휴머노이드 로봇 '핵융합의 저주'…20년 10억 달러 태우고도 상용화 난망

휴머노이드(인간형) 로봇 개발이 핵융합 에너지처럼 상용화 시점을 끊임없이 뒤로 미루고 있다. 보행과 균형감각은 크게 발전했지만, 정밀한 손 조작 기술과 기계적 신뢰성 문제가 여전히 해결되지 않아 실용화 문턱을 넘지 못하고 있다는 분석이 나온다고 클린테크니카가 지난 27일(현지시간) 보도했다.


휴머노이드 로봇 개발에서 가장 큰 난관은 정교한 손 조작 기술이다. 최근 보행 기술은 괄목할 만한 발전을 이뤘다. 두발 로봇은 걷고 뛰고 점프하며 균형을 잃어도 회복할 수 있다. 네발 로봇은 험한 지형을 횡단하고, 바퀴와 다리를 결합한 하이브리드 시스템은 구르는 효율성과 장애물 넘기를 동시에 수행한다. 20년 전이라면 놀라운 성과였을 이런 움직임이 이제는 서구와 중국 연구실 모두에서 흔하게 구현되고 있다.

하지만 이런 시연이 범용 유용성을 보여주는 것은 아니다. 가정과 대부분 사업 환경은 이동보다 조작 작업이 주를 이룬다. 문, 서랍, 도구, 접시, 옷, 스위치, 케이블, 깨지기 쉬운 물건 등이 실제 작업 대상이다. 핵심 과제는 물체에 도달하는 것이 아니라 안전하고 신뢰성 있게 상호작용하는 것인데, 여기서 진전이 급격히 느려진다.

인간 손은 힘, 정밀한 힘 제어, 촘촘한 촉각 피드백, 유연성, 빠른 반사 조정을 깊이 통합된 방식으로 결합한다. 로봇이 어려움을 겪는 것은 손가락이 부족해서가 아니라 촉각 자체를 감지하고 표현하고 학습하기 어렵기 때문이다. 시각과 청각과 달리 촉각은 국지적이고 침습적이다. 정보는 접촉이 시작된 뒤에만 도착하는데, 그 시점에는 로봇이 이미 세상 상태를 바꾸고 있다.
더욱이 촉각에는 픽셀이나 오디오 파형에 비견할 만한 안정적이고 보편적인 표현 방식이 없다. 이미지나 오디오 파일과 달리 학습할 수 있는 대규모 표준화된 촉각 데이터 라이브러리도 없다. 각 촉각 센서는 고유한 기하학, 재료, 잡음 특성을 가져 시스템 간 데이터 전송이 어렵다. 산업용 로봇은 구조화된 환경에서 알려진 물체, 고정된 위치, 견고한 고정 장치로 작업하며 종종 접촉 불확실성을 최소화함으로써 이런 문제를 회피한다. 이런 제약 밖에서는 성능이 급격히 떨어진다.


범용 휴머노이드 로봇이 여전히 요원한 핵심 이유는 인간 수준 정교함을 가진 조작 기술이 본질적으로 고장에 취약하기 때문이다. 이는 단순히 더 나은 소프트웨어나 더 많은 데이터 문제가 아니다. 인간 손은 생물학적으로 중복성을 갖추고 유연하며 깊이 있는 결함 허용 시스템이다. 수십 개 자유도를 연조직, 촘촘한 촉각 감지, 빠른 반사 루프와 결합해 오류를 증폭시키기보다 흡수한다. 작은 미끄러짐이나 오판, 예상치 못한 접촉이 지속적으로 무의식적으로 수정된다.

기계 시스템은 이런 특성을 공유하지 않는다. 로봇 손은 견고하고 센서가 드물며 엄격하게 제약되고 작은 오차도 용납하지 못한다. 손이 정교해질수록 관절, 센서, 제어 루프, 타이밍 의존성 수도 늘어나고, 그만큼 시스템이 고장 날 수 있는 경로도 많아진다.

이런 기술 과제는 직접적으로 기계 신뢰성 문제로 이어진다. 고도로 정교한 조작 장치는 많은 소형 구동장치, 변속기, 센서, 케이블 배선을 필요로 하며, 모두 엄격한 정밀도 요구사항과 빈번한 하중 변화 속에서 작동한다. 각 추가 자유도는 마모 지점, 유격, 보정 오차, 고장 위험을 높인다. 단순한 산업용 집게와 달리 정교한 손은 정상 작동 중에도 충격, 잘못 정렬된 힘, 오염, 온도 변화에 노출된다.
평균고장시간(MTBF)은 기계 복잡성이 증가할수록 개선되기보다 떨어지는 경향이 있다. 이런 조작 장치를 정비하려면 숙련된 노동력, 교체 부품, 가동 중지 시간이 필요하며, 이 모든 것이 경제성을 훼손한다. 가정이나 사업장에서 지속적으로 작동하도록 의도된 로봇의 경우, 낮은 평균고장시간은 용납될 수 없다.


