장소를 옮기는 모바일 로봇을 개발하는 과정에서 가장 어려운 기술장벽은 예나 지금이나 위치인식(localization) 문제다. 사람이든 기계든 정확한 현재의 위치부터 파악해야 다음 어디로 향할지 결정할 수 있다. 로봇상용화의 주요 걸림돌이던 위치인식문제는 최근 국내 기업들이 상용화를 주도하는 형국이다.
모바일 로봇이 인간 세상에 투입될 때 겪는 혼란 중의 으뜸은 자신이 어디에 있는지를 파악하기 힘들다는 것이다. 주인이 “거실을 청소하라” 또는 “식탁 위의 쟁반을 가져오라”고 시켜도 위치정보가 결여된 로봇 입장에선 지시를 따르기기가 거의 불가능하다. 사람의 눈을 가리고 낯선 공간에 집어넣은 채 명령을 내리는 상황을 한번 상상해보라. 사람은 시청각 정보를 두뇌로 처리해서 주변 공간의 지도를 머리 속에 만드는게 자연스럽지만 기계로봇에게 유사한 위치감각을 심어주기란 매우 힘든 일이다.
현재 로봇이 실내에서 자신의 위치를 인식하는 방식은 크게 비전과 인공지표를 이용한 두 가지로 나눌 수 있다.
*비전(Vision) 기반의 로봇 위치 인식시스템: 로봇에 탑재한 카메라의 영상정보를 분석해서 위치를 파악하는 기술이다. 로봇도 사람처럼 집안의 가구위치와 벽면 각도 등을 인식해서 스스로 이동경로를 설정하는 가장 고차원적인 기술이지만 아직은 상용화에 어려움이 많다. 조명에 따라 변화무쌍한 사물의 형태를 인식할 정도의 SW개발이 쉽지 않고 비전인식에 요구되는 HW사양도 매우 높기 때문이다. 전문가들은 사람처럼 순수한 영상정보로만 위치를 인식하는 상용로봇의 등장시기를 2010년대 초반으로 보고 있다. 그나마 높은 HW사양 때문에 비전기반의 로봇은 당분간 수백만원 이상의 고가제품군에만 적용될 가능성이 높다.
*인공지표(Artificail Landmark)기반의 위치인식 시스템: 로봇이 투입될 실내 공간에 미리 위치값을 나타내는 표식을 설치하는 방식이다. 선박의 항해를 돕기 위해 곳곳에 등대를 세워 놓는 것과 동일한 원리다. 인공지표는 비전 방식에 비해 기술적으로 단순하고 제품가격도 저렴해 모바일 로봇시장에 일부 적용되기 시작됐다. 로봇에게 위치를 알려주는 인공지표는 흔히 적외선, 초음파, 전파(RF)를 이용해 ‘집 안의 등대’ 구실을 수행한다.
-적외선 기반의 위치인식 제품은 미국 에볼루션 로보틱스의 ‘노스 스타(NorthStar)’가 대표적이다. 지난 2004년 출시된 노스스타는 벽면에 부착된 소형 프로젝터가 천정에 쏘는 적외선 표식을 방안의 로봇이 삼각측량법으로 측정해 정확한 위치와 방향을 인식하는 방식이다.
국내서는 하기소닉이 포항산업과학연구원의 기술이전으로 개발한 ‘스타게이저(StarGazer)’가 안정된 성능을 보여 로봇업계의 주목을 받고 있다. 스타게이저는 반사표식을 천장에 붙여 놓고 로봇이 적외선을 쏴서 표식을 구분하는 방식으로 정확한 위치를 측정한다. ETRI도 유사한 형식의 적외선 기반 위치인식기술 ‘스타라이트’의 상용화를 추진 중이다.
적외선 방식의 위치인식은 실내 인테리어를 바꿀 필요가 없고 설치도 간단한 장점이 있지만 도달거리가 너무 짧아 공항, 역사처럼 큰 실내공간에선 사용하기 어렵다. 또 태양광, 여타 조명환경에 의해 적외선 표지의 인식률이 떨어질 가능성도 있다.
-초음파 기반의 위치인식 제품은 지난 2004년 한국LPS가 선보인 ‘초음파 위성(U-SAT)’이 국내 최초의 상용제품으로 손꼽힌다. 이 제품은 정통부 시범사업에 따라 강남 우체국과 인천국제공항청사, 부천로봇파크, 광주시청 등에서 성공리에 운영되면서 주목을 받았다. 한국LPS는 초음파 신호의 도달거리를 기존보다 3배나 긴 30m까지 늘려 위치좌표 설치숫자를 최소화하는 기술도 개발했다. 나인티시스템은 보다 저렴하고 대중성을 지닌 초음파기반의 ‘인도어GPS(iGS)’를 주요 대학연구소와 로봇기업 20여곳에 판매하는 성과를 올렸다.
