maxon Story
동반자 로봇
원격 해양 시설, 먼지투성이 광산, 더러운 하수구: 사람이 사람을 위해 조성한 환경. 하지만 그것을 운영하는 일은 위험합니다. 솔루션은 무엇일까요? 자율적으로 검사를 수행할 수 있는 애니보틱스(ANYbotics)의 로봇 개. 저희는 유럽에서 가장 큰 로봇공학 팀 중 한 곳을 방문하기 위해 취리히로 향했습니다.
쓰러졌다가 다시 일어납니다. 계속 다시 반복합니다. 발의 위치을 어떻게 조절하는지? 어떻게 힘을 가하는지? 균형을 어떻게 제어하는지? 아이들은 걷는 법을 배울 때, 몇 주 동안 움직임을 느끼며 걷습니다. 페터 판크하우저(Péter Fankhauser)가 개발한 “베이비”는 다리가 스프링, 센서 및 모터로 구성되어 있지만 이와 유사한 방식으로 학습합니다. 그는 자랑스럽게 다음과 같이 보고합니다. “애니멀ANYmal은 시뮬레이션에서 스스로 계단 오르기를 터득했습니다. 로봇은 불과 몇 시간 만에 학습했습니다. 인간과 달리 수천 대의 애니멀이 함께 학습한다는 점은 굉장합니다. 따라서 저희는 가상 복제품을 제작합니다.” 이러한 복제품에는 각각 가능한 한 빨리 계단을 오르는 것과 같은 일반적인 목표가 주어집니다. 그 다음 센서 소음이나 바람과 같은 방해 요소가 추가됩니다. 프로그램은 결과적으로 이러한 상황을 독립적으로 처리하는 방법을 배웁니다. “시뮬레이션된 학습 프로세스가 최적의 수준에 도달하면, 제어권을 모든 실제 로봇으로 이전합니다.”라고 판크하우저는 말합니다.
판크하우저는 로봇공학 박사 학위를 취득한 엔지니어로서 회의실의 화려한 라운지 스위트룸에 앉아 검사 로봇에 대해 빛의 속도로 쉽게 이야기합니다. 그는 취리히 ETH 대학의 스핀오프 기업인 애니보틱스의 다른 창립 멤버 여덟 명과 함께 이 로봇을 개발했습니다. 그리고 개와 같은 모습의 애니멀이 사람이 없는 열악한 산업 환경에서 인간의 통제나 Wi-Fi 없이 자율적으로 움직일 수 있다고 말합니다. 정말 흥미로운 점은 대형 공장이나 창고와 같이 환경을 로봇에 맞게 특별히 설계할 필요가 없다는 점입니다. 아니요, 이 4족 보행 도우미는 특히 인간을 위해 만들어진 공간에서 스스로 길을 찾을 수 있습니다. 판크하우저는 이 로봇이 가파른 철제 계단을 오르내리거나 뿌리 위와 자갈길을 따라 숲속을 걷는 모습을 볼 수 있는 유튜브(YouTube) 영상을 제시합니다. 애니멀은 좁은 강철 빔에서 균형을 잡고 기차 아래를 기어다니며 지상 위에 있는 소시지 두께의 케이블 코일을 안전하게 가로질러 나아갑니다. 애니멀은 물을 쉽게 헤쳐 나갈 수 있고 모래 폭풍을 이겨낼 수 있으며, 눈 덮인 곳에서도 미끄러지지 않습니다. 심지어 부활절 러시아워에 초콜릿 토끼를 집집마다 배달하기 위해 뒤로 달리는 모습도 볼 수 있습니다. 이러한 상황은 인간에게서도 최고의 집중력을 필요로 합니다.
웃는 로봇
로봇이 어떻게 웃을 수 있나요? 프로그래밍이 특별히 어려운가요? “아니요, 비교적 간단합니다.”라고 전문가는 확신합니다. 저희는 취리히 여정에서 더 많은 것을 배웁니다. 애니보틱스의 복합 건물에는 사무실과 회의실뿐만 아니라 회사의 테스트 센터와 생산 시설도 있습니다. 안으로 들어가면 무언가가 떠도는 것을 느낄 수 있습니다. 이는 자신이 발전할 때 느끼는 설렘일 수도 있습니다. 임박한 변화에 대한 흥분 – 마치 무언가 거대한 존재의 일부가 된 것처럼 돌파구를 찾기 직전이라고 느낄 때의 감정입니다. 청바지와 티셔츠를 입은 사람들이 영어로 열정적으로 인사합니다. 이곳에는 21개국에서 온 사람들이 근무하며, 1년 전에 비하여 직원이 25명 증가했습니다. 새로운 공간을 임대하였으며 애니보틱스는 최근 투자자로부터 2천만 스위스 프랑을 유치하였습니다. 이 자금은 최신 애니멀 모델인 D 버전을 상용화하는 데 사용되고 있습니다. 이것은 또한 구조적 변화를 가져올 것입니다: 현재 회사 내부의 소규모 팀이 일주일에 약 한 대의 로봇을 제조하고 있습니다. 검사 도우미 로봇은 2022년부터 스위스 협력사의 조립 라인에서 더 많이 생산될 예정입니다.
