기계/조선

계측과 제어_Vol.60 2021.7 특집 (488~493)

SICE60주년 기념특집호
자율 로봇에서 자립 로봇으로
사이버 공간과 물리적 공간을 통한 로봇과 인간의 관계

1. 머리말
최근, 프로세서의 처리속도 향상 및 기계학습의 발전으로 로봇이 스스로 생각하고 움직이는 ‘자율 로봇’이 고도화되고 있다. 공장이나 창고뿐만 아니라, 점포나 공공시설에 도입이 진전되어 사람들에게 친숙한 존재가 되고 있다. 앞으로 휴먼로이드처럼 범용 하드웨어를 장착해 더욱 스마트하고 기능이 좋아져 인간과의 소통이 원활하게 된다면, 사무실이나 가정에까지 도입이 확산될 것으로 예상된다. 이 때, 자율 로봇이 인간에게 있어서 ‘타인’이라고 할 수 있는 존재(자신과 닮은 다른 존재)에 점점 더 근접해 가는 모습은 쉽게 상상할 수 있다. 이것은 많은 과학적 사실이 보여 주고 있다.

한편, 로봇의 발전에 발맞춰 정보통신 인프라의 정비 및 엣지 디바이스의 활용, IoT기기의 보급 등이 진전됨으로써, Cyber-Physical Systems(CPS)에 있어서의 사이버 공간과 물리적 공간이 만들어 내는 정보의 피드백이 확대되고 있다. 앞으로, 인간과 로봇이 이 2개의 공간에서 서로 관계를 맺어 간다는 것은 확실하며, 앞에서 말한 타인이라고 부를 수 있을 정도로 높은 수준의 자율 로봇을 전제로 한다면, 인간과 로봇이 사회를 구성하게 되거나, 혹은 로봇이 인간사회의 일원이 되는 것은 필연적인 흐름이라고 할 수 있겠다.

이 글에서는 그런 미래가 어떻게 도래하며, 그 과정에서 발생할 수 있는 여러 문제에 대해 어떻게 대처해 나갈 것인지에 대해 하나의 방향성을 제시하는 것을 목표로 한다. 또한, 오토포에시스(auto-poiesis·자기조직화) 이론을 채택해, 인간, 로봇, 사이버 공간 및 물리적 공간의 관계 모델화를 시도한다.

2. 사이버· 피지컬· 시스템
CPS라는 용어는 2006년경에 미국 국립과학재단의 Helen Gill이 제창한 것으로 알려져 있으며, 현재는 일본 국내에서도 산·관·학을 불문하고 널리 사용되고 있다. CPS는 물리적 공간(현실 세계)에 존재하는 기기 및 정보 단말기가 네트워크를 통해 컴퓨터 상(클라우드 상)의 사이버 공간의 기기와 정보 단말기에 피드백 되어, 제어 및 정보 제시를 시행하는 것과 같이 지속적으로 반복되는 사이클 구조의 시스템을 의미한다. 모든 것이 컴퓨터나 소프트웨어로 구동되는 현재에서는 특별하다는 인상은 없지만, Society 5.0과 IoT, Industry 4.0, 디지털 트윈, 디지털 트렌스포메이션(DX) 등의 개념과 관련 있는 것으로, 향후 실현해야 할 산업 및 사회의 본연의 모습을 제시하는 프레임워크(Framework)로서 중요시 되고 있다.

CPS의 발전형은 다양하게 존재한다. 예를 들어, SoS(System of Systems)의 개념을 바탕으로 독립 분산한 CPS의 연결·연계 방법에 초점을 맞춘 CPSoS(Cyber-Physical System of systems), 시스템 안에 가치(사회적 가치·개인적 가치)를 가져온 COVS(Cyber Physical Value System), 인간과 조직의 문맥 의존적 행동에 착안한 SCPS(Socio-Cyber-Physical Systems) 등이 제안되고 있다. 그 외에 인터넷으로 검색하면 아종(생물 분류)은 얼마든지 찾아 볼 수 있으나, 어떤 경우에도 CPS는 사회 구현을 전제로 한 개념이기 때문에 대부분의 경우, 인간과의 관계를 감안한 시스템 아키텍처가 제시되고 있다.

CPS의 사고방식은 사이버 공간(가상 세계)과 물리적 공간(현실 세계)을 명확하게 분리하기 때문에 심신이원론이라고 할 수 있다. 컴퓨터 상의 프로그램에서의 윤리 공간이나 가상 공간을 사이버 공간이라고 부르며, 현실 세계를 물리적(피지컬) 공간이라고 부르는 것에 위화감은 없으나, 시스템에 인간을 포함했을 경우, 인간의 정신 세계(멘탈 공간이나 상징 등)를 어떻게 다룰 지가 문제가 된다. 이 글에서는 심신이원론적인 입장을 고수해, 인간의 정신 세계도 하나의 사이버 공간으로 간주함으로써, 인간과 로봇을 동렬로 취급한다. 이렇게 함으로써 제5장에서와 같이 인간과 로봇의 관계성에 대한 설명이 용이해 진다.

