HISTORY OF THE
ROBOT 문종완 지음
MOON.J
HISTORY OF THE ROBOT 지은이 문종완 편집 문종완 펴낸곳 MOON.J 주소 서울 중구 만리동2가 218 이메일 jongwanmoon@naver.com 출판 신고 2014년 8월 31월 + 이 책은 도서출판 MOON.J이 저작권자의 계약에 따라 발행한 것이므로 본사의 서면 허락 없이는 어떠한 형태나 수단으로도 이책의 내용을 이용하지 못합니다. + 잘못된 책은 구입하신 곳에서 바꾸어 드립니다. + 책값은 뒤표지에 있습니다.
history of the robot 문종완 지음
MOON.J
[Prologue] 로봇의 관심과 재미를 느끼는 청소년들에게 안녕하십니까 여러분, 로봇에 궁금증이 많고 공학에 꿈 을 꾸고 있는 청소년들에게 이렇게 글을 쓰게 된 것에 매 우 큰 영광이라고 생각합니다. 그런데 로봇은 언제부터 생겨났는지의 궁금증을 해결하기 위해 여러분들에게 여러 가지 정보들을 알려드릴까 합니다. 제가 이 글을 쓰게 된 이유는 저 또한 로봇에 관하여 많 은 관심과 애정을 담고 있고 또한 로봇에 대해 더 알아보 고 싶은 마음 때문에 이 글을 쓰게 되었습니다. 저는 어렸을 때 레고 같은 물건을 좋아해서 그런건지 초 등학교 때는 로봇부에 가입해서 로봇을 만들었는데 제가 만든 로봇을 조정하면 움진여진 것을 보면 어찌나 설레던 지 함박웃음이 활짝 피어 있었던 추억이 생각나네요. 그리고 저 뿐만이 아니라 이 글을 읽고 있는 독자 여러 분도 그랬었던 기억이 있었다고 생각합니다 또한 없었다 하더라도 이 글을 읽으면서 로봇에 대하여 많은 관심과 애정이 생겼으면 합니다. 이 글에서 부족한 내용도 많이 있겠지만, 저도 최대한 정보를 모아서 이 글을 쓰는 것이오니 잘 봐주시길 바랍 니다.
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[차례]
who made robot - 엘머와 엘시의 탄생 - 로봇의 어원 - 로봇의 3원칙
what does robot do - 의료용 로봇 - 군사용 로봇 - 가정용 로봇
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Who made robot
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여러분은 로봇이란 단어에 무엇이 생각나십니까? 아마도 독자 여러분들은 영화에 나오는 아이언맨(Iron man), 퍼시픽림(Pacific Rim), 트랜스포머(transformer), 리얼 스틸(Real Steel) 그리고 터미네이터(Termiator) 등의 무한한 상상 속에서 만들어진 로봇이 떠오르실 것이라고 생각합니다. 그러면 지금까지의 로봇이 만들어지기 위해 어떤 과정이 있었을까요? 그리고 로봇이 만들어지기 전에 어떤 형태의 원시 로봇이 존재했을까요?
로봇은 1495년 때 레오나르도 다빈치가 기계기사 로봇을 만들었을 만큼 오래전부터 존재하기 시작지만 처음으로 완성된 로봇은 1948년에 완성된 엘머와 엘시라 이름 붙여진 거북이같이 생긴 한 쌍의 로봇이라고 합니다.