초음파 기반의 위치인식제품은 전원선과 연결된 초음파 비콘을 천정 곳곳에 설치해야 한다. 따라서 실내 인테리어와 별로 어울리지 않지만 큰 빌딩 내부에서도 안정된 수신률은 장점이다.
-RF기반의 위치인식제품은 나인티시스템과 한국LPS가 연말까지 상용화할 계획이다. RF기반의 위치인식은 초음파,적외선 방식에 비해 오차율은 다소 크지만 커버리지가 훨씬 넓고 사각지역이 없는 장점이 있다. 따라서 보안로봇·항만용 무인운반차(AGV)와 같은 실외용 로봇장비제어에 매우 효과적이다.
-천정이 아닌 바닥에 인공지표를 심는 로봇 위치인식기술도 마이크로로봇에 의해 상용화됐다. 로봇이 장판과 마루바닥에 새겨진 바코드로 절대좌표를 읽기 때문에 위치정밀도가 탁월하다. 단 로봇전용 바닥재를 별도로 시공하는 부담이 있어 신규 아파트가 아니면 현실적으로 적용하기 어렵다.
△한국은 로봇위치인식 기술강국=여타 로봇기술과 달리 한국은 위치인식분야, 특히 인공지표를 이용한 로봇 위치인식에서 세계수준으로 판단된다. 다른 나라에서 로봇 위치인식기술을 주로 연구실 수준에서만 구현한 반면 우리나라는 모바일 로봇제품에 적용하기 위해 다양한 시행착오를 겪으면서 상용화에 오히려 앞섰기 때문이다. 또 정통부가 지난 2004년부터 위치인식용 로봇센서의 국산화를 적극 지원해온 것도 국내업체들의 기술력 향상에 도움을 줬다.
김영재 유진로봇 이사는 “요즘 국내업체들의 위치인식제품들은 청소로봇에 당장 적용해도 될 정도로 완성도가 높아졌다”면서 위치인식제품의 대당 공급가격이 1만원 선까지 떨어지면 수요가 폭증할 것이라 예측했다.
조동일 서울대 전기컴퓨터공학부 교수는 “지능형 로봇분야에서 과감한 상용화 시도 덕분에 한국은 로봇 위치인식분야에서 상당한 경쟁력을 갖추게 됐다”면서 “로봇 위치인식기술은 모바일 로봇 외에 위치정보기반 서비스(LBS)와도 연관성이 높아 입체적 시각을 갖고 육성해야 한다”고 강조했다.
◆인터뷰-한국LPS의 이동활 대표
“우리나라에서 만든 로봇위치인식기술이 외국보다 낫다고 하면 한국사람들이 더 믿지를 않아요. 모바일 로봇의 상용화에서 여타 선진국보다 앞선만큼 한국의 위치인식기술도 노하우가 더 많습니다.”
부산대 산학협력관에 위치한 한국LPS의 이동활 사장은 실내용 GPS기술을 우리나라에 보급시킨 선구자다. 이 사장은 지난 2004년 초음파로 주위를 인식하며 날아다니는 박쥐의 원리에 착안해 국내최초로 초음파 위치인식장치를 개발했다. 그가 만든 초음파 기반의 GPS기술은 도달거리가 기존의 3배나 길어서 비콘 설치 숫자를 획기적으로 줄일 수 있다. “인천공항 3층의 출국장 전체를 불과 40개의 초음파 비콘으로 커버하니까 일본의 전문가들도 놀라더군요. 아무튼 공공 도우미 로봇이 넓은 공항에서 정확한 루트에 따라 움직인데 자부심을 느낍니다.”
인천공항 외에도 서울 강남우체국, 부천로봇파크도 한국LPS의 초음파 위치인식제품이 설치됐다. 또 커버리지가 넓은 RF기반의 위치인식기술도 올해안에 상용화되어 장애인용 자율주행 휠체어과 컨테이너부두의 무인 트레일러 등에 적용된다. 이사장은 로봇 위치인식분야에 한국업체들이 일찍 뛰어든 덕분에 국내 모바일 로봇시장의 활성화에 호기가 왔다고 평가한다.
“한단계 앞선 위치인식기술은 로봇시장의 판도를 바꿔놓습니다. 에볼루션 로보틱스가 내년초 위치인식기술을 적용한 청소로봇을 출시한답니다. 위치인식기술에 비하면 룸바가 자랑하는 청소기능도 별거 아니라는 거죠.”
배일한기자@전자신문, bailh@
