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Nikkei X-TECH_2024.5.29

로봇 고도화로 집안일과 의료를 지원
'ICRA 2024'의 로봇 시연 3선 소개

AI(인공지능)와 센서 기술 등의 진화로 로봇에 의한 유연하고 섬세한 작업이 가능해지고 있다. 가정에서는 취사/세탁을 보조하고, 의료현장에서는 수술을 지원한다. 공장에서는 기계 부품의 조립이나 커넥터의 삽입과 같은 고도의 작업을 한다. 2024년 5월에 요코하마시에서 개최된 로봇 분야의 저명한 국제학회 ‘ICRA 2024’에서는 그러한 미래상이 보이기 시작했다.

ICRA 중에서도 참가자들의 눈길을 끈 것이 로봇들의 시연이다. 일본 개최는 15년 만이라 많은 일본 기업이 시연을 선보였다. 지금부터는 전시 시연을 중심으로 ICRA에서 주목해야 할 세 가지 토픽을 소개한다.

① 가사 지원 로봇에 뜨거운 시선
취사나 빨래 같은 가사를 지원하는 로봇, 그 중에서도 요리 분야의 연구개발이 활발하다. 연구 발표는 물론 전시장에서의 시연이나 요리 로봇을 주제로 한 강연회(워크숍)가 열렸다.

워크숍에는 소니 그룹의 AI 자회사인 소니 AI가 협찬해, 우수한 성과에 상을 수여했다. 3개의 상 중 2개의 상을 수상한 것이 오므론 산하의 연구개발업체 오므론 사이닉스 엑스(OSX)의 성과다.

하나는 대규모 언어모델(LLM) 기반의 멀티모달 AI에 영상과 언어 지시를 입력하면 작업계획을 ‘PDDL’ 형식의 데이터로 자동 출력하는 것. 요리 로봇 등에 대한 응용을 상정하고 있다. 교토대학과 도쿄대학의 공동 성과다.

다른 하나는 디지털 트윈 상에서 식재료를 칼로 절단하는 작업을 AI에게 효율적으로 학습시키는 기술이다. 커팅 시뮬레이터와 로봇 시뮬레이터를 잘 연계함으로써 실현했다.

전시장에서는 와세다대학이 휴머노이드 로봇에 의한 스크램블 에그의 조리 시연을 선보여 관람객들의 눈길을 끌었다. 가열과 함께 변화하는 달걀의 경도에 맞춰 힘을 가감하면서 조리한다. 같은 로봇으로 테이블 위를 닦는 시연을 보여줬다. 이 로봇은 도쿄 로보틱스(도쿄)의 제품을 개조한 것이다.

일련의 시연은 와세다대학 이공학술원의 간노(菅野) 교수가 프로젝트 매니저를 맡고 있는, 내각부 문샷(Moonshot)형 연구개발 제도의 ‘한 사람에 한 대 평생 함께하는 스마트 로봇’에서의 성과이다.

이 프로젝트에 참여하고 있는 히타치제작소도 옆에 부스를 차려놓고 같은 휴머노이드 로봇으로 빨래건조대에 걸려 있는 의류를 바구니에 담는 시연을 선보였다. 한쪽 핸드로 빨래집게를 잡아 벌리고, 다른 쪽 핸드로 옷가지를 걷어 바구니에 넣는다.

다양한 집안일을 할 수 있는 가능성을 지닌 휴머노이드 로봇이지만 가격은 1000만엔 이상으로 비싸다. 그래서 간소화해 비용을 줄인 소형의 양팔 로봇을 히타치제작소가 개발했다. 연구 용도를 위해 2024년 내의 판매 개시를 목표로 하고 있다.

로봇 뒤쪽에 있는 컨트롤러로 인간이 로봇팔을 조작해 소정의 동작을 여러 번 보여주는 것만으로 AI가 학습을 해서 그 움직임을 그대로 할 수 있게 된다. 이동용으로 바퀴가 달려 있어, 사람이 밀면서 이동함으로써 그 이동도 학습시킨다.

부스에서는 문고리를 돌려 문을 열고 통과하며 왕복하는 시연을 보였다. 이 시연을 하기 전에 사람이 나갔다가 다시 돌아오는 동작을 각각 30회 보여주는, 약 2시간 정도의 교육으로 이 시연을 할 수 있게 되었다고 한다.

팔 부분에 8축 관절을 설치해, 복잡한 움직임을 가능하게 했다. 예를 들면, 세탁이 끝난 빨래를 세탁기에서 꺼낼 수 있다고 한다.