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엘머와 엘시의 탄생
-윌리엄 그레이 월터 박사님의 엘머와 엘시라는 거북이로봇의 형태-
엘머와 엘시는 미국 출신의 신경 생리학자이자 발명가인 윌리엄 그레이 월터(1910~1977) 박사가 제작한 거북인데 이 로봇은 마치 살아 있는 것처럼 작동했으며 또한 빛 감 지를 위한 센서, 접촉 감지를 위한 센서, 추진력과 조종 을 위한 모터와 두 개의 진공관 아날로그 컴퓨터가 장착 되어 있었다고 한다. 단순한 회로의 도움으로 전기기계 로봇은 빛이 있는 쪽 으로 이동할 수 있었으며 배터리가 얼마 남지 않으면 정
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해진 길로 충전 장소를 찾아갈 수 있었다고 합니다. 이 로봇은 60년 후에 출시된 로봇 강아지인 소니의 아이 보(Aibo)를 만드는 기술적 기반이 되었다고 합니다. 이 로봇은 빛의 밝기에 반응하는 움직임과 모터 동력을 이용한 움직임을 조합하여 네 가지 모드로 작동하는 것이 가능했습니다. 또한 이 로봇은 거북이의 다양한 행동 패턴을 만들어냈 는데, 한 실험에서 월터 박사가 로봇 앞에 발광체를 놓자 마치 거울을 보듯이 이를 바라봤다고 합니다. 이론적이고 탐구적인 엘머와 엘시의 성향 때문에 월터 박사는 자신의 거북이 로봇을 ‘머시나 스페큘러트릭스’ 라고 불렀고, 월터 박사의 로봇은 뇌세포 간의 상호 연결 을 발생시키는 매우 복잡한 행동을 연구하고 테스트하는 데 도움이 되도록 디자인되었다. 그리고 또한 그의 로봇 엘머와 엘시는 반사적으로 행동 하는 인공 두뇌학과 로봇 공학의 탄생과 발전에 커다란 영향을 미쳤다고 합니다.
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Robot의 어원 로봇이란 개념이란게
말은 언제 생겨나기 시작했을까요?
'Robot'이라는 말은 1920년 체코슬로바키아의 극작가 카렐 차페크(Karel Čapek)의 희곡 R.U.R.(Rosuum' s Universial Robots)에서 처음 사용되었다. 로봇의 어원은 체코어의 노동을 의미하는 단어 'robota'에서 나왔다고 알려지고 있다. 차페크는 R.U.R.에서 모든 작업능력에서 인간과 동등하거나 그 이상이면서 인간적 “감정”이나 “혼”을 가지고 있지 않은 로봇이라고 불리는 인조인간을 등장시키고 있다. 로봇은 언젠가 쇠조각으로 변하여 반항하는 정신을 발달시킴으로써 자신들의 창조주인 인간을 전부 죽여 버린다고 하는 비극을 인상적으로 나타내고 있다.
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로보틱스(Robotics)라는 말은 로봇의 활용과 로봇 공학을 의미한다. 이 말은 미국 과학자이면서 작가인 아이작 아시모프(1920.1.2.~1992.4.6.)가 1942년에 발간한 단편 Runaround에서 최초로 사용하였다.
로봇의 3원칙 아이작 아시모프가 1950년 발간한 소설인 'I'Robot'에서 제안된 로봇의 행동에 관한 3가지 원칙이다. 1. 로봇은 인간에게 해를 끼쳐서는 안 되며, 위험에 처해 있는 인간을 방관해서도 안 된다. 2. 로봇은 인간의 명령에 반드시 복종해야만 한다. 단, 제1법칙에 거스를 경우는 예외다. 3. 로봇은 자기 자신을 보호해야만 한다. 단, 제1법 칙과 제2법칙에 거스를 경우는 예외다. 군사용 로봇이 공격의 기능을 갖출 경우, 첫 번째 원칙에 위배되게 된다. 그리고 나중에 로봇 0원칙을 추가했다. 0원칙 : 로봇은 인류에게 피해를 입히면 안 되며, 방관 해서는 안 된다.
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what does robot do
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의료용 로봇 의료용 로봇은 무엇일까? 의료용 로봇은 질병의 진단 및 수술 과정을 지원하거나 재활훈련 등을 도와주는 로봇이 다. 그러면 의료용 로봇은 어떠한 종류가 있을까? 일단은 그 종류에 대해 알아보자.
위에 보듯이 의료 로봇은 수술로봇, 수술보조로봇, 수술 시뮬레이터, 재활로봇, 기타 의료 로봇으로 나뉘어지는데 이제부터 의료용 로봇을 샅샅이 알아보자. ① 수술보조로봇 수술보조로봇은 의사의 명령에 따라 수술을 보조하기도 하고 영상 가이드를 제공하는 역할을 가진 로봇이다. 수술보조로봇의 종류로는 내비게이션 보조로봇, 미세자세 조종로봇, 의사 도우미 로봇 등이 있다.
