2023년 로봇공학 및 적층 제조

기술 발전에 있어 훌륭한 한 해였으며, 양자 컴퓨팅과 5G에서 AR/VR, 대형 언어 모델, 인공지능(AI)에 이르기까지 획기적인 돌파구가 이루어졌습니다. 이러한 혁신적인 발전으로 기술 환경이 크게 변화했습니다.

오늘은 두드러진 산업인 로봇공학과 적층 제조를 살펴보며 우리가 어디로 나아가고 있는지 알아보겠습니다.

로봇공학은 새로운 기술이 부상하면서 특히 흥미로운 2023년을 보냈으며, 개발자들은 로봇이 할 수 있는 범위를 계속 확장했습니다. 이 분야의 모든 진보는 로봇공학이 끊임없이 변화하는 기술 환경에서 지배적인 기술이 되어, 우리의 작업, 생활, 여가 방식을 혁신하고 삶의 필수적인 부분이 되고 있음을 보여줍니다.

그 다음은 적층 제조(AM) 또는 적층 레이어 제조(ALM)로, 이는 3D printing과 관련된 것입니다. 이는 컴퓨터 제어 하에 재료를 보통 층으로 쌓아 3차원 모델 데이터를 기반으로 물체를 만드는 과정입니다.

그럼 2023년에 이 두 산업에서 이루어진 가장 두드러진 발전들을 살펴보겠습니다!

휴머노이드 로봇이 로봇공학을 선도하다

로봇공학은 로봇을 구상, 설계, 제작 및 활용하여 일반적으로 인간이 수행하는 작업을 수행하도록 하는 분야입니다. 여기서 로봇은 자동으로 작동되는 기계로, 종종 단순하고 반복적인 작업을 독립적으로 수행합니다.

올해 우리는 인간과 유사한 형태를 가진 휴머노이드 로봇들이 헤드라인을 장식하는 모습을 보았습니다. 이 로봇들은 인간의 몸 형태와 비슷하여 일반적으로 몸통, 머리, 팔, 두 다리를 가지고 있기 때문에 휴머노이드 로봇이라고 불립니다. 주로 인간 도구와 상호작용하도록 설계되었으며, 검사 및 유지보수에도 사용됩니다. 최신 버전의 이러한 로봇은 인간처럼 말하고, 걸으며, 작업할 수 있습니다.

인기 있는 휴머노이드 로봇으로는 일본 기업 코코로의 나딘(Nadine)이 있는데, 이는 감정, 기분, 감성을 가진 공감형 로봇으로 눈 맞춤을 하고 인사를 반환합니다. 또 다른 초현실적인 휴머노이드인 Geminoid DK는 인간과 닮았습니다. 토시바가 만든 휴머노이드 Junco Chihira는 관광 안내소에서 일하며 음성 인식 기능을 갖추고 있습니다. 그리고 Jia Jia는 음성 생성 알고리즘과 얼굴 인식 기술을 활용해 미생물 표정과 함께 일반적인 대화를 할 수 있습니다.

소피아를 빼놓을 수 없습니다. 소피아는 가장 진보된 휴머노이드 로봇으로 간주됩니다. 2016년에 데뷔했으며 Hanson Robotics가 설계했으며, 세계 최초의 로봇 시민이자 유엔 개발 프로그램의 로봇 혁신 대사이기도 합니다. 인간의 사회적 기술을 습득하도록 목표를 두고 신경망과 AI를 탑재해 인간 얼굴을 인식하고 제스처와 감정을 이해하도록 만들어졌습니다.

우주 기관 NASA도 Valkyrie라는 자체 휴머노이드 로봇을 개발했으며, 키는 6피트 2인치(188cm)이고 무게는 300파운드(136kg)입니다. 이 이족 보행 휴머노이드 로봇은 현재 텍사스에 있는 NASA 존슨 우주 센터에서 최종 테스트 단계에 들어갔습니다. 이 로봇은 자연 재해가 발생한 지역과 같이 손상되거나 열악한 환경에서 작업하도록 설계되었습니다.

Valkyrie와 같은 로봇은 언젠가 우주에서도 작동할 수 있으며, NASA Dexterous Robotics 팀 리더 Shaun Azimi는 우주에서 휴머노이드 로봇이 위험한 작업을 수행함으로써 우주비행사들이 탐사와 발견에 집중할 수 있다고 말했습니다. 이 아이디어는 인간 승무원을 대체하는 것이 아니라, 휴머노이드 로봇이 태양광 패널 청소나 우주선 고장 장비 점검과 같은 ‘지루하고, 더럽고, 위험한’ 작업을 수행하고 인간은 ‘고차원적인 활동’에 집중하도록 하는 것입니다.

