최근 한 햄버거 브랜드는 서빙 로봇을 통해 햄버거를 고객에게 전달하는 서비스를 실시하고 있다. 또한 국내의 한 로봇 전문 기업은 자율주행 이송 로봇을 통해 물건을 고객에게 배달하는 시범 사업을 펼치고 있으며, 최근 들어서고 있는 최첨단 물류 센터에서는 무거운 택배 물건을 자율주행 물류 로봇들이 분류 및 이송 작업을 펼치고 있다.

이러한 서비스는 코로나19 환경에서 고객뿐만 아니라 현장 근로자에게도 비대면 서비스를 제공하기 위한 최적의 방법으로 떠오르고 있으며, 각종 물류 현장에서 근로자의 노동력 확보 및 안전 확보에 큰 도움을 주고 있다.

■ 자율 주행을 가능하게 하는 센서 기술

이러한 서비스를 가능하게 하기 위해서는 로봇을 움직이게 하는 액추에이터 등 기계 공학적 요소도 중요하지만 로봇을 통제할 수 있는 로봇 운영 시스템이 중요하게 여겨진다.

로봇을 통제하기 위해서는 정보 획득이 필요하며, 이를 위해 다양한 센서들이 사용되고 있다.

대표적인 센서로는 라이다(Lidar)가 있다.

라이다 센서는 레이저를 목표물에 비춤으로써 사물까지의 거리, 방향, 속도, 온도, 물질 분포 및 농도 특성 등을 감지할 수 있는 기술이다.

라이다 센서는 일반적으로 높은 에너지 밀도와 짧은 주기를 가지는 펄스 신호를 생성할 수 있는 레이저의 장점을 활용해 보다 정밀한 대기 중의 물성 관측 및 거리 측정 등에 활용이 된다.

라이다 센서는 레이저 신호의 변조 방법에 따라 time-of-flight(TOF) 방식과 phase-shift 방식으로 구분될 수 있다. TOF 방식은 레이저가 펄스 신호를 방출해 측정 범위 내에 있는 물체들로부터의 반사 펄스 신호들이 수신기에 도착하는 시간을 측정함으로써 거리를 측정하는 것이 가능하다.

Phase-shift 방식은 특정 주파수를 가지고 연속적으로 변조되는 레이저 빔을 방출하고 측정 범위 내에 있는 물체로부터 반사되어 되돌아오는 신호의 위상 변화량을 측정해 시간 및 거리를 계산한다.

라이다와 함께 카메라를 이용한 영상 기반의 이미지 센서도 사용된다. 테슬라의 자율주행에는 라이다를 제외하고 카메라를 이용한 영상 2D센서가 사용된다. 카메라를 이용한 영상 기반의 자율주행은 영상의 특징점 매칭을 통해 로봇의 위치를 추정한다. 다만 이 방식은 정확한 측위를 위해 광범위한 실내 영상 데이터를 이용해 측위 데이터베이스를 구축해야 하는 불편함이 존재한다. 또한 특징점이 변형되거나 부족할 경우 성능이 감소한다는 단점이 존재한다.

■ 슬램(SLAM), 자율주행로봇 통제 핵심

센서를 통해 모아진 정보를 가지고 로봇을 자유롭게 통제할 수 있어야 자율 주행 기술이 완성된다. 이를 가능하게 하는 기술이 바로 슬램(SALM, Simultaneous Localization And Mapping)이다.

슬램은 맵 기반 기술로 기본적으로 주변을 탐색해 지도를 그리고, 자신의 위치를 파악하는 기술이다.

슬램 기술은 기본적으로 라이다, 카메라 등의 센서를 통해 획득된 정보를 기반으로 만들어지며, 로봇의 바퀴 회전수 등을 이용해 위치를 보정하거나 기타 보조 장치를 사용한다.

슬램 기술이 적용된 자율주행 로봇의 경우 자체적으로 맵을 그리며, 지속적으로 맵 수준을 업그레이드해 좁은 길도 운행할 수 있으며, 좌표만으로도 목적지에 정확히 도달할 수 있다.

■ 5G·LTE·Wi-Fi 등 통신 확보가 필수

자율주행로봇의 관제를 위해서는 통신확보가 필수적이다. 이에 최근 통신 전문 기업들이 자율주행 로봇 사업에 적극 나서고 있다.

과거에는 통신의 한계로 인해 자율주행 로봇의 이동범위가 한정돼 있었으나, 최근에는 통신비 부담이 적어지고, 5G의 확산으로 인해 자율주행 로봇의 이동범위 한계가 해소되고 있다.

특히 자율주행로봇의 경우 물류 등 장거리 이송이 많은 만큼 5G 이동통신의 구축은 필수다.

■ 자율주행 로봇, 법적 정비 확보 必

자율주행 로봇의 확산을 위해서는 기술의 확보와 동시에 법적 정비가 반드시 필요하다.

현재 이동경로 및 지도 생성 등을 위해 로봇 외부에 카메라를 부착해 영상정보를 취득하는 것은 ‘개인정보보호법’상 식별 가능한 개인정보의 수집·이용에 제약이 있다.

또한 실외 자율주행 로봇은 현행 ‘도로교통법’상 ‘차’에 해당해, 보도·횡단보도 등에서의 통행이 제한된다.

이와 함께 자율주행 로봇으로 인한 사고 발생시 책임주체를 로봇 운영자로 할 것인지, 로봇 생산자로 할 것인지에 대한 정확한 구분도 불분명하다.

이에 자율주행 로봇 활성화를 위해서는 센서기술, 통신기술, 법적정비 등 삼박자가 고루 갖춰져야 시장 창출이 탄력을 받을 것으로 분석된다.