유연하고 부드러운 로봇의 놀라운 가능성

로봇은 속도와 정확성을 고려해서 설계됩니다. 그러나 이러한 로봇의 견고함이 종종 그 능력을 저하시키기도 합니다. 생체공학자인 지아다 게르보니는 로봇 문어와 같은 자연을 흉내낸 날렵한 기계를 만들어 내는 것을 목표로 하는 신생분야인 "유연한 로봇 공학"의 최근 성과들을 명료하게 설명합니다. 이러한 유연한 형태의 로봇들이 수술, 의약, 그리고 우리의 일상생활에 어떠한 중요한 역활을 하고 있는지 알아보세요.

로봇에 대해서 말하자면

로봇은 프로그래밍을 하여

같은 작업을 실수를 최소화하며
수없이 반복할 수 있습니다.

인간인 우리에겐 아주 어려운 일이죠?

뭔가 작업중인 로봇을 지켜보면
굉장히 대단해 보입니다.

보세요.

전 이걸 몇 시간이라도
볼 수 있을 것 같아요.

아니라고요?

그러나 사실 이런 로봇도
공장 밖에서는 별것 아닙니다.

로봇에 맞춰서 잘 짜여진 환경이
아닌 곳에 로봇을 가져다 두고

정밀함이 요구되지 않는
간단한 작업을 시켜보면

바로 이런 일이 벌어집니다.

문을 여는 건 정밀함이
요구되는 작업도 아닌데 말이죠.

(웃음)

거리 측정을 조금이라도 잘못하면

벨브를 놓치면서, 이렇게 되죠.

(웃음)

대개는 회복 불능이 되어버립니다.

왜 그런 걸까요?

지난 수년간

로봇은 속도와 정밀성을
강화하도록 디자인되었고

그 디자인은 매우 특정한
형태를 갖도록 해석되었습니다.

로봇의 팔을 보자면

링크라는 단단한 연결부재와

엑추에이터라는 모터들로
구성되어 있습니다.

관절의 모터로 링크가 움직이는 거죠.

이런 구조의 로봇은 주변 환경을
완벽하게 측정해야 합니다.

주변에 무엇이 있는지 알아야 하죠.

관절의 움직임 하나하나를
완벽하게 프로그램화해야 힙니다.

그렇지 않으면 작은 오류로도
아주 큰 실수를 유발할 수 있고

주변 사물이나 로봇 자체에
피해를 입힐 수도 있습니다.

주변에 더 단단한 것이 있으면요.

그럼 잠시 로봇에 대해 야기해보죠.

이 로봇들의 두뇌를 살펴보거나

프로그램이 얼마나 잘
만들어졌는지 생각하기보다

로봇의 몸체에 대해 살펴보죠.

분명 거기에 뭔가 잘못된 점이 있습니다.

이 로봇을 정확하고
강하게 만드는 요소들이

사실 작업환경에서 매우 위험하고
효과적이지 못한 요소가 되기도 하죠.

로봇은 스스로 몸체를 변형할 수도 없고

실제 작업환경에 맞게
조율할 수 있는 능력이 없습니다.

그러니까 이 문제를
역으로 접근해 보세요.

주변의 다른 사물들보다
부드러운 상태로 만드는 겁니다.

아마 그 상태로는 아무것도
할 수 없다고 생각하실 거예요.

그럴지도 몰라요.

그러나 자연에서 그 반대의
상황을 찾을 수 있습니다.

바다의 밑바닥을 예를 들어보면

수천 kg의 수압에도 불구하고

완전히 부드러운 동물이

자신보다 더 딱딱한 물체와
함께 어우러져 움직일 수 있습니다.

이렇게 코코넛 껍질을
가지고 걸어다니는 것도

촉수의 유연성 덕분입니다.

촉수가 바로 팔과 다리의
역할을 하는 것이죠.

뿐만 아니라 보시다시피
문어는 병뚜껑도 열 수 있어요.

정말 대단하죠?

그러나 분명한 사실은

이러한 능력을 가능하게 하는 건
이 동물의 뇌나 몸이 아닙니다.

이 사례가 바로 통합인공지능의
가장 명백한 증거라고 할 수 있습니다.

살아있는 모든 생명체가
갖고 있는 지능이죠.

