로봇 R&D 3大 키워드, '융합·부품·도전'

[산업일보]
의료 수술 중 난이도가 높은 뇌 수술을 로봇이 돕고, 두팔 달린 로봇이 스마트폰을 알아서 조립하는 시대가 곧 열릴 전망이다.

해양플랜트 관리, 원전사고 대응 등에 로봇을 활용하는데 걸림돌이 되온 수십 킬로미터 범위의 원격로봇 조작기술도 개발에 착수했기 대문이다.

지식경제부 이같은 로봇분야 신규 R&D 과제 7개를 선정, 올해 지원할 계획임을 밝혔다.

그동안 신성장동력으로 로봇의 중요성은 널리 인식되어왔지만, 정작 청소로봇 외에는 일반인의 피부에 와닿는 로봇이 그다지 많지 았았던 것이 사실이다.

하지만, 최근 로봇이 과학에서 산업의 영역으로 넘어오기 시작하면서, 다양한 융합 신제품이 쏟아져 나올 수 있는 저변이 마련될 것으로 기대를 모으고 있다.

정부는 그간 로봇 융합, 부품 분야에서 2018년까지 세계로봇 시장 선점을 목표로 도전적 R&D 과제를 적극 발굴해왔으며, 이번에 선정된 7개 과제에 대해 한국산업기술평가관리원을 통해 6월까지 사업자 선정 후, 3～5년내 개발·상용화를 완료한다는 방침을 세워놓고 있다.

수술로봇의 진화_다중 통로 수술·단일 통로 수술복강경·신경외과(뇌·척수), 이비인후과로 확대
우선 대표적 로봇 융합제품인 수술로봇이 최우선 지원과제로 선정됐다.

복강경 수술로봇은 이미 국내 대형병원을 중심으로 30여대 이상 도입되어, 작년 한해만 약 5,000례 이상 수술이 진행되었나, 대당 가격이 50억원으로 높고, 전량 해외에서 수입하고 있어, 국산화가 시급한 분야이다.

이미 국내에서도 유사한 수준의 기술은 旣 확보되었지만, 국산화와 세계시장 진출을 위해서는 한단계 높은 제품이 필요하다고 판단, 이에 정부는 4～6개의 구멍을 통해 내시경과 수술기구들이 들어가는 기존 방식 대신 1개 통로로 각종 장비가 동시에 들어갈 수 있는 “싱글포트” 방식 기술 개발을 지원키로 했다.

이 기술이 개발되면, 현재 대당 50억원에 육박하는 로봇도입 가격을 10억원대 수준으로 크게 낮출 수 있어, 환자들의 수술비용 부담도 크게 완화할 수 있을 것으로 보인다.

또한 복강경 외에도, 세계 최초로 신경외과와 이비인후과용 수술로봇 개발에 박차를 가할 예정이다.

복강경 수술이 내시경을 활용하는 반면, 이비인후과·신경외과 수술 부위는 내시경 진입이 어려워, MRI 등 최첨단 영상장비를 통한 영상정합·유도를 통해서만 수술이 가능하기 때문이다.

특히 신경외과 분야인 뇌 수술은 병변의 정확한 위치 파악과 미세수술 등이 상당히 어려운 영역으로, 로봇을 적용시 수술 정확도, 안전도를 대폭 개선함과 동시에 최소침습수술(MIS, Minimally Invasive Surgery)로 환자의 빠른 회복을 보장할 수 있을 것으로 내다보고 있다.

또한 이는 기존 캐치업(Catch-up)이 아닌 퍼스트 무버(First Mover) 전략으로 R&D 초기에 개념특허부터 확보하여, 고급장비 수출시 항상 걸림돌이 되어온 원천특허 문제를 사전에 차단할 수 있을 것으로 예상된다.

정부는 이들 3개 수술로봇 R&D 과제에 금년부터 2016년까지 연간 55억원의 대규모 자금을 투입할 예정이며, 향후 국내 시장 확대 뿐만 아니라, 최대 의료기기 시장인 미국과 유럽 등 선진국 유수 병원들에도 수출이 가능해질 것으로 분석하고 있다.

로봇 R&D 신규 과제 중 또다른 야심작이 양팔 제조로봇이다.

그간 자동차, LCD 등 소품종 대량생산 효율화에 쓰여온 제조용 로봇은 대부분 1개 팔이 제한된 범위의 작업만을 수행해왔으나, 최근 핸드폰 등 첨단 제품은 대부분 1명이 동일한 자리에서 조립 등 다양한 작업을 수행하는 다품종 소량생산형 방식을 요구하여, 셀생산 방식에 맞는 양팔형 로봇 수요가 크게 늘고 있다.

특히 향후 G20 신흥시장 성장으로 이러한 첨단제품 수요와 생산 설비 증대가 증가할 전망이며, 이미 일본 야스카와, 독일 KUKA 등 유수기업들도 생산을 준비 중에 있어, 국내 개발도 시급하다.

