지능형 로봇의 이해 1. Introduction

 

 

익숙한 습관을 끊는 방법을 배우고 있다. 약물에 중독되거나 의지하는 것들은 마음에 들지 않았고, 삶에서 도움이 되지 않는 습관을 많이 가지고 있는 남자는 힘들지만 변화하는 중이다. 어려운 일은 고통스럽지만 고통의 크기는 일을 끝냈을 때 얻는 행복한 감정의 농도와 비례한다. 마찬가지로 새로운 좋은 습관을 갖는 것도 어렵다. 새로운 것을 배우고 싶어 하는 남자는 로봇 분야와 프런트 엔드 웹을 공부하기로 한다.

 

 

연재 강의는 혁신 공유교육 사업단의 지능형 로봇 기초 과정 강의다. 기초라 해도 지능형 로봇 분야의 모든 제반 기술과 관련한 교과목에 대한 심층적인 강의라서 제대로 이해하기는 쉽지 않지만 내용을 가급적 쉽게 풀어서 옮기기로 한다. 강의 동영상을 보고, 음성을 추출해 한글 문서로 옮겨 요약하거나 강의를 구술해 포스팅하기로 한다. 강의 동영상에서 mp3를 추출한다. 음원을 클로버 노트에서 텍스트로 변환한다. 강의와 글과 발표자료의 싱크를 맞춰 수정하여 포스팅하는 일이다. 쉽지도 않고 시간도 제법 걸린다.

 

포스팅 순서는 아래와 같다. 어떤 일이든 일괄적으로, 그러니까 하는 김에 한 번에 하는 방법이 효율적이다. 비슷한 일은 몰아서 한다. 독서할 때는 읽을 책을 집중적으로, 연락할 때는 연락만 하고, 자료를 작성할 때는 작성할 모든 자료의 리스트를 만들어 작성한다. 사실 탁월하다거나 돈이 되는 일은 아니지만 삶은 그런 일로 가득 차있다. 그냥 하는 거다. 생각하지 말고,

 

 

지능형 로봇의 이해 1. Introduction

지능형 로봇의 이해 2. 4차 산업혁명과 지능형 로봇 

지능형 로봇의 이해 3. Intelligent Robots 

지능형 로봇의 이해 4. AI Systems

지능형 로봇의 이해 5. 기구학

지능형 로봇의 이해 6. 로봇 동역학

지능형 로봇의 이해 7. 로봇 통신

지능형 로봇의 이해 8. 중간고사

지능형 로봇의 이해 9. 센서 구동기

지능형 로봇의 이해 10. 인공지능 소개

지능형 로봇의 이해 11. 머신러닝 개요

지능형 로봇의 이해 12. 로봇 비전

지능형 로봇의 이해 13. 딥러닝 소개

지능형 로봇의 이해 14. 로봇과 디자인-1

지능형 로봇의 이해 15. 로봇과 디자인-2

 

지능형 로봇의 이해 1. Introduction 

 

본 강의는 지능형 로봇의 이해라는 강좌고 여러분들이 요즘 흔히 이야기하는 로봇, 인공지능 내용들에 대한 개괄적인 내용들을 다루게 됩니다. 기존에 있었던 로봇들은 단순한 작업들만 반복하는 경우가 대부분이었죠. 지금은 로봇들이 점점 지능화가 돼서 사람들의 생활에 훨씬 더 밀접하게 연계가 되어 있죠. 여러분이 도서관에 보시면은 이렇게 커피를 서빙해주는 로봇이 생겼더라고요. 로봇이 음식들을 서빙하고 테이블을 치우는 기술까지는 아직은 좀 어렵다고 하더라고요. 이렇게 물건을 가져다주는 건 쉬운데 이렇게 무작위로 이렇게 흩어져 있는 테이블들을 치우고 하는 부분들은 아직은 어렵다고 합니다.