우리 모두가 갖고 있습니다.

우리의 몸의 형태와
재료와 신체 구조는

육체적인 작업을 하는 동안
근본적인 역활을 합니다.

그로 인해 우리 몸은
주변환경에 적응할 수 있으며

다양한 상황에 대처할 수 있습니다.

사전 계획이나 계산이 없이도 말이죠.

그렇다면 이러한 통합인공지능을

로봇에 적용시켜

막대한 양의 계산이나 측정 결과에
의존하지 않도록 하면 어떨까요?

그렇게 하기 위해서는
자연의 섭리를 따르면 됩니다.

왜냐하면 자연은 진화를 통해서
그 일을 꽤 잘 해왔기 때문이죠.

자연과 상호작용하도록
생명을 디자인해왔으니까요.

자연에서 잘 알 수 있는 사실은

부드러운 재질은 흔하고
딱딱한 재질은 드물다는 것입니다.

이 점이 적용된 새로운 로봇공학 분야가
바로 "유연한 로봇공학"입니다.

이 분야의 주목적은 초정밀의 기계를
만드는 데 있는 것이 아닙니다.

그런 로봇은 이미 있으니까요.

그러니까 로봇이 실제 작업장에서
예상치 못한 상황에 처했을 때

빠져나올 수 있게 하는 것입니다.

로봇이 부드럽다는 것은 첫째로
변형 가능한 몸체를 의미합니다.

큰 변형을 견딜 수 있는 재료나
모양으로 만들어졌다는 것을 말하죠.

단단한 링크 부재를 없애는 것입니다.

두 번째로, 로봇의 움직임을 위해
분산 구동방식을 사용합니다.

이 변형가능한 몸의 형태를
지속적으로 통제해야 하는데

그렇게 하기 위해서는
수많은 링크와 관절이 필요합니다.

그러나 우리는 딱딱한 물체는
전혀 사용하지 않습니다.

이렇게 유연한 로봇을 만드는 과정이
전혀 다르다는 게 상상이 되시겠죠.

딱딱한 로봇의 경우에는
링크, 기어, 나사 등을

미리 정해진 방식으로
조립해야 하는 반면에

유연한 로봇은 구동장치를
처음부터 손수 만들어야 합니다.

대개의 경우는 그렇죠.

유연한 물질은 형태를 바꾸어

특정한 입력 데이터에
반응하는 모양으로 바뀝니다.

예를 들어 이걸 보세요.
이렇게 형태를 바꿀 수 있죠.

꽤 복잡한 형태로 말이죠.

딱딱한 형태의 링크와 관절 구조로
이렇게 한다고 생각해보세요.

여기 하나의 입력 데이터만
사용했을 때를 보세요.

공기압 같은 걸요.

자. 그러면 유연한 로봇의
멋진 예들을 보도록 하죠.

여기 하버드대에서 만든
이 귀여운 작은 녀석을 보세요.

그의 몸체를 따라 가해지는
공기압의 흐름 덕분에 걷고 있죠.

뿐만아니라 유연성 덕분에
낮은 다리 아래로 지나갈 수도 있어요.

계속 걷고

또 걷고 그리고 이후엔
조금 다르게 계속해서 걷습니다.

이건 아주 초기의 시제품입니다.

하버드대에서는 전원을 탑재한
더 튼튼한 로봇도 만들었는데요.

이것들은 밖으로 나가 실제 세상과
상호작용을 할 수도 있습니다.

차가 밟고 지나가기도 하죠.

그래도 계속 움직입니다.

귀엽죠.

(웃음)

로봇 물고기 같은 경우엔 물 속에서
실제 물고기처럼 헤엄칠 수 있습니다.

이것은 단지 부드러운 꼬리의
분산구동 기능 덕분입니다.

정체 공기압을 사용하죠.

이 물고기는 MIT에서 만들었고요.

물고기뿐만 아니라 문어도 있어요.

이것은 사실 유연한 로봇에서는
처음으로 시도된 프로젝트입니다.

여기 인공 촉수를 보세요.

이 로봇은 여러 개의
촉수들로 구성되어 있습니다.

물속에 이렇게 던져 넣으면

여기저기 돌아다니며
바닷속을 탐험하기도 합니다.