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-da VinciⓇ현재 우리나라의 미래컴퍼니는 da VinciⓇ 수술시스템과 유사한 복강경 수술로봇 시스템을 개발하였고, 현재 임상 시험을 준비 하고 있다. ② 수술시뮬레이터 수술시뮬레이터는 수술에 대한 숙련도를 더욱 더 높이고 또한 수술계획을 세우거나 사전 검증을 하는 용도로 쓰인 다.
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③ 재활로봇 재활로봇은 장애자나 노년층의 독립적인 활동을 가능하게 해주는 로봇이다.
피앤에스미캐닉스는 보행 재활훈련 로봇인 스위스 Hocoma 사의 Lokomat을 국산화한 ‘Walkbot’을 개발했다. 헥사 시스템은 상지, 하지 착용형 재활로봇을 개발했고, NT리 서치는 수술용 로봇과 의료용 무인이송 로봇을 개발 중이 다.
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의료용 로봇의 필요성 그러면 왜 굳이 의료용 로봇을 사용하는 것일까? 의료용 로봇은 기존에 불가능했었던 수술들을 가능하게 해주었다. 그리고 보다 더 정확한 시술이 가능해졌다. 또 한 방사선 피폭환경에서 의사를 대신하게 되어서 의사등 의 부담을 덜어주며 각종 진단정보를 활용하여 의사의 숙 련도에 의지 하지 않은 안정된 시술이 가능하게 된다. 그리고 재활치료에 있어서 환자의 의지를 반영하여 보다 능동적으로 로봇장치를 구동함으로써 효과적인 치료가 가 능하게 되었고, 재활치료에 있어서 환자의 의지를 반영하 여 보다 능동적으로 로봇장치를 구동함으로써 효과적인 치료가 가능하게 된다. 마지막으로, 부족한 의료진 문제를 해결하고 시간적 공 간적 제약을 극복할 수 있도록 의료진과 환자를 매개할 수 있는 역할을 수행할 수 있게 되었다.
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의료용 로봇 개발의 특징 1) 유효성 로봇을 이용한 새로운 수술기법 및 절차는 기존의 수술방 법에 비해 유효해야 한다. 수술의 성공률이 향상되거나, 치료 효과가 우수하거나, 수술시간이 단축되거나, 의료진 의 방사선 피폭량을 저감할 수 있는 등의 의학적 효과가 명백하게 입증되어야 한다. 2) 안전성 의료용 로봇이 사람의 생명을 다루는 제품인 만큼, 적용 되는 규격과 인허가에 필요한 국제적 요건이 엄격하게 적 용된다. 의료용 로봇은 사람과 공간을 공유하며 다양한 환경에서의 사용을 고려해야하기 때문에 가능한 모든 위 험상황에 대한 대책이 수립된 플랫폼으로 개발되어야 한 다. 3) 신뢰성 의료용 로봇은 사용되는 환경에서 임상적, 공학적으로 요 구되는 동작을 안정적으로 수행할 수 있고, 기능 및 성능 의 저하가 예측 가능해야 한다.
