키워드 : 인공지능, 기계지능, 컴퓨터 지능, 머신 러닝, 딥 러닝, 로봇산업, 인지 컴퓨팅, 휴머노이드 로봇, 소셜 로봇, 서비스 로봇, 산업용 로봇, 공지능 로봇, 알파고, 고령화 사회, 로봇산업 PEST 분석

서언

최근 들어 구글 및 테슬라 등 글로벌 IT기업들이 인공지능(Artificial Intelligence, AI) 기술개발에 주력하고 있다.

2015년 11월 구글은 ‘텐서플로(TensorFlow)’라는 인공지능 엔진을 공개했으며 2015년 12월 테슬라는 와이콤비네이터와 공동으로 비영리 인공지능 기업인 ‘오픈AI’를 설립하는 등 미래 AI 글로벌 시장을 선점하기 위한 메이저 기업들 간 치열한 경쟁이 계속되는 중이다.

AI기술은 지속적으로 발전해 향후 3~10년 내 다음과 같은 기술들을 등장시킬 전망이다.

- 향후 3~5년 이내에 뛰어난 성능을 갖춘 U-헬스 AI 플랫폼이 개발돼 사용자의 건강상태를 체크해 사용자에 맞는 음식을 추천하는 등 다양한 서비스를 제공하게 될 것이다.

- 향후 5년 이내에 태풍과 같은 자연재해 발생시 빅데이터 분석을 통해 예상결과를 제시해 적절한 대책을 세울 수 있는 서비스를 제공하게 될 것이다.

- 향후 5년 이내에 로봇 상호간에 통신·협력을 통해 재난이나 사고현장에서 인명구조와 같은 매우 가치 있는 서비스를 제공하게 될 것이다.

- 향후 10년 이내에 환자가 진료를 받는 경우 환자의 증상이 대중에게 전염될 유행성 질병인지를 판단해 질병확산을 예방할 수 있는 서비스를 제공하게 될 것이다.

- 향후 10년 이내에 자율주행자동차가 주행 중 불가피하게 다른 차를 들이받거나 보행자를 칠 수밖에 없는 상황에 처했을 때 자율주행자동차가 이른바 도덕적 선택을 내릴 수 있는 지능형 서비스를 제공하게 될 것이다.

이러한 예상은 향후 AI기술이 ‘IoT(센서, 데이터 취득)-무선통신(전송)-빅데이터·딥러닝(분석)-인공지능-제품반영’으로 연계되면서 지능형 로봇(Robot)으로 발전해 모든 산업분야에 적용될 수 있을 것이라는 점을 시사하고 있다.

로봇이란 용어는 인간의 노동을 대신 수행할 것을 강요받는 존재란 의미로 사용된 것이다. 외형적으로는 현재의 안드로이드 로봇(Android Robot)과 같다고 볼 수 있다. 단지 기술적 측면에서 보면 생물학적 개체라는 점에서 금속성 기계(machine)인 오늘날의 로봇보다는 오히려 복제 인간(clone)에 가깝다고도 할 수 있다.(100년된 꿈, 로봇 시대가 열리고 있다. LG 비즈니스 인사이트, 2014. 1. 1)

이 연구에서는 인간의 사고방식을 기계(컴퓨터)에게 가르치는 기계학습의 분야인 지능형 로봇산업으로 발전하고 있는 인공지능의 이해, 인구고령화에 대응하기 위한 휴머노이드 로봇과 인공지능형 로봇인 소셜 로봇의 기술개발 동향, 서비스·산업용·인공지능 로봇의 기술개발 사례에 대해 설명한다.

인공지능과 로봇의 이해

인공지능의 개념

= 인공지능이란 인간과 비슷하게 보이는 스마트한 방법으로 소프트웨어를 작동시키는 폭넓은 방법, 알고리즘 및 기술이다. 미국국립과학재단의 정보 및 지능형시스템 부문 책임자인 린 파커는 머신 러닝, 컴퓨터 비전, 자연어 처리, 로봇 공학 및 그와 관련된 주제들은 모두 AI에 속한다고 할 수 있다고 의견을 제시했다.