딱딱한 로봇들과는
다른 것들을 할 수 있죠.

이러한 능력은 산호초 같은
까다로운 환경에 매우 중요합니다.

다시 지상으로 올라가 봅시다.

지금 보시는 영상은

스탠포드대의 제 동료들이 발명한
늘어나는 로봇이 찍은 것입니다.

머리에 카메라가 설치되어 있죠.

이 로봇의 독특한 점은

공기 압력으로 끝부분이
길게 늘어난다는 것입니다.

반면에 나머지 부분들은
주변 환경에 견고하게 붙어 있죠.

이것은 동물이 아니라
식물에 영감을 받은 것입니다.

식물과 비슷한 방식으로
물질을 자라게 하는 것이죠.

그로 인해 다양하고 수많은
상황과 맞닥뜨릴 수 있습니다.

그런데 저는 생체공학자이기에

어쩌면 제가 가장 관심있는 응용 분야는

의학분야라고 할 수 있습니다.

인간의 신체와 가장 밀접하게
상호작용하는 방법을 생각해보면

인간의 몸 속으로 직접
들어가는 것이 유일하겠죠.

예를 들자면, 최소한의
외과 시술을 시행하는 겁니다.

이때 로봇이 외과 의사에게
큰 도움을 줄 수 있습니다.

몸속으로 꼭 들어가야 할 때는

작은 구멍을 내고
직선의 도구들을 사용하죠.

그 도구들로 매우 연약한
장기 구조와 상호작용하게 됩니다.

매우 불분명한 환경에서 말이죠.

이 과정은 안전하게 이루어져야 합니다.

그리고 카메라가 몸속에 들어가는 것은

수술 부위에 의사의 눈이
들어가는 것과 같기 때문에

딱딱한 막대기같은 것으로는
매우 힘든 작업입니다.

대부분의 내시경이 그렇죠.

저는 유럽의 연구팀과 함께

수술에 쓸 수 있는 유연한
카메라 로봇을 발명했습니다.

일반 내시경이랑 매우 다른 형태로

모듈의 유연성 덕분에 움직임이 자유롭고

여러 방향으로 구부러지며
길게 늘어나는 것도 가능하죠.

그리고 의사에게 이 로봇을
실제로 사용해보도록 하고

다른 관점에서 내부를 관찰하며
도구를 어떻게 사용하는지 봤습니다.

주변을 건드리지 않는지
크게 신경쓰지 않고도 말이죠.

이제 유연한 로봇의 활약을 보시죠.

몸속으로 들어갑니다.

이건 실제 인간의 몸이 아닌
신체 모형입니다.

몸속을 돌아다니죠.

이 영상은 밝은 상태지만
대부분 몸속은 빛이 거의 없습니다.

밝으면 좋겠지만요.

(웃음)

그런데 때로는 작은 바늘 하나만으로
끝낼 수 있는 수술도 있습니다.

현재 스탠포드대에서는
유연한 바늘을 연구하고 있는데요.

아주 작은 유연한 로봇으로

몸의 조직과 상호작용하기 위해
공학적으로 디자인되어져

단단한 몸의 장기 안을
피해서 다닐 수 있습니다.

그래서 종양 같은 다양한
목표물까지 도달할 수 있죠.

단 한 번만 삽입해도 단단한 장기의
아주 깊은 곳까지 닿을 수 있습니다.

심지어 피해야 할 몸속 장기를 피해서
목표 부분에 다다를 수 있습니다.

이렇게 로봇공학에 있어 지금이
아주 흥미진진한 시기임이 분명하죠.

연약한 사물들에 대처 가능한
로봇이 있다는 사실은

새롭고 아주 도전적인 질문을 던집니다.

로봇공학 분야에 말이죠.

물론 우리는 유연한 로봇의
몸체를 어떻게 조종하고

센서를 어떻게 적용해야하는지를
이제 막 배우기 시작했습니다.

자연이 수백만 년간의 진화를 통해
깨달은 사실에 다다르기까지는

아직 멀었다는 것을 압니다.

그러나 한 가지 확신하는 것은

로봇은 앞으로 더 부드러워지고
안전해질 것이며

세상에 나가 사람들을
도울 것이라는 사실입니다.

감사합니다.

(박수)