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의료용 로봇의 핵심 기술 1) 로봇 메커니즘 설계기술 다자유도 구조의 슬레이브 로봇을 마스터 장치로 편리하 게 조정할 수 있는 마스터 장치 메커니즘 설계기술, 하중 분석을 통한 로봇 구동부 액츄에이터 선정 및 조인트부 설계 기술, 로봇의 관절을 구성하는 핵심 부품인 감속기 최적설계와 관련하여 요구 수명을 만족하는 베어링 사양 설계기술, 치형 설계기술, 소형화 기술, 진동저감 기술 등이 요구된다. 2) 제어 및 운용기술 의사가 로봇을 손으로 교시할 때에 의사의 손과 로봇간의 접촉력을 실시간 계산하여 환자의 안전을 확보하면서 로 봇을 구동하는 수동가이드 기술, 의사의 조작 편의성을 고려한 로봇-사용자 인터페이스 기술, 의료환경에 적합한 센서 선정 및 장착부 메카니즘 설계기술, 마스터 장치를 이용하여 슬레이브 로봇을 직관적으로 구동시키기 위한 매칭 기술 등이 요구된다. 3) 시뮬레이션기술 생체의 기관, 조직 등을 실제와 비슷하게 느낄 수 있도록
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강성과 재질 등을 고려하여 모델링하는 기술, 실제 수술 실의 배치나 밝기 등 환경을 재현할 수 있도록 분석하고 모델링하는 기술, 가상공간에서 환부나 조직모델에 접촉 하거나 힘을 가할 때 모델이 어떻게 변형, 거동할 것인지 를 계산하고 예측하는 햅틱 렌더링 기술 등이 요구된다. 4) 수술용 로봇 관련 기술 수술실 공간을 효율적으로 사용하고 환자에 대한 접근성 을 확보하기 위한 로봇의 컴팩트 설계기술, 직관적인 조 작과 사용자 편의성을 갖춘 고수준의 조작성 및 강성고려 최적설계 기술, 의사와 환자의 안전을 고려한 로봇의 제 어기술, 다양한 수술동작을 구현하기 위한 수술도구 설계 기술, 수술계획 기술, 방사선 시술 환경에 적합한 재료의 선정 및 가공 기술 등이 요구된다. 5) 의료용 내비게이션기술 3차원 위치계측 시스템을 이용하여 수술 도구와 환자의 3 차원 위치 및 자세를 실시간으로 추적하는 기술, 수술계 획단계에서 취득한 진단영상과 수술 직전에 취득한 진단 영상간의 영상정합 기술, 수술도구를 환자의 환부에 도달 시키기 위해 환자의 환부 위치 및 자세를 수술도구의 기 준좌표계로 정의하는 공간정합 기술, 진단 영상(X-ray, CT, MRI 등)으로부터 얻어진 의료 영상의 노이즈 제거, 신체 내부 기관의 추출(Segmentation), 화질 향상 등의 - 19 -
영상 처리 기술 및 단면 이미지로부터 3차원 영상으로 가 시화하는 기술 등이 요구된다. 6) 재활 및 기타 의료로봇 관련 기술 정상적인 보행운동을 유도하기 위하여, 보행운동의 패턴, 관절의 움직임 등을 분석하는 기술, 신체의 일부가 마비 된 환자를 위하여 정상적인 움직임을 기구로 재현해 주는 기술, 다양한 신체특성을 가진 환자들 개개인에게 빠른 시간에 맞춤형으로 세팅을 해 주는 기술, 환자의 자세를 분석하여 치료경과를 정량적으로 평가하는 기술, 생체신 호를 기반으로 치료경과를 점검하거나 능동적으로 로봇관 절을 구동하기 위한 생체신호 인터페이스 기술, 이동형 보조로봇을 위한 휴먼-머신 인터페이스 기술, 주행경로계 획기술 및 모션플래닝 기술 등이 요구된다.
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군사용 로봇
군사용 로봇은 어떤 종류들이 있을까요? 그리고 어떠한 역할을 함으로 군사 분야에 어떠한 역할을 할까요? 이제부터 여러 가지 군사용 로봇에 대해 알아 봅시다. 현대에 개발된 군사용 로봇은 디자인보다 작전성능에 중점을 둔 형상을 하고 있습니다.
-미국이 개발 중인 견마형 로봇 빅독(Big Dog)-
빅독은 차량이 다니기 힘든 험지나 위험지역에서 물자수송을 위해 개발되었으며 미 국방부 산하 고등기획연구원(DARPA)으로부터 약 100억원(1000만 달러)의 자금을 지원받았다. 자세 제어에도 탁월하여 동영상처럼 사람이 밀어도 중심을 잡으며, 빙판길에서 미끄러져도 스스로 균형을 잡고 다시 일어설 수 있고 점프도 가능하다.
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탈론(Talon)
위의 사진은 포스터 밀러사의 탈론은 팩봇 같이 무한궤도 위에 정밀조작이 가능한 팔과 카메라를 부착해 원거리 조작으로 폭발물을 해체 할 수 있도록 제작된 원격 조종 무인 로봇입니다. 탈론은 폭발물 제거 등의 임무에 투입되지만 최근에는 정찰 및 전투에 투입할 수 있는 SWORD 라는 시스템을 장착해 전투에 투입할 준비를 하고 있습니다. 탈론 역시 2000 년대부터 3000개 정도 양산되어 팩봇과 가장 널리 사용되고 있습니다. 탈론의 경우 가격이 우리 돈 7천만 원 정도라고 합니다.
