 비교하여 인간 친화적이며 부품수가 많고 다양한 파생 비즈니스가 예상되기 때문에, 대형 산업으로 발전할 가능성이 높은 유망 산업임에는 틀림이 없다.
지난해 우리나라를 비롯한 국내외 업체들이 잇달아 청소로봇을 출시하는 등 기업들의 움직임이 활발하다. 스웨덴 가전업체인 일렉트로룩스사의 ‘트릴로바이트’가 국내 시장에 출시되어 예상외의 성공을 거두었으며, 미국 아이로봇사의 ‘룸바’도 판매되기 시작하였다. 일본에서는 2020년까지 일본 로봇산업을 육성하기 위한 ‘21세기 로봇 챌린지 계획’을 2002년부터 시행하고 있다.
우리나라도 지난해 정보통신부에서는 성장 동력사업으로 지능형 로봇을 선정하였으며, 산업자원부에서도 600억원의 투자계획을 발표했다. 과학기술부 역시 21세기 프론티어 사업의 일환으로 로봇관련 과제를 시작하는 등 정부 각 부처에서 움직임이 활발하다.
◇지능형 로봇이란 = 로봇의 어원은 노동을 의미하는 체코어의 ‘로보타(Robota)’에서 나온 것으로 알려지고 있다. 최근 들어 기술의 발전에 힘입어 물리적인 움직임 위주의 로봇 개발에서 인간과 같이 지능을 갖춘 지능형 로봇으로 로봇의 개발 방향에 큰 변화가 생겼다.
지능형 로봇이라 함은 사람과 동일하게 시각, 청각 등 감각을 통하여 외부 정보를 입력받아 로봇 스스로 판단, 적절한 대응 행동을 하는 로봇을 말한다.
◇지능 구현은 SOC(System on Chip) = 지능형 로봇이 산업으로 성공하려면 로봇에 있어 기계 메커니즘만이 중요하였던 과거와는 달리, 기계, 전자, 정보산업 등이 결합한 시스템을 개발한다는 사고가 필요하다.
특히 로봇이 외부의 정보를 입력 받고 이를 스스로 판단하기 위해서는 ‘지능’에 해당하는 시스템이 필요하다. 이는 기계적인 시스템과 달리, 영상처리·음성인식·여러 가지 센서 등 정보를 얻기 위한 채널과 이를 분석하여 스스로 행동을 판단 할 수 있는 알고리듬, 판단된 정보를 통해 동작 명령을 하달하는 로봇 구동 시스템 등이 필요하다. 이는 현재 차세대 반도체 산업의 새로운 패러다임으로 급 부상중인 SOC(System-on-Chip)과 연결된다.
즉, 로봇의 지능부에 있어서 영상처리·음성인식·각종 센서를 통해 정보를 얻고, 이 정보를 메모리에 저장하며, 저장된 내용을 프로세서를 통해 분석하고 판단하여 명령을 하달하는 시스템에 있어서 SoC는 그 핵심 기술이라 할 수 있다.
1. 버스 구조
로봇과 같이 전체적인 시스템의 최적화를 목표로 둔다면, 종래 사용되던 제어기구들 간의 연결 방식에는 효율성이나 bandwidth 측면의 한계가 존재한다. 이를 극복하기 위하여 프로피버스(Profibus), FIP (Field Instrumentation Protocol), CAN (Controller Area Network) 등 다양한 필드버스가 소개되고 있다. 이중에서 시스템 구성 요소의 네트워킹은 가장 중요한 요소라 할 수 있다.
최근 도요타, 혼다 등 일본의 자동차 업체들이 필드버스의 하나인 CAN을 이용하여 자동차 시스템의 최적화를 통해 기능성을 향상 시키고 있다.
2. 운영 시스템 (OS: Operating System)
PDA·셋톱박스·네트워크 관련 장비 등과 같이 외부 또는 내부의 이벤트에 따른 이벤트 처리가 실시간으로 필요한 시스템은 실시간 운영 시스템을 필요로 한다. 이는 커널을 제공하고, 시스템의 실시간 스케쥴링 관리·인터럽트 처리·시스템 디버깅·사용자의 편리성을 위한 GUI (Graphic User Interface) 환경 등을 지원한다. 로봇에 있어서도 실시간 운영 시스템은 외부 또는 내부 이벤트에 따른 실시간 처리는 필수적이다.
3. 응용 소프트웨어
로봇의 전체적인 시스템 제어뿐만 아니라, 지각에 해당하는 음성인식, 영상처리 등의 구현에 있어, 응용 소프트웨어는 매우 중요한 요소이다.
영상의 실시간 처리를 위해 최근 CCD 카메라의 가격하락·USB 등장으로 인한 캡처 대역폭(capture bandwidth)가 10배나 향상되면서 실시간 영상처리 응용이 매우 유리하게 되었다.
4. SoC 플랫폼
지능형 로봇은 매우 복합적이고 종합적인 기술이 필요하다. 현재 전문가들이 예측하는 미래 기술의 발전 방향을 보면, 정보 기술(IT Information Technology)·나노 기술(NT Nano Technology)·생체 기술(BT Bio Technology) 등 다양한 기술이 복합된 융합형 혁신(Fustion Innovation)을 예측하고 있다.
