산업기술/제조/경영

Nikkei Business_2019.4.8 테크노 트렌드 (p76-78)

가정용 로봇 청소기의 진화
‘방 배치’를 파악하여 효율적으로 청소

자율주행 차에도 사용되는 지도 제작 기술이 로봇 청소기를 똑똑하게 진화시키고 있다. 카메라나 레이저로 집의 배치를 파악하여 현재 있는 곳을 추정함으로써 효율적으로 청소 루트를 찾는다. 로봇이 수집하는 배치 데이터는 가구 개발이나 주택 설계 등에도 응용할 수 있을 것으로 보인다.

“키친을 청소해 줘”. 사무실에서 스마트폰 전용 앱을 이용하여 배치를 확인. 화면을 터치하여 지시를 내리면 집에 있는 로봇 청소기가 자동으로 움직인다.

미국 아이로봇의 신형 로봇 청소기 ‘룸바 i7’의 특징은 자택 내부의 상세한 지도를 제작할 수 있다는 것이다. 집 전체의 배치를 확인한 후에 ‘거실’, ‘주방’ 등으로 구별하여 기억한다. 룸바 스스로 ‘지금 어느 방에 있는지’를 파악하여 효율적인 청소 루트를 찾는다. 가격은 10만엔 이상으로 고가지만 올 2월에 국내에서 발매된 이래 순조롭게 판매되고 있다.

배치 판별에 활용하는 것이 ‘SLAM(Simultaneous Localization And Mapping, 위치 측정 및 동시 지도화)’이라는 기술이다. 센서 등으로 외부 정보를 감지하여 지도를 만들면 동시에 자신의 위치를 추정하는 기술이다. 자동차의 자율주행 등에도 사용된다. 이 SLAM이 AI(인공지능) 등과 융합하여 로봇 청소기를 크게 진화시키고 있다.

-- 3종류의 센서로 공간 인식 --
일본이나 중국의 업체들도 SLAM을 탑재한 로봇 청소기를 잇달아 투입하고 있다. 그러나 세계 시장 점유율 60%를 차지하고 있는 아이로봇이 선두를 달리고 있다. 지도 제작 기능을 탑재한 모델을 2015년에 발매하면서 시작을 석권하였다. 룸바 i7은 내장하는 프로세서의 처리 능력을 구형 청소기의 33배로 확장하여 하나하나의 방을 개별적으로 인식할 수 있도록 하였다.

룸바 i7은 크게 3종류의 센서를 통해 얻은 정보를 조합하여 상세한 지도를 만든다. 본체 상부에 탑재한 ‘카메라’로 주위를 촬영하여 가구나 도어, 벽 등의 배치를 이미지로 인식한다. 한편 타이어에 장착한 ‘자이로 센서’를 이용하여 어느 방향으로 얼마나 이동했는가를 파악한다. 바닥의 ‘광학 센서’도 사용하여 위치 정보를 보정한다. 타이어가 공전하면 정확한 거리를 측정할 수 없는 경우가 있다. 이를 보완하기 위해 컴퓨터의 마우스에서 사용되는 광학 센서와 조합하여 지도의 정확성을 높인다.

아이로봇 재팬 프로덕트 마케팅부의 야마우치(山内) 부장은 “방 배치의 복잡 정도에 따라 다르지만 밝기가 다른 시간대별로 3~6회 정도 룸바를 주행시키면 지도가 완성된다”라고 설명한다.

룸바 i7은 프로세서 성능을 높임으로써 “벽 등의 굴곡이나 크기 등으로 방을 식별할 수 있게 되었다”라고 야마우치 부장은 말한다. 스마트폰 앱을 사용하여 방 별로 이름을 등록하면 유저가 청소 순서나 빈도를 지시할 수 있다.

지도를 제작하는 이점은 최단 이동 거리로 구석구석까지 청소하는 루트를 책정할 수 있다는 점이다. 지도 제작 기능이 없는 로봇 청소기의 경우는 일부러 물건에 부딪힘으로써 벽이나 소파 등의 장해물을 인식한다. 그 때마다 방향 전환을 반복하면서 청소를 진행한다. 적외선 센서 등으로 충돌을 방지할 수 있는 기종도 움직임은 랜덤이다. 이것은 마치 눈을 감고 청소를 하는 것과 마찬가지로 효율적이지 못하다. SLAM 기술을 바탕으로 지도를 제작하여 최적 루트를 산출할 수 있으면 쓸데없는 움직임이 없어진다. 청소 속도가 올라가고 1회 충전으로 청소할 수 있는 면적이 증가한다.

-- 어두운 방에서도 책상 ‘다리’를 인식 --
2014년에 일본 시장에 참여한 중국의 에코백스(Ecovacs)는 카메라가 아니라 ‘레이저’를 사용하여 지도를 제작하고 있다. 작년 4월에 발매한 최상위 모델 ‘DEEBOT OZMO 930’은 쓰레기 흡인과 물걸레 청소 기능을 탑재하고 있으면서도 가격은 7만엔 정도로 낮췄기 때문에 인기를 끌고 있다.