이에 양 로봇팔 간에 머리카락 굵기의 1/2만한 세밀한 작업(50 마이크로미터급)도 가능한 세계 최고수준의 양팔로봇 개발을 지원할 계획이다.

정부는 이같은 과제에도 올해부터 2016년까지 5년간 매년 약 65억원의 대규모 자금을 투입, ’90년대말 금융위기로 인해 주춤했던 국내 제조로봇 산업이 새로운 동력을 찾을 것으로 기대하고 있다.

대형 과제는 아니지만, 건설 분야 전문서비스 로봇 기술인 굴삭 중장비 무인화 기술도 주목할 과제중 하나다.

산악지 등 위험지역의 경우 사람이 직접 굴삭기 작업 수행하기가 열악, 관련 인명 피해를 줄이고, 작업 효율을 높이기 위해 무인 굴삭기가 절실히 요구되고 있다.

이에 기존 유압식 굴삭기의 개조 없이 간단히 장치만 부착하면, 원격조정이 가능한 유·무인 겸용화 기술을 개발할 계획이다.

원격조정장치 장탈착을 평균 20분내 쉽게 수행할 수 있으면서도 굴삭기 제품 마다 크기가 다른 부착 부분에 대한 호환성을 확보하는 것이 향후 개발 성공의 관건이기도 하다.

양팔로봇과 굴삭기 무인화 기술 兩 분야는 모두 이미 현재 시장이 형성되어, 선제적으로 추가로 필요한 기술 개발을 지원할 경우, 빨리 로봇 시장 규모를 키울 수 있는 영역이라는 게 정부의 입장이다.

이러한 캐쉬 카우(Cash-cow)를 중심으로 국내 로봇산업의 생태계가 조성되어야, B2B 전문서비스 로봇과 로봇부품 산업이 형성되고, B2C 개인서비스 로봇 제품도 경쟁력을 갖출 수 있다는 것이 정부의 판단이다.

로봇 부품_세계 최고사양의 로봇 센서, 제어기 국산화
융합과 함께 또 다른 로봇 R&D의 키워드는 “부품”으로, 센서·제어기 등 로봇용 핵심부품은 전체 로봇산업의 근간임에도 불구, 대부분 일본, 독일 등으로부터 수입하고 있는 실정이다.

향후 국내 로봇 생산규모가 늘수록 로봇용 부품 수입도 심화될 것으로 우려된다.

더욱이 로봇 부품은 일반 전원이 아닌 배터리 전원을 사용하여, 소형화·저전력 기술 강화가 필요하고, 다양한 외부충격도 견뎌야 하는 등 특수사양을 요구하여, 범용 부품으로 대체하기 어렵다는데 있다.

반면, 정부 로봇 R&D가 주로 완제품 중심으로 이루어져온 측면이 있어, 금년부터 본격적으로 로봇 부품 R&D 비중을 늘릴 계획이다.

올해에는 로봇 전 분야 활용 범위, 수입 비중 등을 고려하여, 최종적으로 비젼 센서, 회전각 센서, 모션제어 모듈의 3개 부품을 선정했으며, 모두 세계 최고 사양으로 개발키로 했다.

사람이 인지 정보획득의 80% 이상을 시각에 의존하듯, 이동형 로봇에 있어 가장 필수적인 부품이나, 대부분 수입 중이지만 로봇 사이즈 한계로 방대한 영상정보 처리를 위한 고성능 CPU는 탑재가 어려워, SoC(System on Chip)로 소형화가 필요하며, 진동, 조명변화 등을 실시간으로 보정하는 기술도 중요하다.

현재 美 MS社는 640x480 해상도에 3차원 거리 인식 기능을 가진 비전 센서 제품 ‘Kinect’를 출시하였으나, 이번 과제는 이러한 기능에 사물인식을 보완, 로봇 이동시 흔들림 보정 기술도 추가할 것으로 전해지고 있다.

회전각 센서는 모터 회전량을 정확하게 인식하는 기술로 대부분 로봇에 쓰이며, 현재 17bit급(360도를 약 13만등분하여 구분)이 주로 활용되나, 100% 수입에 의존해 왔다.

정부는 이보다 한단계 우위인 21bit급(360도를 약 200만등분)의 초정밀 회전각 센서를 개발하여, 보다 정교한 로봇 수술, 초정밀 반도체 제조 등이 가능해지도록 지원하기로 했다.

모션제어 모듈에 있어 로봇 축·관절 수는 복잡한 기능 수행 능력을 평가하는 척도로 동시에 보다 많은 축을 제어하는 기술이 관건이며, 일부 반도체 생산 로봇의 경우 36개 축 이상의 제어를 요구하기도 한다.

이러한 네트워크 기반 제어 모듈은 전세계적으로도 아직 4개 축까지 동시 제어하는 수준에 머물러 있다.