SoC 기술은 미세 반도체 기술을 이용하여, 복잡하고 많은 용량의 정보를 가공하는 하나의 시스템을 만든다는 점에서, 이들 기술의 기반 기술이라 할 수 있다.
◇기술에서 일상으로 `엔터테인먼트 로봇` = 개인용 로봇의 한 분야인 엔터테인먼트 로봇의 동향을 보면, 2002년 이후부터 비디오 게임에서 로봇게임으로 시장의 전환이 이루어 질 것이라 예상되며 온라인/오프라인 동시에 게임을 즐길 수 있게 될 것이다. 또한 대중매체를 통해 로봇간의 스포츠를 보여주거나, 인간이 로봇을 훈련시켜 로봇과 호흡을 맞추어 경기를 즐기는 게임이 진행될 것이다.
한국과학기술원의 반도체설계자산연구센터 (SIPAC)에서는 2002년부터 대학생 및 일반인들을 위해 SoC 기술에 대한 이해를 돕고, 그 필요성과 관심을 고취시키기 위하여 ‘지능형 SoC 로봇워‘를 개최하고 있다.
지능형 로봇을 이용한 게임을 통해 지능형 로봇에 대한 대중적인 접근 방법을 모색하고 그 핵심 부품인 SoC를 참여자가 직접 개발함으로써 관련 학생의 교육 효과뿐만 아니라 SoC 기술의 중요성을 부각시키는데 목적이 있다.
‘지능형 SoC로봇워(Robot War)’는 로봇의 기본적인 몸체 구성은 동일하게 제공하되, 지능을 담당하는 SoC 부분을 참여자가 직접 개발함으로써, SoC 개발의 능력에 따라 경기의 승패가 결정되는 게임이다.
로봇 몸체는 외부 영상 정보를 읽기 위한 카메라, 이동을 위한 구동 모터, 공격을 위한 적외선 빔, 공격을 받았다는 것을 알기위한 적외선 센서, 위치를 감지하기 위한 위치 센서 등으로 구성되어 있다.
두뇌부에 해당하는 SoC는 카메라를 통해 얻은 영상정보를 처리하기 위한 영상처리부, 음성 명령을 받기 위한 음성인식부, 로봇 간 통신을 위한 무선통신부, 정보 저장을 위한 메모리, 정보 분석 및 명령을 하달하여 자신의 운동을 제어하는 내장형 프로세서와 전략 알고리듬을 저장할 비휘발성 메모리 등으로 구성되어 있다. 즉, 로봇의 뼈대는 기계이겠지만 ‘살‘과 ‘신경‘과 ‘뇌‘에 해당하는 내부의 모든 부분은 차세대 기술인 SoC로 채워질 것이다.
경기장은 가로세로 4m X 4m 이며 외곽의 바닥은 검은색으로 처리하여 경기장 외곽이라는 것을 로봇이 위치센서를 통해 인식하도록 하고 있다. 네 개의 녹색 장애물이 설치되어, 경기 중 로봇이 은폐할 수 있는 수단을 마련했다.
경기 방식은, 이러한 경기장 안에서 2대의 로봇이 한 팀으로 구성되어, 로봇 머리위에 부착된 피아 식별띠를 통해 색깔로서 피아를 식별하여 경기를 진행한다. 경기 시간은 전반 5분 후반 5분이며, 적외선 빔을 통해 공격 받으면 10개의 에너지 게이지가 하나씩 줄어들어, 경기 종료 후 남은 에너지를 통해 승패를 결정하게 된다.
따라서 경기장, 장애물 등을 이용하는 로봇의 전략 알고리듬, 신속하고 정확한 영상처리 및 음성인식, 자신의 위치를 스스로 파악하여 정보를 공유하는 정확한 통신 등이 승패의 관건이다.
◇지능형 SoC로봇 비전 = 최근 국내에서는 네트워크를 이용한 새로운 관점의 로봇개발의 움직임도 있다. 즉 로봇은 각종 센서를 통해 정보를 수집하되, 중앙 컴퓨터를 통해 그 움직임을 제어 받는 개념이다. 하지만, 무엇보다 저가의 상품이 제공되고 사용자의 기대수준에 부응하기 위해서는 현재 많은 문화가 형성된 가전제품에 로봇의 요소를 추가하여, 인간 친화적 편리성을 제공하는 것이 중요하다.
로봇 산업이 기술에서 일상으로 전환하려면 ‘지능형‘ 가전제품, ‘이동형‘ 가전제품으로의 개념의 전환이 절실히 필요하다.
◆ 유회준 KAIST 반도체설계자산연구센터 소장 hjyoo@ee.kaist.ac.kr
83년 서울대 전자공학과 졸업
88년 한국과학기술원 전기 및 전자공학과 석·박사 졸업
90년 미국 벨 커뮤니케이션즈 리서치 연구원
95년 현대전자 반도체연구소 DRAM설계 실장(수석연구원)
98년∼현재 KAIST 전기 및 전자공학과 교수
2001년∼현재 KAIST 반도체설계자산연구센터(SIPAC)소장
2003년∼현재 정보통신연구진흥원 IT SoC 전문위원
