로봇관련자료

1. 로봇이란?

1) 로봇의 어원

(1) ROBOT

"로봇"이라는 말은 1921년 체코슬로바키아의 극작가 카렐 차페크(Karel Capek)의 회곡 R.U.R.(Rosuum's Universial Robots)에서 처음 사용되었다.

로봇의 어원은 체코어의 노동을 의미하는 단어 '로보타(robota)'에서 나왔다고 알려져 있다.

차페크는 그의 책에서 모든 작업능력에서 인간과 동등하거나 그 이상이면서 감정이나 혼은 가지고 있지 않은 로봇이라고 불리우는 인조인간을 등장시켰다.

내용을 잠깐 살펴보면, 쇠 조각으로 변한 로봇이 반항하는 정신을 키워 자신들의 창조주인 인간을 전부 죽여 버린다는 비극적 이야기를 담고 있다.

(2) ROBOTICS

로보틱스라는 말은 "로봇의 활용과 로봇공학"을 의미한다.

이 말은 미국 과학자이면서 작가인 아이작 아시모프 Issac Asimov(1920.1.2.-1992.4.6)에 의해 1942년에 발간한 단편 Runaround에서 최초로 사용되었습니다. 그리고 1950년에는 장편소설인 'I Robot'을 발간했는데, 이 책에서 아시모프는 로봇의 행동에 관한 삼원칙을 제안했다.

2) 로봇의 원칙

제1원칙:

로봇은 인간에게 해를 끼쳐서는 안 되며,

위험에 처해있는 인간을 방관해서도 안된다.

제2원칙:

로봇은 인간의 명령에 반드시 복종해야만 한다.

단, 제1법칙에 거스를 경우는 예외다.

제3원칙:

로봇은 자기 자신을 보호해야만 한다.

단, 제1법칙과 제2법칙에 거스를 경우는 예외다.

3) 로봇의 정의

(1) 역사적인 정의

공포를 주거나 우스운 행동을 하는 융통성이 없는 기계 인간.

(2) 일반적인 정의

인간이상의 능력을 가지고 인간을 지키는 철인 아톰과 같은 일종의 이상적인 기계.

(3) 카렐 차펙의 정의

일할 수 있는 능력은 있어도 생각할 수 있는 능력이 없는 인간을 닮은 것.

(4) 퀸메리 대학의 스링그 교수의 정의

팔과 손을 가지고, 인간에게 프로그램 되어져서 여러 가지 연속동작이나 운반 작업을 하고, 주위를 잘 보고, 애초부터 결정된 방법으로, 자기의 운동을 조절하여 움직일 수 있는 기계,

(5) 스링그 교수에 의한 로봇의 조건

인간에게 복종할 것.

물건을 잡거나 운반할 수 있을 것.

주의 상황의 변화에 응할 수 있을 것.

자기 스스로 움직여 돌아다닐 것,

(6) JIS

자동 제어에 의한 조작 기능 혹은 이동 기능을 가지며, 프로그램에 의해 다양한 작업의 수행이 가능한 기계.

(7) 동아대백과 사전

사람의 손발과 같은 동작을 하는 기계, 인조인간이라고도 한다. 예전에는 사람과 같은 모습을 한 인형을 만들어 그 내부에 기계장치를 조립해 넣고 손발 그 밖의 부분을 본래의 사람과 마찬가지로 동작하는 자동인형을 가리켰다.

2. 로봇의 현재와 미래

1). 로봇의 역사

(1)신화에 등장하는 로봇

로봇에 대한 상상은 실제로 로봇이 만들어진 것보다 훨씬 오래 되었다. 다시 말해 전해 내려오는 옛날 얘기에서도 로봇의 흔적을 찾아 볼 수 있다는 말이다. 먼저 신화에 나오는 로봇을 찾아 보자. 고대 그리스 시대 신화와 전설에는 사람들에게 고통을 주는 인간을 닮은 기계에 대한 이야기가 종종 있다. 탈란을 예로 들어보면, 그는 청동으로 만든 거인인데, 태양을 자기 몸에 반사시켜 살아 있는 사람들을 태워 죽이고 도시와 마을을 위협했다고 한다. 옛날 사람들에게 로봇은 철로 만들어져 있는 무서운 거인으로 생각되었던 것 같다.

(2) 움직이는 조각상

기원전 1세기에 고안되었다고 불리우는 그리스의 박카스 신전에서는 신전내의 박카스신과 여신상이 촛대에 불이 켜짐과 동시에 움직이기 시작하며 1회전 했다고 한다. 아마도 박카스신전이 현재 알려져 있는 가장 오래된 자동인형일 것이다.

(3) 자동인형

자동인형을 만들 수 있는 시대에도 아직 로봇이라 부르기에는 부족한 점이 많다. 자동인형은 단지 태엽을 감는 인형으로 정해진 동작만을 반복하기 때문이다. 그러나 움직이는 정밀한 기계를 만들기 시작했다는데 그 의의가 있다. 먼저 서양의 자동인형을 살펴볼까요?

서양의 자동인형이 발달한 원인은 바로 근대에 이르러 발달된 시계 기술의 덕분이었다.

1737년 프랑스의 자크 드 보캉송은 가장 훌륭한 자동인형인 '오리'를 만들었다. 왼편의 그림과 같은 구조를 가지고 있다. 이 오리는 마치 진짜처럼 수영을 하고, 꽥꽥거리고, 물도 마시고, 꽁무니로 배설도 했다.

또 다른 예로 오른쪽 사진에서 볼 수 있는 스위스의 드로스(Pierre Jacquet-Droz)가 만든 자동인형을 들 수 있다. 이것도 태엽과 톱니바퀴를 이용하여 머리나 손을 움직이고 눈을 닫을 수 있으며, 종이 위에 글씨나 개의 그림을 그릴 수 있는 매우 정교한 것이었다.