② 로봇이 의료 현장에
의료 분야용으로는 소니 그룹의 새로운 수술 지원 로봇 시제기가 주목을 받았다. 루페나 현미경을 이용해 혈관이나 신경과 같은 아주 미세한 조직을 수술하는 ‘미세수술(Microsurgery)’용이다. 미세수술을 전문으로 하는 의사의 작업 부담을 줄여줄 뿐만 아니라 전문이 아닌 의사도 미세수술을 담당할 수 있도록 하는 것을 목표로 한다.

수술 지원 로봇은 크게 조작부와 로봇팔의 2개로 구성돼 있으며, 두 개 모두 작다. 버튼 하나로 수술기구를 자동으로 교체할 수 있다는 점과 안정적인 정밀 조작이 가능한 점을 특징이다.

조작부에서 포착한 의사의 손끝 움직임을, 로봇팔에서 몇 분의 일로 축소해 재현함으로써 섬세한 작업을 가능하게 한다. 부스에서는 옥수수에 글씨를 쓰는 시연을 선보였다.

자동 교환을 위해 수술 기구를 소형화했다. 소니 그룹이 설계한 커스텀 제품이다. 사용하기 쉽도록 핀셋을 잡듯이 조작 가능하게 했다. 검지와 엄지손가락으로 집어서 누르면, 수술기구로 물건을 잡거나 자를 수 있다. 다양한 조작을 할 수 있도록 2단계로 누를 수 있다.

시제기의 완성도는 높다. 2024년 2월에 아이치의과대학에서 시제기를 이용한 실험을 실시했는데, 미세수술을 전문으로 하지 않는 의사와 의료 종사자가 직경 약 0.6mm의 동물의 혈관을 이을 수 있었다고 한다. 수술 지원 로봇의 조작에 익숙해지도록 1시간 정도면 끝나는 연수용 프로그램도 마련했다.

부스에 견학 왔던 소니 그룹의 기타노(北野) CTO(최고기술책임자)는 “여기까지 되면 나머지는 실용화를 향해서 나아가는 일만 남았다”라고 완성도를 높이 평가했다. 다만, 이번은 어디까지나 연구개발 성과이다. 구체적으로 사업화에 대해 정해진 것은 없다고 소니 그룹은 밝혔다.

병원에서 검체와 약, 의료기구 등을 운반하는 배송로봇을 전시한 곳은 도요타자동차다. 도요타자동차가 운영하는 도요타기념병원에 2023년 5월에 도입했다. 현재 24대가 가동 중이라고 한다. 1회 풀충전으로 연속 4시간 동작한다. 무선을 통해 엘리베이터 시스템과 연동돼 층을 걸쳐 이동할 수 있다.

병원 특유의 장애물을 피할 아이디어를 담았다. 예를 들면, 링거대에 걸리지 않도록 아래쪽에 장애물 센서를 배치했다. 병원 내 감시카메라와 연계해 복도 끝에서 침대가 이동해 오는지 여부를 미리 감지할 수 있다.

③ 고도의 조립 작업을 가능하게
단순한 픽업과 드롭만이 아니라 기계 부품의 조립이나 커넥터 삽입과 같은 고도의 작업을 할 수 있는 로봇도 주목을 받은 토픽이었다. 예를 들어 미쓰비시전기는 받침대 위에 뿔뿔이 흩어진 페그와 기어를 픽업해 기어기구를 조립하는 시연을 선보였다.

먼저 페그와 기어가 놓인 부품의 위치를 카메라로 인식해 페그를 픽업할 때 부딪히지 않도록 픽업 전에 다른 부품을 집어서 치운다. 그 다음에 페그를 잡고 중력을 이용하면서 일단 받침대에 세우고 삽입하기 쉽도록 페그를 다시 잡는다.

이어서 페그를 구멍에 삽입한다. 삽입할 때는 페그와 구멍이 어긋나면 로봇 핸드의 손가락 끝에 달린 촉각 센서와 역각 센서로 감지해 자동으로 보정하여 삽입한다. 그 다음에 기어를 페그에 넣고 기어끼리 맞물리도록 로봇 핸드가 자동으로 미세 조정한다.

미쓰비시전기는 이 기술을 제조라인을 시작할 때의 조정작업에 이용하거나 소량 다품종의 제조라인에 적용하는 것을 상정하고 있다.

OSX도 부품 삽입에 대한 연구 성과를 발표했다. 카메라를 이용하지 않고, 촉각 센서 등의 정보로 상태를 추정한다. 로봇팔과 그리퍼는 기성품이지만 유연하게 작업을 수행할 수 있도록 손목 부분은 오므론이 제작했다.

또한 AI의 강화학습에 걸리는 시간이 2~3시간으로 짧은 점도 특징이다. 학습시간을 단축하기 위해 부품 모양의 대칭성을 이용해 적은 데이터로 학습을 마치도록 했다.

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