인공지능 기술은 기계지능(Mechanical Intelligence) 및 컴퓨터 지능(Computational Intelligence)이라는 용어를 수용하면서 기계(컴퓨터)를 이용한 학습인 머신 러닝(Machine learning), 여러 비선형 변환기법을 조합해 높은 수준의 추상화(abstractions)를 시도하는 기계학습(machine learning) 알고리즘의 집합인 딥 러닝(Deep learning)을 통해 인간의 사고방식을 기계(컴퓨터)에게 가르치는 기계학습의 한 분야인 지능형 로봇산업으로 발전하고 있다.

머신 러닝과 딥 러닝의 의미는 전문가에 따라 약간의 차이는 있으나 보편적으로 거의 유사한 의미로 사용되고 있다. 이에 대한 각 전문가의견을 간단히 요약하면 다음과 같다.

- 기계지능(머신러닝)은 유럽에서 인기 있는 현실적인 엔지니어링 감성에 뿌리를 두고 있으며 인공지능은 미국에서 더 인기가 있는 과학소설(SF)적 느낌을 반영하고 있다. 캐나다에서는 컴퓨터 지능(Computational Intelligence)이라는 용어도 자주 사용된다.(토마 디트리히: 미국인공지능발전협회 회장, 오리건주립대학 교수)

- 머신 러닝은 데이터의 추세나 범주를 인식해서 적절한 예측을 할 수 있도록 하는 것이다. 딥 러닝은 깊은 신경망 즉, 여러 계층에 배열된 대규모 신경시스템을 포함하는 학습을 의미한다.(린 파커: 미국국립과학재단의 정보 및 지능형시스템 부문 책임자)

전문가의견을 종합하면 인공지능 기술은 인지 컴퓨팅(Perceptional Computing)이라는 매우 복잡한 개념을 포함하고 있다.

미국국립과학재단의 정보 및 지능형시스템 부문 책임자인 린 파커의 의견에 따르면 인지 컴퓨팅은 대체로 인간의 인지와 비슷한 또는 적어도 인간의 인지에 영감을 받은 고차원적인 추론과 이해에 초점을 둔 컴퓨팅을 의미하며, 일반적으로 순수한 데이터 또는 센서 스트림보다는 상징적이고 개념적인 정보를 다루며 복잡한 상황에서 고수준의 결정을 내리는 것을 목표로 한다.

그러나 인지 컴퓨팅이 진정한 AI의 범주에 해당하는지에 대한 의견은 분분하다. 톰 오스틴 가트너 부사장은 인지적(cognitive)이라는 말과 관련해 기계가 생각한다는 것을 내포하는 것으로 이는 잘못된 전제라고 주장했다.

로봇의 개념과 종류 : 기본 개념 = 로봇은 감지(perception), 사고(thinking), 행동(action) 요소를 모두 갖춘 기계(computerizing machine)로 정의할 수 있다. 주위 환경을 모니터하고 변화를 탐지하는 감지기(Sensor), 변화에 대한 반응 방식을 결정하는 프로세서(processor) 혹은 더 발전한 단계인 인공지능 (artificial intelligence), 결정한 반응방식을 기반으로 주변 환경에 일정한 변화를 일으키는 작동체(effecter)의 3대 구성요소를 동시에 갖춘 인간의 피조물이라고 규정할 수 있다.

따라서 넓은 의미에서의 로봇은 일반적으로 연상되는 물리적 기계 형태의 로봇뿐만 아니라 ‘봇(Bots)’이라고도 불리는 컴퓨터 프로그램까지 포함하기도 한다. 또한 외부 환경을 인식(perception)하고 상황을 판단(cognition)해 자율적으로 동작(mobility & manipulation)하는 기계라고 정의하기도 한다.

이동성(mobility)을 갖춘 기계시스템만을 로봇으로 간주한다면 공장의 고정된 생산용 기계시스템들은 모두 로봇이 아닌 단순한 기계로 분류될 수 있을 것이다.