정부는 향후 8축까지 동시 제어 가능한 모듈을 여러 다발의 케이블 묶음이 아닌 소형 칩(Chip)으로 개발하여, 로봇 기구부·제어부 등 사이즈를 획기적으로 줄일 수 있도록 지원해 나갈 방침이다.

이번 3개 로봇부품 과제의 경우, 개발 이후 내구성 확보 등이 중요하여, 사업자 선정 후 협약 초기단계, 최종 평가 단계 등에서 국가 공인 신뢰성 평가 기관의 테스트를 거치도록 의무화하기로 했다.

원천기술_원전, 해상플랜트용 로봇을 원격 조정
향후 심해 자원개발, 해상 풍력 플랜트 개보수, 원전 사고 대응 등 원격로봇 수요가 확대될 전망에 따라 복잡하면서도 원거리의 상황에서도 정밀 작업이 가능한 원격조정기술 개발을 착수한다.

아직 전세계적으로 조종자-로봇 간 1:1의 단순 작업을 근거리에서 수행하는 수준으로만 개발되어, 일본 후쿠시마 원전 사고시에도 로봇 투입이 어려웠던 요인으로 작용했다.

이에 올해부터 다수 조정자가 다수 로봇을 동시에 협업하여 조정하는 N:N 방식의 원격작업 원천기술을 개발을 서두르고 있다.

특히 거리에 관계없이 3초 내외의 불규칙 시간 지연이 발생하여도 최대 10명 조작자가 10대의 로봇을 균일한 시간 지연을 두고, 원격 작업할 수 있도록 개발하는 것이 핵심 관건이기도 하다.

로봇 R&D 프로세스 혁신_도전적 목표, 글로벌化, 범부처 협력
지경부는 지난 3월24일 발표한'2단계 지식경제 R&D 혁신방안'의 후속으로 금번에 선정된 과제를 포함한 정부 로봇 R&D 과제들이 보다 효과적인 성과를 거두도록 프로세스를 혁신할 계획이다.

우선 도전적 목표 수립과'Design of the Future', R&D 체계의 글로벌화, 다부처 공동 R&D 추진에 주력키로 했다.

R&D 기획시 과제의 목표 수준을 도전적으로 높여, 기술개발 자체는 성공해도, 세계를 움직일 히트상품이 나오지 않는 지금의 제도적 한계를 극복하고 올해 로봇분야 R&D 과제들의 중간평가 탈락율을 종전의 10%에서 15%로 상향 조정하여 시행해 나간다.

이와 함께 5∼7년후 새로운 미래 라이프 스타일을 예측하여 유망 로봇제품 컨셉을 디자인하는'Design of the Future' 프로젝트 추진에 나섰다.

이는 미래 제품을 시각화하는 역추정(Backcasting) 방식으로 현재 추정(Forecasting) 방식으로 한국산업기술진흥원이 매년 수립하는 로봇 기술로드맵 내용과 함께 ’12년 R&D 기획에 활용할 계획이다.

또한 로봇 R&D 체계를 글로벌화하여, 국내 역량으로 조기 확보가 곤란한 기술에 대해서는 국제공동 R&D 확대 등 R&D 자금 운용의 유연성을 제고하기로 방침을 정했다.

이를 위해 기존에 국내 전문가 대상으로만 시행했던 연례적 R&D 수요조사를 외국인에게도 확대, 글로벌 관점에서의 첨단기술 아이템을 발굴하고, 기획 과정에서 국제공동 R&D가 필요한 아이템의 경우, 우수 해외기관의 핵심 기술개발 협력 기여도 등을 RFP에 반영할 예정이다.

아울러, 특허 진입장벽이 높은 로봇 제품·기술에 대해서는 특허청'지재권 중심 기술획득전략 사업'을 활용, 특허맵과 함께 특허 극복형 R&D 과제를 도출해 나가기로 했다.

로봇이 대표적 융합 기술 분야임을 감안, 다부처간 공동 R&D 기획·실증·제도개선 등 협력을 강화할 방침임을 분명히 했다.

이를 위해 지경부의 로봇 R&D 사업인 로봇산업융합원천기술개발사업 기획위원회에 금년부터 관계부처 전문가를 포함하고,
범정부 협력 채널로 旣 구성된 로봇산업정책협의회도 활용하여, 부처별 R&D 수요 접수, 추진 과제를 조정하기로 했다.

또한 이미 구성되어 있는 로봇 연구기관 협의체에 他 로봇 관련 연구기관 등을 포함하여 외연을 확대함으로써, 유관기관간 네트워킹도 강화한다는 복안을 제시했다.

지식경제부 조석 성장동력실장은 “2018년까지 우리나라가 세계 최고수준의 로봇 기술 강국으로 도약할 수 있도록 정부는 로봇 R&D에 있어 내용적으로 ‘융합’과 ‘부품’을, 프로세스로는 ‘도전’과 ‘개방’을 지향하며, 끊임없이 혁신해나갈 계획”임을 강조했다.