DEEBOT의 스위치를 누르자 “지도를 만듭니다”라는 음성이 나오면서 본체 상부에 탑재한 직경 10cm 정도의 원반이 돌기 시작하였다. “등대가 주위를 밝게 비추는 것과 같은 이미지입니다”. 에코백스 재팬에서 마케팅을 담당하는 미즈타(水田) 씨는 설명한다.

원반에서 레이저를 조사(照射)하여 방 안에 있는 물체와의 거리를 측정하여 DEEBOT의 높이와 같은, 바닥 위 약 10cm의 지도를 제작한다. 주위에 책상이 있는 경우에 인식하는 것은 4개의 다리뿐이다. 레이저의 조사 범위는 8m로, 움직이면서 방 전체를 파악한다. “카메라와는 달리 방의 밝기에 상관 없이 정보를 수집할 수 있는 것이 레이저의 강점이다”라고 미즈타 씨는 말한다.

지도를 완성하면 직선으로 청소를 할 수 있게 된다. 지도가 없는 경우에 비해 소요 시간은 절반에서 3분의 2 정도로 단축된다고 한다. 앱을 사용하여 유저가 청소 범위를 정하는 기능을 탑재하였다. 적외선 센서를 방에 설치하여 로봇에게 ‘진입금지구역’을 전달하지 않아도 앱의 지도 상에서 설정할 수 있게 되었다.

파나소닉은 지바공업대학과 공동으로 레이저 방식의 SLAM을 탑재한 청소기를 개발 중이다. 작년 11월에 실시한 데모 청소기는 삼각형의 본체 위에 원반형 레이저를 설치. 타이어의 움직임에서 취득하는 이동 정보와 조합하여 지도를 만들어 자신의 위치를 추정한다.

레이저 방식의 SLAM은 자율주행 차에서도 사용되는 기술이다. 그러나 자동차의 경우는 너무 가까운 장소에 있는 작은 물체 등은 노이즈로 처리해 버린다. 한편, 로봇 청소기에서 사용할 때는 의자의 다리 등 작은 물체를 식별해야 하기 때문에 30cm 정도의 거리에 있는 물체를 처리하는 모드가 중요해진다.

“이른바 원근을 모두 사용하는 SLAM으로 지도를 만들고 있다”. 공동 개발하는 지바공업대학의 후루타(古田) 미래로봇기술연구센터 소장은 이렇게 해설한다. 연산 속도를 높인 독자의 SLAM용 소프트를 개발하여 정밀도가 높은 지도 제작에 착수하고 있다. 청소기 전면에 거리 센서를 2개 탑재하여 전방에 있는 카펫이 장해물인지 아니면 그것을 넘어서 계속 전진해야 하는지를 판별하는 기능도 개발하였다. 파나소닉은 19년에 공동 개발의 성과를 반영한 신형 로봇 청소기를 상품화할 방침이다.

-- 생활 실태도 파악할 수 있다 --
파나소닉과 지바공업대학의 데모 청소기에는 또 하나의 특징이 있다. 사용하지 않을 때 세로로 세워서 수납할 수 있다는 점이다. 크기가 30cm 이상이 되는 물건을 그냥 방치해 두면 이동에 방해가 되는 일본의 주택 사정을 배려한 것이다. “이것도 지도 정보가 정확하기 때문에 가능한 기능이다”(후루카 소장).

가정의 생활 실태에 입각한 방 배치를 파악하는 기술은, 청소의 효율화 이외에도 폭넓게 활용될 가능성을 안고 있다. 로봇 청소기가 다양한 가전제품을 네트워크로 연결하는 ‘스마트 홈’의 핵심이 될 수 있기 때문이다.

미국 아마존닷컴이나 구글은 가전체와의 협력을 강화, AI 스피커를 사용하여 음성으로 조작할 수 있는 기기의 종류를 늘리고 있다. 그러나 냉장고나 텔레비전 등의 기기가 집 안의 어디에 있는지 알 수 없고, 책장 등 인터넷에 연결되지 않은 가구의 위치는 파악할 수 없다. 로봇 청소기가 제작하는 최신 실내 지도가 있으면 팔이 달린 로봇에게 물건을 가지러 가게 하는 등, 생활을 편리하게 하는 새로운 기기와의 연계도 가능해진다.

구글은 18년 10월에 아이로봇과의 제휴를 발표하였다. 제휴 목적의 하나는 룸바를 통해 축적한 방 배치 데이터의 활용이다. 프라이버시 보호와 밸런스를 맞출 필요가 있지만 배치 데이터는 가구 개발이나 주택 설계를 전개하는 기업에 있어서 큰 가치가 있다. 가정 내를 자유자재로 움직이는 로봇은 청소뿐 아니라 생활의 다양한 장면을 바꿔나갈 것 같다.

 -- 끝 --