로봇의 개념과 종류: 용도별 로봇의 형태

= 로봇의 형태는 다축(axes)형 팔(arm)로 이뤄진 단순 로봇, 몸체에 바퀴와 팔이 달린 로봇, 자동차·선박·항공기 등을 조종하는 무인(원격조종 또는 자율주행) 로봇 등 매우 다양하다. 이는 용도에 따라 3대 구성요소의 형태, 특히 작동체의 형태가 다양해질 수 있기 때문이다.

따라서 로봇의 형태는 결국 도구에 따라 결정된다고 볼 수 있다. 이처럼 로봇의 용도에 따라 외형이 결정된 사례로는 DARPA(Defence Advanced Research Projects Agency)에서 진 행하고 있는 로보틱스 챌린지(Robotics Challenge)를 통해 잘 알려진 재난대응용 휴머노이드 로봇(humanoid robot)을 들 수 있다.

결국 인간과 동일한 작업환경에서 작업도구를 활용하기 위해 인간의 신체구조와 동일한 외형을 지닌 휴머노이드 로봇이 확산된 것이다. 로봇은 통상 용도에 따라 크게 제조중심의 산업용 로봇, 서비스 로봇(개인서비스, 전문서비스)으로 분류한다.

인공지능형 로봇 기술개발 동향

휴머노이드 로봇 기술개발 동향

= 세계 각국은 인구고령화(프랑스는 2060년이 되면 60세 이상 노령인구가 2360만명(전체 인구의 31%)이 될 것으로 예상하고 있다)에 대응하기 위해 휴머노이드 로봇 개발에 주력하고 있다.

인구고령화는 노동인구 감소로 인해 성장잠재력이 둔화될 수 있으며 기업과 개인에게는 사회분담금 부담을 안겨주는 등 커다란 경제적 비용을 야기할 수 있다.

이에 휴머노이드 로봇은 사람이 옆에서 도와주는 것처럼 노약자 및 만성질환자 등 사회적 약자를 보조할 수 있어 향후 수요가 크게 증가할 것으로 기대하고 있다.

프랑스 알데바란(Aldebaran)은 휴머노이드 로봇(Nao, Romeo)을 개발해 유럽의 3대 휴머노이드 로봇에 선정되는 등 혁신적인 기술로 주목받고 있다. 나오(Nao)와 로메오(Romeo)의 최종목표 및 외형을 [표2]에 나타낸다.

소셜 로봇 기술개발 동향

= SNS 및 빅 데이터 분석기술과 접목돼 인간과 로봇이 상호작용할 수 있도록 개발된 인공지능형 로봇인 소셜 로봇(Social Robot : 로봇이 인간의 행동에서 계산된 효율성과 정확성의 역할을 수행하는 것을 넘어 물리적인 감성이나 교감 같은 인간의 정신적인 측면에서의 역할을 수행할 수 있는 로봇을 의미한다)이 주목받고 있다.

소셜 로봇의 구성요소는 로봇에 부착된 다양한 센서(카메라, 조도 및 압력센서, 방향 및 중력센서 등)에 따라 정보처리 모듈이 다르게 조합될 수 있다. 소셜 로봇의 하드웨어 구조를 [그림1]에 나타낸다. 각 모듈의 동작특성은 다음과 같다.

- DSP(Digital Signal Processing) 네트워크는 로봇의 인지시스템과 연결돼 센싱 정보를 분석한다.

- 네트워크의 각 노드는 특화된 이미지 및 사운드 처리, 모션 캡처 등에 따라 모듈의 수와 연결 구성이 다르게 설계된다.

- 모터시스템은 로봇의 이동 및 동작을 제어하는 범용 모터와 로봇의 교감·감흥·감정 등을 제어하는 페이스 모터(Face motor) 등 듀얼-포트 RAM으로 설계돼 있다.

소셜 로봇의 동작특성은 다음과 같다.

- 인지시스템(Perception system)을 통해 주변 환경정보를 수집한다.

- 주의시스템(Attention system)을 통해 인지정보 중 특정 정보를 선별한다.