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SWORD를 장착한 탈론의 모습
팩봇의 조종기
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iRobot 회사가 제작한‘팩봇 (Packbot)’이 있습니다. 팩봇 또한 폭발물 제거부터 전투까지 다양한 역할을 수행할 수 있습니다. 그런데 로봇들을 제어하는 조종기는 사람들이 보면 깜짝 놀랄 디자인을 하고 있습니다. 왜냐하면 조이스틱과 똑같은 형상을 하고 있기 때문이랍니다. 미군에 따르면 젊은 병사들이 집에서 게임하듯 쉽게 로봇을 다루기 위해 일부러 게임기와 똑같은 조종기 디자인을 채택했다고 합니다.
쿼드콥더
쿼드콥터는 네 개의 블레이드가 달린 헬리콥터라는 의미 가 있다. - 24 -
그리고 미래에는 이런 미니 쿼드콥터(Quadcopter)들이 정 찰한 영상을 병사들이 쓴 고글에 전송해주는 시스템 까지 개발될 예정이라고 합니다. 좁은 실내전투에서도 적의 움직임을 낱낱이 볼 수 있어 매우 실용적일 것으로 보입니다.
가정용 로봇 가정용 로봇의 종류는 어떤 것이 있을까요? 가정용로봇은 바닥청소, 화장실청소, 세탁, 쓰레기처리, 잔디깍기, 건강진단 등의 역할을 하는 로봇이 가정용 서 비스로봇입니다. 일본 연구소는 애완로봇, 청소로봇 등을 중심으로 시장 을 개척해 나가는 단계라며 2010년 경 서비스 로봇이 보 급되면서 시장 규모가 약 2천억 달러로 성장할 것으로 예 상하고 있답니다.
-아이보-
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감정 표현이 가능한 애완용 강아지 로봇 "아이보"는 일 본 소니에서 개발해 미국과 유럽 등에서 판매 하고 있으며, 한국에서는 삼성전자가 애완용 로봇인 아이꼬마와 앤토 2종을 선보였습니다.
-아이꼬마
아이꼬마는 키 60cm 무게 10kg의 미니 로봇으로 마이크 인체감지 센서 등을 보유한 애완용 로봇입니다. 그렇지만 로봇산업의 좋은 전망에도 불구하고 현재 상황 은 열악한 편입니다. 개발자가 부족한 면도 있지만 부품 도 다양하지 못하고 개발금과 투자금에 비해 수익을 내기 힘들어 개발도 소극적이라고 합니다. 일반적으로 가정용 로봇 한대 가격이 350~400만원 선인 로봇을 구매할 수 있는 소비자가 극히 드물고, 현재는 로 봇에 대한 인식이 좋지 않아 개발에 적극적이지 않다고 합니다. 그렇지만 2020년경에는 개인용 로봇이 각 가정에 필수족 인 존재가 될 것이라는 전망을 예상되고 있습니다.
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작가의 마지막 말 제 글은 여기까지입니다. 제가 해드리고 싶은 말은 세 계로 갈 수 록 로봇의 보편화는 증가 할 것이라고 생각합 니다. 또한 인간의 생활의 다양한 분야에서 많은 영향을 끼칠 것이라고 생각합니다. 이 글을 읽고 많은 정보나 로 봇에 대한 뜨거운 사랑을 느낄 수 있었다하면 감사하겠습 니다. 그리고 이 글을 쓰면서 저 또한 로봇에 대하여 많 은 범위 내에서 공부를 하게 되어서 크나큰 영광이라고 생각하며 다시 한 번 이 책을 읽어 주신 독자 여러분에게 큰 감사를 드립니다.
[출처] http://news.koita.or.kr/rb/ http://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%A1%9C%EB%B4%87 http://terms.naver.com/ http://www.naver.com/ https://www.google.co.kr/
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값 14,000원 이 책은 마포구청 논술지원비로 제작되었습니다.