그러나 상승세에도 불구하고 애니보닉스는 여전히 기반을 유지하고 있습니다. 이 스타트업 회사의 분위기는 여전히 그대로입니다. 탁 트인 사무실에는 복잡한 공식과 도표가 적힌 화이트보드가 걸려 있지만, 이따금 만화 속을 탈출한 듯한 만화 캐릭터가 섞여 있습니다. 봉제 동물 인형이 탁상용 전기 스탠드에 매달려 있습니다. 부엌에는 지난 팀 대회에서 우승한 작품이 전시되어 있으며, 작은 유화 액자에는 유니콘 뒤에서 손을 흔드는 애니멀, 바다 가운데에서 기어다니는 애니멀, 우주를 떠다니는 애니멀 그림이 있습니다. 바로 그 옆에는 벽을 가로지르며 광활한 대륙이 펼쳐져 있고 전 세계 고객의 사진이 붙어 있습니다. 그 한가운데에는 달리고 앉아 있고 기다리는 모습의 친근해 보이는 로봇이 있습니다. “저희는 C 프로토타입에서도 로봇의 기능뿐만 아니라 외관이 불러일으키는 감정에도 관심을 가졌습니다. 로봇이 친근해 보이도록 눈의 위치를 조절할 수 있었습니다. 이 눈은 로봇의 냉각 통풍구입니다. 심도 카메라는 로봇의 입을 형성합니다. 이 입은 약간 기울어져 웃는 입술처럼 보입니다. 이처럼 작은 요소들이 긍정적인 인상을 만듭니다.”라고 판크하우저는 말합니다. 애니멀 D는 산업용으로 사용하기 위해 더욱 견고하게 만들어야 했기 때문에 최신 모델은 완전히 다른 얼굴을 하고 있습니다. 그렇지만 이 후속 모델도 친절해 보입니다. “저희는 도움을 주는 친절하고 신뢰할 수 있으며 유용한 동료 로봇을 제작하고 싶었습니다. 로봇은 결국 인력을 보충하기 위한 것으로 설정되었습니다. 따라서 로봇은 다음과 같은 인상을 주어야 합니다: 저는 당신을 돕기 위해 여기 있습니다. 덧붙여 말하자면, 이 로봇에는 군사 작전과 경찰 임무가 배제됩니다.”
그리고 보고, 냄새를 맡으며, 듣고, 외치기도 합니다.
일상적인 검사 작업은 애니멀을 사용한 자동화에 특히 적합합니다. 애니보틱스의 CEO는 성과를 신속하게 나타내는 숫자를 살펴봅니다. “수리로 인해 산업 플랜트의 운영자가 입는 손실은 매일 수십만 프랑에 이릅니다. 따라서 기계 작동 시 문제는 되도록 적게 발생해야 합니다.” 현재, 검사는 주로 사람들이 수행합니다. “검사 작업은 잘 수행됩니다. 적어도 그들이 플랜트를 알고 경험이 있다면 말이죠. 하지만 시간과 비용이 많이 들고 때로는 매우 위험하기도 합니다.” 해양 설비, 하수구 또는 광산에서 사람들은 고압, 전기, 유해가스, 독성 물질, 먼지 및 오염 물질에 노출됩니다. 따라서 시설을 점검하려면 먼저 스위치를 꺼야 하는 경우가 있으며, 이에는 비용이 듭니다. 그 다음으로는 이송비가 문제입니다. "전문 인력을 플랜트로 이송해야 하는데, 헬리콥터 비용은 3만 스위스 프랑을 훌쩍 초과합니다." 판크하우저는 고개를 저으며 덧붙입니다. “때로는 스위치 하나를 켜려고 시추 플랫폼으로 날아가야 합니다.” 따라서 해양 부문에서 애니멀은 몇 주 내에 본전을 뽑습니다.
물론 이상 작동을 감지하는 센서를 플랜트에 장착하는 옵션도 있습니다. 하지만 그 역시 복잡하고 비용이 많이 듭니다. "또한 각 센서는 전체 시스템의 작은 부분만 측정하므로 시간이 지나면 교체해야 합니다."라고 판크하우저는 말합니다. 반대로 로봇은 상대적으로 긴 시간(실제로 3년 연속 작동)용으로 설계되었으며 동시에 많은 작업을 수행할 수 있는 이점이 있습니다. 로봇 개는 화물을 옮길 만큼 충분히 강합니다. 카메라와 감지기로 보고, 냄새를 맡고, 듣고, 경고를 “외칩니다”. 또한 측정 장치에서 데이터를 읽고 전달합니다. 열화상을 촬영하고 음향 측정을 수행합니다. 가스가 빠져나가거나 기계의 웅웅거리는 소리나 펌프의 진동이 갑자기 다른 소리를 내는 경우 이를 인식하여 보고합니다.