 

하지만 이런 다양한 로봇과 로봇과 인공지능이 합쳐진 서비스들이 4차 산업혁명 시대에 생산성을 높일 수 있는 기술들로 많이 제시가 되고 있고요. 그래서 기존에 단순한 반복만 하던 이런 로봇에서 벗어나서 다양한 작업을 사람만큼 유연한 형태로 동작을 할 수 있는 로봇의 필요성이 많이 증대가 되고 있습니다. 그래서 여러분들 전공이 로봇과 관련돼 있을 수도 있고 관련돼 있지 않을 수도 있습니다.

 

 

지능형 로봇 기초 강좌 1

 

본 수업은 전공 학생들을 대상으로 대상만으로 하는 게 아니라 비공개 학생들까지 수강 범위를 포함하고 있기 때문에 이 수업에서는 굉장히 쉬운 개념에서 개론 정도 수준에서 지능형 로봇이라는 걸 다루게 될 거고요. 그래서 여러분이 다양한 전공과 백그라운드를 가지고 지능형 로봇에 대해서 좀 더 아시게 되면 나중에 여러분들의 전공을 이 지능형 로봇에 접목을 해서 이 분야에 접목을 해서 여러분들이 진로 선택을 할 때 훨씬 더 도움이 될 수 있지 않을까 하는 생각을 하고 있고요. 그래서 이 수업은 여러분들이 지능형 로봇이라는 분야를 알게 하는 데 도움이 되는 과목이라고 보시면 됩니다.

 

로봇 기술과 4차 산업혁명의 관계에 대해서 조금 더 설명을 드리면 4차 산업혁명이라는 말은 굉장히 많이 나오고 있습니다. 하지만 혹자들은 그런 이야기도 하는 것 같아요. 3차 산업혁명과 비교하여 많이 달라진 부분이 있느냐? 이미 3차 산업혁명에서 인터넷이나 다양한 네트워크와 같은 지능 정보 기술들이 많이 부각이 되었었는데 4차 산업혁명은 무엇이 나아졌는가?라는 질문이 아옵니다. 단순히 ICT 기술이 발전을 한 것만이 아니라 기존에 있었던 제조 기술 흔히 말하는 3d 프린팅 로봇 기술과 소재 기술들과 지능 정보 기술이 아주 밀결합을 하는 형태의 산업혁명이 일어난 것이다.라고 볼 수 있습니다. 그래서 단순히 새로운 어떤 지능정보 기술에 대한 서비스가 나타나는 게 아니라 기존의 기술들에 접목이 돼서 기존에는 불가능했었던 일들을 많이 해결을 하게 됩니다. 그래서 여기서는 제조업과 로봇 기술에 대한 이런 것들을 강조를 하고 있는데 요즘 제조업 분야에서 활발한 변화가 일어나고 있죠.

 

 

지능형 로봇 기초 강좌 1

 

인력은 고령화 사회에 접어들면서 일할 사람은 줄어들고 그런데 사람들이 소비는 또 많이 하죠. 그리고 또 옛날과는 다르게 요즘의 소비 형태를 보면 옛날에는 공산품들을 많이 만들어내는 그러니까 소량 품종의 제품들을 대량 생산하는 데 초점이 돼 있다면 요즘은 같은 물건을 찾더라도 기능도 따지지만 디자인이나 미적인 부분도 많이 사람들이 따집니다. 그렇기 때문에 요즘은 다품종 소량 생산의 시대라고 해요. 다양한 품종의 제품을 조금씩 만들어서 팔아야 되는데 그러면 기존에 있었던 대량 생산에 적합한 형태의 생산 라인은 더 이상 다품종 소량 생산에 적응을 할 수 없겠죠.

 

그래서 생산 부분에 적용을 하기 위해서 좀 중요성을 강조하기 위해서 제조업에 대해서 강조를 해놨지만 꼭 제조업뿐만이 아니라 다양한 사회 전반에 반영을 할 수 있는 게 로봇 기술입니다. 그래서 오른쪽 하단에 동영상을 보시면 독일에 있는 스마트 공장인데요. 작업자가 뭔가를 조립을 하고 있죠 그러면 여기 보시면 로봇 팔이 움직이면서 단순히 저 로봇 팔이 부품을 집어주는 게 아니라 다음 작업이 뭔지를 분석을 하고 있는 거예요. 그래서 현재 작업 상태를 보고 다음 작업이 뭐니까 그 부품에 대해서 집어서 사람들에게 사람에게 이렇게 넘겨주고 있습니다.