이를 위해 NASA는 텍사스에 기반을 둔 로봇 기업 Apptronik과 협력하고 있으며, Apptronik은 창고와 제조 공장에서 공급망 중심 작업을 수행하고 하루 22시간 온라인 상태를 유지할 수 있는 Apollo를 개발 중이며, 향후 소매 배송 및 우주 분야로 확장할 계획입니다. Apptronik은 내년부터 기업에 이러한 로봇을 제공하기 시작할 예정입니다.

이 외에도 올해 등장한 다른 휴머노이드 로봇으로는 테슬라의 옵티머스(Optimus), Unitree의 H1, Sanctuary AI의 6세대 피닉스(Phoenix), 그리고 Figure AI의 Figure 01이 있습니다. 실제로 중국은 2025년까지 휴머노이드 로봇을 대량 생산하겠다는 계획을 최근 발표했습니다. 한편, Agility Robotics는 연간 최대 10,000대의 로봇을 생산할 수 있는 공장 ‘RoboFab’을 건설하고 있습니다. 전자상거래 거대 기업 Amazon도 휴머노이드 로봇의 첫 상업 테스트를 시작했습니다.

Boston Dynamics는 이 분야에서 훌륭한 작업을 수행하고 있습니다. 이제 그들에 대해 알아보겠습니다.

1. Boston Dynamics 

휴머노이드 로봇 분야에서 Boston Dynamics는 가장 잘 알려진 이름이며, 올해 초 Atlas 로봇이 건설 현장을 시뮬레이션한 영상에서 나무판자를 집어들고 도구 가방을 던지는 모습을 공개했습니다. Atlas 제어 담당인 Ben Stephens에 따르면, 이족 보행 로봇이 인간과 신뢰성 있게 함께 작업하려면 아직 ‘멀리 남아 있다’고 하지만 ‘이것이 로봇공학의 미래’라고 말했습니다.

1992년에 MIT에서 분사한 기업으로 설립된 Boston Dynamics는 로봇 설계 회사이며 인간 시뮬레이션 및 훈련용 소프트웨어도 개발합니다. 이 회사의 사명은 위험하고 신체적으로 힘든 작업을 줄이고 사람들의 삶을 풍요롭게 하는 뛰어난 로봇을 구상하고 만드는 것입니다.

Boston Dynamics가 ‘세계에서 가장 역동적인 휴머노이드 로봇’이라고 정의하는 Atlas는 전신 이동성과 양손 조작의 한계를 뛰어넘게 합니다. Atlas는 휴머노이드 형태의 잠재력을 탐구하는 데 사용되며, 이동성, 인식 및 지능을 갖춘 차세대 로봇 개발 노력을 보여줍니다.

인간-로봇 상호작용을 위한 AI

인공지능(AI)은 기계나 소프트웨어의 지능을 의미하며, 올해 엄청난 진전을 이루어 로봇공학을 포함한 많은 산업을 변화시키는 원동력이 되었습니다. 머신러닝을 통해 AI는 로봇이 학습하고 특정 작업을 수행하도록 돕고 있습니다.

AI 기술은 로봇이 인간의 행동, 제스처, 몸짓을 이해하고 감정을 표현하기 위해 실제로 필요합니다. 연구자들은 감정 인식, 음성 인식, 예측 언어 모델과 같은 기술을 활용해 로봇의 의사소통을 개선하고 보다 감정 지능적으로 상호작용하도록 하고 있습니다.

AI의 발전은 로봇에게 이전에 불가능했던 인지 능력을 부여하여 AI 기반 로봇이 다양한 산업에서 필수적인 존재가 되게 합니다. 로봇공학과 AI의 교차점은 AI 로봇 시장 규모가 150억 달러를 약간 넘으며, 이번 십년 말까지 367.8억 달러로 성장할 것으로 예상됩니다.

AI는 로봇공학에 다양한 방식으로 적용되고 있으며, 머신러닝부터 시작합니다. 데이터와 경험으로부터 학습함으로써 패턴 인식이 필요한 작업의 성능을 향상시킬 수 있습니다. 로봇은 또한 AI 기반 컴퓨터 비전을 활용해 시각 정보를 분석하고, 물체, 사람, 장애물을 인식해 이동에 도움을 줍니다.

AI 알고리즘은 로봇이 복잡한 주변 환경을 탐색하기 위한 최적 경로를 설계하도록 지원하며, 팔과 그리퍼의 정밀 제어를 가능하게 하고, 지속적인 인간 개입 없이도 동적 상황에 적응하는 자율 결정을 내리게 합니다.