3. 자율 로봇의 과거·현재·미래
3.1 자율 로봇의 구성
3.2 자율 로봇의 역사
3.3 자율 로봇의 현재

3.4 자율 로봇의 향후
그림 2의 물품 피킹로봇은 활용하는 사이버 공간으로 자체 탑재된 컴퓨터와 근처에 설치된 서버를 사용했다. 앞으로 5~10년 정도에 자율 로봇이 인터넷이나 클라우드와 같은 글로벌한 사이버 공간(여기서는 ‘GCS’라고 부름)을 적극적으로 활용해 나갈 것으로 예상된다. 예를 들어, GCS 안에 로봇이 동작하는 실제 환경이나 조작하는 대상물을 복사한 시뮬레이션 환경을 작성해, 그곳에서 로봇을 충분히 학습시킨 다음에 현장에 도입하는 것이 상정된다. 이것은 학습에 수반되는 트라이&에러의 물리적 제약을 받지 않고 고도화할 수 있다는 장점이 있으며 이미 연구 사례는 많다. 또한 각 로봇에 대해 개별적으로 환경 및 대상물, 동작을 학습시키는 것은 비효율적이기 때문에 로봇 신체의 동일성을 활용해 복제한 소프트웨어를 여러 대의 로봇에게 일괄적으로 디플로이(Deploy)한다. 그리고 로봇은 운용을 통해 GCS로 학습용 데이터 및 학습 모델을 공유해, 집단적으로 스마트해지 여러 가지 시도가 소개되고 있다. 또한, GCS를 통해 인간이 로봇을 원격 조종하여, 로봇에게 동작을 가능하게 하는 것도 실용화될 것이다. 이로써, 반(半)자율 로봇을 인간의 도움으로 완전 자율 로봇으로 성장시킨다는 시나리오도 가능하게 된다.

물리적 공간(현실 세계)에 있어서 로봇과 인간의 관계에서도 변화가 일어날 것으로 예상된다. 현재, 로봇은 도구나 기계의 하나로서 인간이 안전이나 효율 면에서 일방적으로 신경을 쓰는 존재이다. 그러나 앞으로는 인간의 동작을 예측하거나 의도를 이해함으로써 로봇 측에서 인간에 대해 능동적인 기능을 해 나갈 것이다(연구 사례로는, 로봇 조종에 있어서의 의도 이해의 선구적인 연구를 비롯해, 인간의 의도를 추정해 댄스가 가능한 로봇, 창고 내 이동 로봇으로의 적용 등이 있다). 이런 인간의 의도 이해를 기반으로 한 로봇으로부터의 능동적인 작용은 우선은 공장이나 창고와 같은 한정된 업무 환경부터 가능해 질 것으로 생각된다.

이처럼 GCS를 활용함으로써 로봇의 지능 레벨이 향상되어, 그와 동시에 로봇으로부터의 움직임 및 배려 기술이 성숙되면, 인간 사회에서의 로봇 수용성이 조금씩 높아질 것으로 예상된다. 하드웨어에 관해서도 인간형 로봇처럼 사람에 대한 친화성이 높고 범용적인 것이 중심이 되어 갈 것이다. 그렇게 되면, 복수의 다른 장소(영역)에서 다른 업무를 시행하는 멀티태스크의 로봇 운용을 기대할 수 있게 된다. 예를 들어, 낮에는 점포에서 요리를 나르고, 저녁에는 건물 안을 순찰하는 식이다. 로봇은 다양한 장소에서 모든 업무를 시행하기 때문에 그곳에서 확보한 지식을 GCS를 통해 다른 로봇과 공유함으로써 점점 빠르게 스마트해진다. 그것들은 공도(公道)를 이동하며 충전 및 배터리 교환을 적절하게 스스로 할 수 있는 간편한 존재가 된다. 사람들이 이런 상황에 익숙해진다면 로봇이 유비쿼터스 공간에 존재하는 것에 대해 위화감을 갖지 않게 될 것이다. 본격적인 로봇 사회에 도달하기까지는 20~30년 이후가 될 지도 모른다.

3.5 자율 로봇을 사회에 정착시키기 위해

4. 그리고 자립 로봇으로

5. 로봇과 인간의 관계성을 기술(記述)하기 위한 모델

 -- 끝 --