강력한 모터, 빠른 학습 시간
하지만 어떻게 이 장치가 험악한 지형을 안전하게 통과할 수 있나요? 어떻게 경로를 학습하나요? 판크하우저는 말합니다. “한 가지 옵션은 애니멀을 현장으로 데려가, 신입 사원과 같이 해야 할 일을 보여 주는 것입니다. 저희는 로봇이 길을 걷고 3D 지도를 만드는 동안 조이스틱을 사용하여 로봇과 동행합니다. 플랜트를 1시간 동안 검사하며 이동하는 데는 보통 반나절의 학습 시간이 소요됩니다.” 그 대신 로봇에는 가상으로 학습하는 훨씬 더 간단한 옵션이 있습니다. 이는 플랜트의 디지털 모델이 이미 존재하는 경우 가능합니다.
방향은 센서로 설정되며 보행에는 로봇용으로 특수 개발된 전기 모터를 사용합니다. “저희는 가벼우면서도 강력한 저희만의 드라이브가 필요하다는 것을 깨달았습니다. 이것이 바로 저희가 맥슨과 파트너십을 맺은 이유입니다. 저희 두 회사는 문화적으로 매우 잘 맞으며 지금은 서로 이웃하며 일하고 있습니다.” 로봇 동물의 네 팔다리 각각에는 드라이브가 3개 있으며, 이는 애니멀에 총 열두 개의 액추에이터가 설치되어 있음을 의미합니다. 이 액추에이터는 걷는 동작을 생성하고, 다리를 바깥쪽 또는 뒤로 기울이고, 무릎을 구부립니다. “다양한 표면 위를 걸을 때는 힘 조절이 매우 중요합니다. 달릴 때는 흡수해야 할 충격 에너지가 있습니다. 이를 위해 맥슨과 협력하여 근육과 힘줄을 모방한 스프링 시스템을 개발했습니다.”
솔루션 및 까다로운 과제
애니보틱스의 테스트 센터에는 거의 천장에 닿을 듯한 피자 상자 타워가 긴 낮과 짧은 밤을 증언하고 있습니다. 여기에서 의자, 탁자, 컴퓨터는 데이터를 수집하고 분석하는 일종의 관중석으로 그룹화됩니다. 무대에서는 50kg의 로봇이 나아가며 계단을 오르내리고 벽돌과 같은 장애물을 뛰어 넘습니다. 기계로부터 안전 거리를 유지하는 것은 모든 직원의 의무 사항입니다. 회사는 안전 인증에 많은 시간과 에너지를 투자하고 있습니다. “하지만 이제 끝났습니다. 저희는 전기 및 기계 안전 전략을 구현하기 위해 외부 전문 연구소와 협력했습니다.” 고객에게 안전 예방 조치를 교육하는 것도 위험을 최소화하는 데 도움이 됩니다.
애니멀은 90분이 지나면 에너지가 소진됩니다. 애니멀은 스스로 이것을 인식하고 도킹 스테이션으로 걸어가 구르며 달걀 위의 암탉처럼 그 위에 앉습니다. 판크하우저는 다음과 같이 설명합니다. “유튜브에서 이 멋진 로봇이 개처럼 계단을 뛰어오르는 동영상을 볼 수 있습니다. 그러나 이것은 솔루션의 작은 부분일 뿐입니다.” CEO인 판크하우저는 컴퓨터의 실시간 화면을 가리킵니다. “검사 데이터가 고객에게 전달되는 방식을 명확히 이해해야 합니다. 저희는 종단간(end-to-end) 검사 솔루션을 제공합니다. 이 소프트웨어는 소프트웨어 업데이트 및 기술 지원을 포함하는 연간 사용자 라이선스와 함께 제공됩니다.”
그러나 아직 해결해야 할 몇 가지 까다로운 과제가 있습니다. 누군가 문을 닫으면 무슨 일이 일어날까요? 애니멀이 그 앞에 말뚝처럼 서있을 것입니다. 또한 애니멀은 아직 녹이나 균열을 확실하게 감지할 수 없습니다. 애니멀은 실제로 위험한 유지보수 작업을 스스로 할 수 있어야 합니다. 취리히에 있는 팀은 현재 이러한 목적을 위해 그리퍼 암을 실험하고 있습니다. 한 가지는 확실합니다. 이 친근한 로봇은 계속 학습할 것이고 피자 타워는 계속 성장할 것입니다.