현대 로봇공학 기초 인물인 로드니 브룩스는 수십 년간 이런 주장을 해왔다. 그의 연구는 모델 중심 하향식 접근법에 근본적으로 도전했고, 대신 실제 환경에서 행동, 상호작용, 견고성을 강조했다. 브룩스는 나중에 청소 로봇 룸바로 유명한 아이로봇을 공동 창업해 이런 아이디어를 소비자 로봇 분야에서 가장 성공한 제품 중 하나로 전환했다.

브룩스는 모터 구동 팔과 다리가 상당한 운동 에너지를 가지고 있으며, 시스템이 불균형해지거나 제어가 저하되면 그 에너지가 예측 불가능한 방식으로 방출된다고 지적했다. 유용할 만큼 강력한 로봇은 관절이 과도하게 움직이거나, 인식 시스템이 장애물을 잘못 분류하거나, 제어 루프가 불안정해지면 인근 사람을 쉽게 다치게 할 수 있다. 브룩스는 신뢰성이 대부분 경우 수용 가능한 수준이 아니라 극도로 높아야 한다고 일관되게 강조했다. 드문 고장도 규모가 커지면 불가피해지기 때문이다.

보스턴다이내믹스는 유용한 현실 점검을 제공한다. 이 회사는 아틀라스로 세계 최고 다리 이동 기술을 선도해왔다. 하지만 아틀라스는 상업 제품이 아닌 연구 플랫폼으로 남아 있다. 회사는 검사용 스팟과 창고 자재 처리용 스트레치 같은 비휴머노이드 시스템에 사업을 집중해왔으며, 둘 다 제한된 작업과 환경을 위해 설계됐다.

연이은 소유주들의 재무 공시와 거래 서류는 일관된 대규모 손실 패턴을 보여준다. 구글 산하에서 보스턴다이내믹스는 상당한 연간 손실과 적은 수익으로 연구 중심 조직으로 운영됐다. 소프트뱅크 산하에서 인수와 매각 관련 보도는 지속적인 영업 손실을 나타냈다. 현대차 인수 이후 현대차 로봇공학 부문 내 보고된 손실은 제품이 시장에 출시됐음에도 연간 약 1억~2억 달러(약 1440억~2880억 원) 규모로 상당했다. 종합하면, 보스턴다이내믹스는 지난 20년간 총 10억 달러(약 1조 4400억 원)를 훨씬 초과하는 누적 손실을 기록한 것으로 추정된다.

중국 로봇공학 생태계도 홍보 영상에서 무술 루틴, 곡예, 복잡한 지형을 빠르게 이동하는 하이브리드 바퀴-다리 기계를 포함한 인상적인 움직임을 보여준다. 하지만 눈에 띄는 것은 이들이 결여한 부분이다. 조작 장치는 기초적이고, 손은 조잡하며, 집게는 견고하지만, 기능이 제한적이다. 배터리 제조업체 CATL(컨템포러리 암페렉스 테크놀로지) 사례가 명확한 예를 제공한다. 이 로봇은 동체, 머리, 두 팔을 가져 휴머노이드처럼 보이지만, 형태가 인간과 비슷하다는 것이 기능 가치를 거의 더하지 못한다. 조작 장치는 제한된 정교함과 힘 제어로 모서리가 네모난 부품을 집어 특정 공간에 밀어 넣도록 설계됐다.

테슬라 옵티머스 프로그램도 현 단계에서 실질적인 가치 평가 프리미엄을 정당화하지 못한다. 분석가와 투자자들은 가정에 따라 테슬라 시가총액 중 수백억 달러, 경우에 따라 1000억 달러(약 144조 원) 이상을 휴머노이드 로봇공학 옵션 가치로 암묵적으로 할당하고 있는 것으로 보인다. 이런 가치 평가는 입증된 능력, 일정, 상업 준비성으로 뒷받침되지 않는다. 공개 옵티머스 시연은 로봇이 원격 조작됐던 기간, 단순한 물체로 어려움을 겪는 제한된 조작, 예측 불가능한 상호작용을 피하도록 설계된 연출된 환경을 포함해 미성숙 징후를 반복적으로 보여왔다.

핵융합 비유가 유효한 것은 낙관과 절제를 모두 포착하기 때문이다. 핵융합 에너지는 사기가 아니다. 진전은 실재한다. 휴머노이드 로봇공학도 마찬가지다. 각 세대는 일부 문제를 해결하고 다른 문제를 드러낸다. 다만 다음 문제들이 종종 방금 해결한 문제들보다 훨씬 어렵다는 것이다. 그 사이 로봇공학은 제약이 명확하고 목표가 좁은 곳에서 계속 성공하고 있다. 미래는 부엌과 사무실을 걸어 다니는 휴머노이드가 아니라 조용히 유용한 일을 하는 많은 특수 로봇으로 가득 찰 가능성이 크다.


박정한 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com