자연어 처리(NLP)를 통합하면 로봇이 인간 명령을 이해하고 더 잘 응답할 수 있어 인간-로봇 상호작용 가치를 높이고 사용자 친화성을 향상시킵니다. 이 분야에서 OpenAI의 ChatGPT는 올해 로봇공학, 자동화 및 AI 분야의 가장 큰 이야기로, 인간-컴퓨터 상호작용의 새로운 시대를 알렸습니다.

ChatGPT는 AI 기술 기반의 NLP 도구로, 챗봇과 인간과 같은 대화를 할 수 있게 해줍니다. 몇 달 만에 ChatGPT 1억 명의 사용자를 확보했습니다, 이는 여러 기업이 자체 생성 AI 프로그램을 출시하게 만들었습니다. 다른 대형 언어 모델(LLM)에는 Google의 Gemini LLM(바드 구동), Amazon의 Olympus, Meta의 Llama 2가 포함됩니다.

생성 AI의 이러한 발전은 로봇 산업에 새로운 가능성을 열었습니다. 예를 들어, 올해 초 Microsoft는 ChatGPT를 강화해 로봇 팔을 작동하고 항공 드론을 탐색하도록 했습니다. 또한 GPT 기반 로봇을 개발하고 생성 AI를 로봇 제작에 활용할 계획을 발표했습니다. 동시에 스위스와 네덜란드의 연구원들은 ChatGPT의 통찰을 활용해 토마토 수확 로봇을 개발했습니다. 그리고 Agility Robotics는 LLM을 활용해 모바일 매니퓰레이션 로봇 Digit을 제어하는 방안을 탐구했습니다.

보시다시피 AI는 로봇의 능력을 향상시켜 보다 유연하고 지능적이며 다양한 작업을 수행하도록 만들고 있습니다. 또한 로봇이 인간의 제스처를 인식하고 의도를 이해하며 적절한 반응을 제공하게 함으로써 인간과 로봇 간의 협업을 보다 효율적이고 안전하게 만들고 있습니다.

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2. Hanson Robotics

이 AI 및 로봇 기업은 사회적으로 지능적인 기계를 만들며 유명한 소피아 로봇을 만든 회사입니다. Hanson Robotics는 재료 과학, 로봇공학, AI 연구 및 개발, 체험 디자인에 관여하여 로봇을 단순한 제품이 아니라 매력적인 캐릭터로 ‘생명’을 불어넣고 있습니다.

2023년 11월, 홍콩에 기반을 둔 로봇 기업은 럭셔리 라이프스타일 기업 Dictador와 협업해 세계 최초의 AI 휴머노이드 로봇인 Mika를 개발했습니다. Mika는 Dictador의 CEO 역할을 맡아 ‘Arthouse Spirits DAO 프로젝트와 DAO 커뮤니티와의 소통’을 담당하게 되었습니다.

이것이 전부가 아닙니다. Mika는 2023/24 Collegium Humanum University 개교식에서 명예 교수 직함을 받았으며, AI 분야의 진보를 강조하는 연설을 했습니다. Hanson Robotics의 CEO인 David Hanson은 AI 기술을 ‘인간화’하고 AI가 ‘사람을 배려하도록’ 가르치는 것이 중요하다고 강조했습니다.

고급 3D 프린터

첫 번째 3D 프린팅 기술이 1980년대 초에 발명된 이후, 최근 몇 년간 크게 성장했으며, 전 세계 시장 규모는 $18.33 bln in 2022에 달했습니다. 이 시장은 2032년까지 거의 1000억 달러에 이를 것으로 예상됩니다.

2010년대에 기업들이 저가 소비자용 3D 프린터를 제공하기 시작하고 미디어 열풍과 결합하면서, General Electric과 Hewlett Packard 같은 거대 기업들이 이 분야에 진입했으며, 현재 산업은 다음과 같은 분야에서 실제 적용 사례를 보고 있습니다:

• 프로토타이핑 및 제품 개발
• 제조
• 의료
• 항공우주
• 건설
• 자동차
• 교육
• 연구 및 기타

이러한 방식으로 전통 시장을 뒤흔들며 다른 기업들이 설계 최종화를 가속화하고, 더 많이 생산하며, 더 빠르게 혁신하도록 돕고 있습니다.

적층 제조 또는 3D 프린팅 분야에서는 기업들이 특정 공정 및 사용 사례를 지원하기 위해 3D 프린터의 성능을 향상시키는 작업을 진행하고 있습니다. 이 분야의 발전은 적층 제조 공정에 필요한 에너지 요구량을 감소시키고 프린터 움직임을 개선합니다. 이러한 진보는 3D 프린팅 비용을 낮추고 기술의 접근성을 확대하는 데 기여합니다.

