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Nikkei X-TECH_2022.11.25

아마존의 굉장한 로봇팔, 스패로우
수백만 종의 상품을 식별해 상자에 빽빽이 담는 기술

노란색 로봇팔이 하나하나의 상품을 식별하고, 비어 있는 랙(Rack)을 찾아 박스에 담는다. 미국 아마존닷컴은 22년 11월 10일, 신형 로봇인 ‘스패로우(Sparrow)’를 발표해 보도진에게 공개했다.

스패로우는 아마존 최초의, 포장 전의 개별 상품을 취급할 수 있는 로봇이다. 스패로우라는 이름은 팔뿐만 아니라 인식 등을 담당하는 시스템 전체의 명칭이다. 아마존은 12년에 로봇 업체인 미국 Kiva Systems를 인수하고 물류 로봇에 주력해 왔다. 스패로우는 10년간의 집대성 중 하나다. 그 실력을 살펴보자.

아마존이 연간 취급하는 상품은 총 50억개 정도다. 하루에 1,300만개 정도의 상품을 피킹해 보관, 포장한다. 22년 11월 현재, 그 중 75%에 어떤 형태로든 로봇이 관련되어 있다. 그러나 그 대부분은 운반이나 상품을 상자 등에 포장한 후의 구분 공정이다. 상품을 개별적으로 인식하기는 어려웠다.

21년 4월에 발표하고 이미 실용화한 독자 개발 로봇 ‘Robin’이나 22년 6월에 발표한 ‘Cardinal’도 그 영역을 벗어나지 못했다. 이들은 포장한 소포의 라벨 등을 판독하고 집어 들어 아마존의 짐수레 ‘GoCart’에 실을 수 있다.

스패로우는 거기서 한 걸음 진보했다. 수백만 종류의 상품군에서 개별 상품을 인식하고 집어 들어, 그것을 랙으로 이동할 수 있다. 상품을 담는 랙의 빈 상태를 인식해서 빽빽이 채우는 것도 가능하다. 평면 방향의 랙 정보뿐 아니라 높이 방향의 정보도 인식할 수 있다.

예를 들어 로봇 앞에 4개의 랙이 있다고 하자. 4개의 랙 중 어떤 랙에 여유가 있고, 상품을 이동하는 데 적당한가를 로봇 스스로가 판단하는 것이다. 인식과 판단은 클라우드와 에지(로봇 본체)의 양쪽을 사용해 처리하고 있다고 한다.

아마존은 스패로우가 시간당 몇 개의 상품을 구분하는지는 공개하지 않았다. 보도 공개 시연에서는 1분 동안 8개의 상품을 들어 올려 랙으로 옮길 수 있었다.

-- 밀가루부터 기프트 카드까지 모든 것을 집는다 --
아마존에서 집으로 상품이 배달되는 것을 상상해 보자. 상품을 포장한 후의 소포는 상자나 종이봉투, 비닐봉지 등에 한정되어 있어, 그 종류는 수십 종에 그칠 것이다. Robin이나 Cardinal은 이들을 인식하면 되고, AI(인공지능)에게 학습시키는 것은 비교적 쉽다. 게다가 짐 표면 소재도 한정적이기 때문에 픽업 난이도도 높지 않다.

그러나 개별 상품을 픽업하는 경우는 그 난이도가 월등히 높아진다. 왜냐하면 모양, 크기, 무게, 방향, 소재가 천차만별인 상품을 바로 인식해서 로봇팔 끝의 장치로 잡아야 하기 때문이다.

스패로우의 개발을 담당한 프로덕트 매니저는 그 어려움을 다음과 같이 표현한다. “밀가루를 포장한 둥글고 무거운 패키지부터 1장의 기프트 카드까지 우리는 다양한 상품을 취급해야 하기 때문에 기술혁신이 필요했다. 무게는 어느 정도이고, 표면은 반들반들한가?

상품을 어떻게 움직이고, 어떤 힘을 가해야 들어올릴 수 있을까? AI와 컴퓨터 비전을 사용해 취급하는 상품을 즉시 인식해서 로봇팔로 잡는다. 소프트웨어와 하드웨어의 융합이 필요하기 때문에 우리는 반복적으로 실험을 했다”.

22년 11월 현재, 스패로우는 아마존의 전체 상품 중 65%를 취급할 수 있다고 한다. 23년 말에는 전체 상품을 취급할 수 있도록 계속 개량하고 있다고 한다. 아마존은 스패로우의 실용화 시기를 아직 정하지 않았지만 23년 무렵이 될 것으로 보인다.

-- 화낙의 로봇 암을 채택 --
상품 인식은 로봇팔 상부에 설치된 복수의 센서가 담당한다. 센서 개수는 비공개지만 다른 각도에서 여러 종류의 센서가 상품을 인식하고 있다. 아마존에서 로보틱스를 담당하는 부사장은 "상품 식별에는 '멀티모달 ID'를 사용하고 있다"라고 설명했다. 상품을 특정하기 위해 여러 재료를 조합해 인식하는 것을 가리킨다. 상품의 2차원 코드가 가려져서 보이지 않을 때를 대비해, 모양이나 표면의 소재 등을 센서가 판독해 인식하는 시스템을 채용한 것으로 보인다.

로봇팔의 장치는 흡입식이다. 스패로우의 개발 담당자는 “(22년 11월 시점에서는) 흡입에 적합하지 않은 메쉬 형태의 가방 등을 잡을 수 없다”라고 말했다. 실용화 단계에서 로봇팔의 장치는 모양 등이 변경될 가능성이 있다고 한다.

보도진에 공개한 실제 스패로우에는 일본에서는 친숙한 노란색 로봇팔이 장착돼 있었다. 산업용 로봇을 전개하는 화낙(Fanuc)의 제품이다.

아마존은 스패로우에 대한 기술적인 세부 사양을 일절 공개하지 않고 있다. 스패로우의 개발 담당자는 닛케이 크로스테크의 취재에서 화낙의 기술 협력을 인정하며 이렇게 설명했다. “화낙의 하드웨어와 우리의 엔지니어링을 조합했다. 우리가 기능을 요구하고 화낙의 전문지식과 조합하는 관계다”.

다만 실용화할 때 모든 스패로우에 화낙의 로봇팔이 채택될지는 미정이라고 한다. “우리는 모든 부품과 벤더를 항상 평가하고 있다”라고 말하는데 그쳤다.

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