 

 

지능형 로봇 기초 강좌 1

 

그러면 작업자가 이렇게 조립을 하죠. 이러면 작업을 하는데 단순히 그냥 혼자 작업자가 작업하는 것보다 훨씬 작업 효율이 높을 거고요. 그리고 이 로봇에 대해서 별로 친숙하지 않은 학생들은 뭐 당연히 뭐 저런 로봇들이 저렇게 움직일 수 있지 않느냐라고 생각을 할 수도 있지만 실제 산업 현장에서 로봇은 저렇게 안전장치 없이 사람이랑 같이 있을 수가 없습니다. 

 

기존의 산업용 로봇들은 저렇게 동작하는 방식이 불가능한데, 왜냐하면 저 로봇에 부딪히면 굉장히 아픕니다. 이게 다 쇠로 이렇게 되어 있기 때문에 부딪혀보면 저도 부딪혀봤는데 굉장히 아프더라고요 그래서 2002년인가 그 아마 제가 연도가 정확하게 기억은 나지 않는데 살인 로봇이라는 기사가 났었어요. 로봇이 사람을 죽였다는 킬링 머신 어쩌고 저쩌고 하는 굉장히 자극적인 제목의 기사가 났었는데, 독일의 22세 정도 되는 청년이었는데 산업용 로봇을 설치를 하는 기사였어요. 기능공이었는데 로봇을 설치하다가 이게 오작동을 해서 사람을 강하게 쳐버린, 그래서 그 자리에서 즉사를 했다고 하는데요.

 

물론 그 로봇이 사람을 죽이는 용도로 만들어진 로봇은 아니었지만 어쨌든 결과적으로 로봇이 사람을 죽인 첫 번째 사고라고 합니다. 그래서 로봇이 전기의 힘으로 움직이고 제어를 잘 못하기 때문에 사실 사람한테 이렇게 정지하지 못하고 부딪혔을 때 정지하지 않으면 굉장히 큰 상해를 입힐 수 있어요. 하지만 요즘은 사람이랑 같이 일할 수 있는 저런 이제 유연한 작업에 적합한 로봇들을 많이 만들고 있습니다. 그래서 센서가 이렇게 있어서 뭔가 부딪히면은 긴급 정지를 한다라든지 하는 형태로 로봇들도 계속 기술들이 변화를 하고 있습니다. 오른쪽 하단에 있는 이 사진은 미래의 공장에 대해서 보여주는 하나의 데모라고 보시면 되고요.

 

 

지능형 로봇 기초 강좌 1

 

본 수업에서 주로 다루는 로봇은 협동 로봇이 되는데요. 이 협동 로봇은 기존의 산업용 로봇은 설치가 되게 동작을 하려면 펜스 같은 걸 이렇게 쳐야 됩니다. 펜스를 쳐서 주변에 사람이 오지 못하도록 아니면은 사람이 일정 범위 내에 있으면은 로봇이 멈추든지 이런 두 가지 안전장치 중에 하나는 포함이 돼 있어야 되는데, 협동 로봇들은 로봇 자체에 센서 같은 걸 달아서 주변 환경을 인식하게 해서 사람을 인지하고, 사람을 다치지 않게 하는 로봇의 한 종류를 협동 로봇이라고 하고요.

 

사실 산업용 로봇도 중요하지만 산업용 로봇은 설계를 잘해서 시키는 일을 그대로 반복만 하기 때문에 사람과 함께 작업하고 임무를 수행하는 협동 로봇에 비해서는 부족해 보입니다. 협동 로봇은 사람이랑 같이 존재할 수 있기 때문에 주방 같은 데서 미래에는 싱크대에도 저런 로봇 팔이 하나 주방에 다 있어서 여러분들이 요리를 한다든지, 어떤 일을 할 때 보조를 해줄 수도 있을 거고요. 이런 방식으로 굉장히 많은 발전성을 가진 게 협동 로봇이라고 보시면 됩니다.