3D 프린터의 인기도와 혁신이 표준이 되는 상황에서, 많은 스타트업이 기술 개선에 매진하고 있습니다. 예를 들어, 핀란드 스타트업 Brinter는 의료 및 생명 과학 산업을 위한 모듈식 바이오프린터를 개발했습니다. 이 바이오프린터는 다양한 바이오잉크를 지원하고 소독을 위한 내장 UV 라이트를 갖추어 연구자들이 장기, 암 모델, 맞춤형 약물을 프린트할 수 있게 합니다.

미국에서는 스타트업 Verde Mantis가 사용이 간편하고 플러그인-프린트 모드를 제공하는 데스크톱 3D 프린터를 개발했습니다. 이 프린터는 내장 카메라, 자동 레벨링 플랫폼, 라즈베리 파이 모듈을 특징으로 합니다.

3D 프린터의 다른 진보로는 SLA(레이저)와 DLP 기술을 결합해 해상도와 속도의 장점을 활용하는 Hybrid PhotoSynthesis(HPS) 기술이 있으며, 이는 레진 3D 프린팅에서 더 나은 결과를 달성하도록 돕습니다. 3D 프린터 자체를 발전시키는 것 외에도 기업들은 새로운 소재를 개발하고 있습니다.

UpNano는 이러한 기업 중 하나로, 프린터에서 최초로 마이크로 3D 프린팅 마이크로플루이딕 디바이스를 제작하는 UpFlow를 개발했으며, 이를 통해 메드테크 스타트업 Fertilis가 IVF 시장을 위한 세포 배양 디바이스를 개발할 수 있게 했습니다.

자동화, 소프트웨어 발전, 금속 3D 프린팅, 디지털 공급망의 부상은 이 분야의 다른 트렌드입니다. 그러나 장비, 소재, 전·후 처리 비용 및 기술 확장성의 어려움과 같은 과제도 남아 있습니다.

오랫동안 그림자에 머물렀던 3D 프린팅이 마침내 주목받고 있으며, 옹호자들에 따르면 이는 항공 부품부터 의료 장비까지 모든 것을 대량 생산할 수 있게 할 잠재력을 가지고 있습니다.

3. Stratasys

1989년에 설립된 Stratasys는 다양한 산업을 위한 솔루션을 제공하는 것으로 알려져 있으며, 설립자는 최초의 3D 프린터 중 하나를 만든 인물입니다. 이 상장 기업은 주당 14.51달러에 거래되며 올해 22.34% 상승한 시가총액 10억 달러를 보유하고 있습니다. 최근 12개월(TTM) 매출은 630.579백만 달러이며, EPS(TTM)는 -1.61, P/E(TTM)는 -9.03, ROE(TTM)는 -4.82%입니다.

최근 회사는 Nano Dimension Ltd. (NNDM ) 로부터 현재 보유하지 않은 모든 주식을 현금 주당 16.50달러에 인수하겠다는 자발적 인수 제안을 받았으며, 이는 회사 가치를 11억 달러로 평가합니다. 이는 Stratasys가 주주 다수의 반대로 Desktop Metal과의 18억 달러 규모 합병을 종료한 뒤 발생한 일입니다. Nano Dimension은 회사 주식의 약 14%를 보유하고 있으며, 올해 남은 주식을 인수하려는 시도를 여러 차례 진행했습니다.

회사 최신 Fusion Deposition Modeling(FDM) 프린터인 F3300은 확장성을 위해 설계되었으며, Stratasys는 ATI와 협력해 한 번에 네 개의 익스트루더 중 하나를 배치할 수 있는 맞춤형 툴 체인저를 구축했습니다. 이를 통해 익스트루더 중복성 및 하나의 부품에 여러 색상을 인쇄하고 두 가지 해상도를 결합하는 유연성을 제공합니다. 회사는 토요타가 새로운 Stratasys F3300 3D 프린터를 최초 구매 고객으로 선정했다고 발표했습니다.

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결론

세상은 빠른 속도로 변화하고 있으며, 이에 따라 적층 제조 기업들은 맞춤형 소재를 개발하고 3D 프린터의 성능을 향상시키고 있습니다. 동시에 로봇공학 분야는 로봇을 더욱 지능화하고 인간과 보다 효율적으로 상호작용할 수 있게 하는 돌파구를 맞이하고 있습니다.

앞으로 더욱 정교한 제품들을 기대할 수 있으며, 두 분야의 발전은 많은 산업을 변화시키고, 새로운 고용 및 교육 기회를 제공하며, 일상 생활을 향상시킬 잠재력을 가지고 있습니다.