 

 

지능형 로봇 기초 강좌 1

 

 

그래서 이런 협동 로봇이 어떻게 가능하냐? 하면 지능정보 기술, 보통 센서랑 인공지능이 되는데요. 이런 것들을 이용해서 똑똑하게 만드는 거예요. 말 그대로 예전에는 저렇게 아래쪽에 보시면 이미 만들어진 제품들이 컨베이어 벨트 위에 무작위로 이렇게 오든지 아니면은 제품들이 저런 형태로 무작위로 쌓여 있죠? 그러면 기존의 산업용 로봇들은 정확한 위치에 물체가 없으면 그걸 집지를 못합니다. 그래서 로봇이 정확히 집도록 하려면 물체를 집게 하기 위해서 사람이 일렬로 딱 정렬을 하는 등의 번거로운 작업이 필요한데 여기 보시면 저기 녹색 부분이 센서예요. 이미지 센서라서 저 이미지 센서에서 현재 상태를 봐서 어떤 형태로 집을 것인지를 알아서 판단을 하게 합니다.

 

인공지능 시스템에 대해서 옛날에는 전문가 시스템이라는 게 있었는데 그건 뭐냐 하면 모든 상황을 기계한테 다 가르쳐주는 거예요. 어떤 제품이 특정한 형태로 되어 있으면 여기를 집어라 아니면 다른 형태로 되어 있으면 이 부분을 집어라는 걸 모두 사람이 입력을 했었습니다. 옛날의 인공지능 로봇의 단점이 뭐냐 하면 사람이 아무리 많은 상황을 가정을 해서 데이터를 입력을 해두더라도, 이러한 것을 룰이라고 하는데, 룰을 아무리 많이 입력을 해두더라도 예외 상황은 있을 수 있겠죠? 무작위로 이렇게 물체들이 이렇게 적재되어 있는 경우에 대응을 못하는 거예요.

 

그래서 사람들이 이게 무슨 인공지능이냐 인공지능처럼 보이지만 조금만 상황이 달라져도 대응하지를 못하는 것들이 어떻게 자동화된 인공지능이라고 볼 수 있느냐라고 막 이렇게 이야기를 했었어요. 그때가 약간 인공지능의 암흑기입니다. 요즘은 인공지능의 암흑 기기라는 믿기지 않을 만큼 굉장히 인공지능이 핫한 기술이지만 옛날에는 인공지능 하면 먹고살기 힘들다 라는 말이 있었을 정도로 굉장히 암흑기도 있었어요. 그래서 요즘에 나오는 인공지능들은 원리가 어떻게 되는 거냐 하면 데이터와 상황을 몇 개를 컴퓨터한테 알려줍니다. 그러면 이 컴퓨터는 정해진 대로만 움직이는 게 아니라 이렇게 데이터가 들어오면 상황을 판단을 하는 거예요. 이런 경우에는 이렇게 동작해야 되고 저런 경우에는 저렇게 동작해야 되는구나라는 걸 스스로 학습을 시킵니다. 그래서 인공지능을 머신러닝이라고도 하는데요. 말 그대로 기계가 학습한다라고 해서요.

 

 

지능형 로봇 기초 강좌 1

 

그렇게 해서 예외 상황 같은 게 나타나더라도 이전 상황에서 이렇게 해봤고 그리고 저런 상황에서는 또 이렇게 해봤으니까 그러면 이렇게 해보면 되지 않을까? 내가 미리 알고 있던 상황은 아니지만 이렇게 동작하면 되지 않을까?라고 해서 적응해서 동작을 하는 것들이 인공지능이고요. 이러한 기술들이 로봇과 접목이 되기 때문에 기존에는 불가능했었던 많은 일들이 요즘은 가능하게 됩니다. 그래서 복잡한 그림인데요. 수요자가 아까 말씀드렸던 다양한 수요를 이렇게 제시를 해주면 이런 걸 소프트웨어상 시뮬레이션으로 많이 분석을 해봐서 그걸 실제 공장에 반영을 하는 그리고 운영자는 전체적인 제조 시스템을 한눈에 이렇게 들여다볼 수 있는 시스템을 통해서 스마트 공장을 구축한다라는 이야기입니다. 결국은 여기서 핵심이 되는 건 이런저런 기능들이 많이 들어가 있지만 결국은 사람이랑 로봇이 협업을 하는 서비스의 한 종류로 스마트 공장이라는 걸 예시를 들어 둔 거고요. 그래서 어쨌든 기존에는 불가능했었던 자동화하는 작업들이 로봇을 활용을 하면서 지능형 로봇을 활용하면서 많이 발전을 하게 됩니다. 설명한 제조 혁신이나 스마트 공장에 대한 부분들은 실제 그 부분을 좀 더 상세히 다루는 챕터에서 좀 더 말씀드리도록 하겠습니다.

 

 

지능형 로봇 기초 강좌 1

 

그래서 실제 예를 하나를 제가 가져왔는데요. 이게 뭐냐 하면 실제 반월 시화공단에 있는 우리나라에서 가장 큰 산단이죠. 시화산단 제조업체인데 주로 금속 주조품을 만드는 거예요. 요즘에 대부분의 공정들이 다 자동화가 돼 있습니다. 재료 자재를 운송을 해서 가공을 하고 포장하는 부분들은 다 자동화가 돼 있는데 자재 불량 검사 부분이 자동화가 굉장히 어렵다고 합니다. 그래서 지금은 작업자가 직접 육안으로 검사를 하죠. 그래서 업체에서는 저렇게 제품 검사 부분만 자동화가 돼도 생산성을 몇 배로 올릴 수 있다고 합니다. 다른 부분들은 기계가 하니까 엄청 빠르게 제품들을 만들어내는데 결국 사람이 봐서 이게 제대로 된 건지 불량인지 아닌지를 판단해야 합니다. 그래서 로봇을 어떻게 활용할 것인가에 대해서 모델링을 해봅니다.

 

 

지능형 로봇 기초 강좌 1

 

 

3d로 한번 그려봐서 로봇은 어디에 넣고 적재함은 어디에 두고 이런 형태로 이렇게 환경을 모델링을 해봐서 이번에는 시뮬레이션을 해보는데요. 저런 환경에서 저는 이렇게 제품을 집어서 이송을 하면 중간에 보이는 부분이 까만 저 부분이 카메라인데요. 카메라에 제품을 비춰서 불량이 있는지 없는지 보는 이 과정들을 시뮬레이션해보는 거예요. 아래쪽에 보면 저기 타임 라인이 있는데 요 부분 이 부분이 뭐냐 하면 각각의 작업을 하는데 시간이 얼마나 걸리는지를 다 이렇게 재보는 겁니다. 그래서 뭐 불필요한 작업이 있는지 이런 부분들을 다 시뮬레이션을 해봐서 최적의 공정 시나리오를 만들어내는 거고요.

 

 

지능형 로봇 기초 강좌 1

 

시뮬레이션에 3d 그래픽을 입히고 로봇 팔과 손가락 형태의 장치가 제품을 집어서 카메라에 보여주고 방향을 바꾸면서 카메라가 인식합니다. 제품의 결함이 어느 쪽에 있을지는 알 수 없으니까요. 그렇게 해서 양품이면 해당 박스에 넣고 불량이면 다른 곳으로 옮기며 분류하는 방식을 지속적으로 업데이트를 할 수 있습니다. 그래서 전반적으로 제조업에 로봇을 적용을 했을 때의 시나리오에 대해서 설명을 드렸는데요. 그래서 여러분들 각자의 전공에 대해서 로봇과 접목을 할 수 있도록 지능형 로봇에 대한 개괄적인 내용을 좀 더 여러분들이 세미나 수업 비슷하게 생각하셔도 됩니다.

 

 

지능형 로봇 기초 강좌 1