(4) 로봇에 영향을 주게된 역사적 발명

18, 19세기에는 산업혁명의 시대였다. 기계들은 실을 짜거나, 옷감을 만드는 일 등 이전까지는 숙련된 장인들이 해왔던 작업을 수행했다. 그리고 막 발명되었던 증기엔진이 새로운 동력원으로 등장했다.

1764년 영국의 방직공 제임스 하그리브스는 딸이 쓰러뜨린 방직기계를 보고 물레바퀴가 수직으로 세워져도 여전히 작동한다는 사실을 알게 되었고 수직으로 세워진 기계가 전부 하나의 기계로 돌아갈 수 있다는 것을 깨달았다. 그는 결국 80개의 실을 짤 수 있는 기계를 만들었고 자신의 딸의 이름을 따서 '실 짜는 제니'라고 불렀다. 처음으로 많은 일을 한꺼번에 처리할 수 있게 되었지만 이 기계는 자동으로 움직이는 것이 아니므로 그것을 조종할 사람이 필요했다. 그러나 곧 부분적으로 기계를 제어할 수 있는 제어기가 발명되었다. 스코틀랜드의 제임스 와트가 '뜬공 조절기'라는 제어기를 발명한 것이다. 엔진이 점점 빨리돌면 양옆의 공이 원심력으로 인해 점점 공중에 뜨게되고 중기벨브를 점점 조이게 되어 엔진의 속도가 느려집니다. 느려지면 다시 공은 천천히 내려오게 된다는 원리이다. 이 제어장치는 최초로 '피드백'을 하는 장치이다.

(5) 금속 로봇

이 후 여러가지 기술들이 더 발명이 되고 로봇에 응용됨으로써 금속 로봇이 등장했다. 1927년 미국에서 전기를 이용한 텔레복스가 나왔으며, 점차 다른 신기술의 사용으로 여러가지 산업용 로봇이 선을 보였다. 지금까지 살펴본 것처럼 로봇은 우연히 우리곁에 다가온 것이 아닙니다. 전설과 우화 그리고 생활 속에서 생겨나 발전해 온 것이다. 고대에서 근대로, 근대에서 현재로 시간이 흐르면서 과학기술이 발전하듯 로봇도 함께 발전해온 것이다.

신기하죠? 동양에서도 이와 비슷한 자동인형이 있다. 일본의 에도시대에 만들어진 것으로 움직이는 동작을 살펴보면 왼쪽 그림과 같다. 우선 주인이 인형의 손에 찻잔을 놓으면 정지 장치가 풀어져 인형은 머리를 흔들면서 손님에게 다가가며, 인형으로부터 손님이 찻잔을 들어올리면 정지한다. 차를 다 마신 후에 찻잔을 인형의 손위에 올려놓으면, 이번에는 180도로 방향을 바꿔서 직진하여 주인 쪽으로 돌아옵니다.

13세기에는 점심시간 때가 되면 날개를 펴고 세 번 시간을 알려주었다고 하는 날개 펼치는 닭, 15세기에는 해가 뜸과 동시에 소리를 내는 에티오피마 왕의 동상 등이 만들어졌다. 그런데 이것들은 고작 제자리에서 회전을 하거나 소리를 내는 것이 전부니 로봇이라고 하기에는 모자란 면이 많다. 하지만 인간의 이런 생각들이 오늘날의 로봇을 만들어내는데 출발점이 되어준 것이다.

2) 로봇의 현재

(1) 생활 속의 로봇

■ 냉장고

냉장고가 로봇이 아니라구요? 여러분의 상상처럼 손, 발을 가지고 있지는 않지만 냉장고 속의 온도를 센서가 감지해 항상 시원하게 유지하고 있다. 겉모습만 사람같지 않을 뿐이지 로봇의 기능을 하고 있다.

■ 전자렌지

전자렌지는 냉장고와는 반대로 음식에 따라 속의 온도를 뜨겁게 해주고 있다.

■ 세탁기

아무리 그래도 세탁기는 로봇이 아니라구요?

물론 예전의 세탁기는 단순한 기계에 불과 했지만, 지금은 빨래양과 옷감의 종류를 파악해 스스로 빨래방법을 생각하는 세탁기가 나왔다. 이만하면 세탁기도 똑똑한 로봇이죠?

■ 에어컨

이쯤이면 에어컨도 로봇이란는 것을 눈치챘겠죠? 하지만 무슨 이유로 그런지는 잘모르겠다구요? 요즘에어컨은 실내 온도를 감지하여 온도와 풍량을 자동으로 설정해서 작동한다.

가만보니 이 로봇은 센서를 자기 몸 밖에 가지고 있군요.

냉장고나 전자렌지와는 반대로 된 것인데, 이점은 잘 기억해 두세요. 센서설명에서 다룰 것이다.

이 밖에도 자동문이라든지 자동 조명도 크게 생각하면 로봇의 일종이라고 할 수 있다. 자동문과 자동조명에 사용된 센서는 우리가 만들 로봇에도 쓰이기 때문에 뒤에 자세히 설명할 것이다.

(2) 산업현장에서의 로봇

■ 조종 로봇(Operating Robot)

로봇이 하는 일의 일부 또는 전부를 사람이 직접 조작하여 움직이는 로봇이다. 사진속의 솔이 달린 이 로봇은 사람이 직접 조종하며 청소를 할 수 있다.

■ 시퀀스 로봇(Sequence Control Robot)

작업순서, 조건 및 위치 등의 정보가 미리 설정되어 있어서 동작의 각 단계를 순서에 따라 진행하는 로봇이다. TV속에서 흔히 볼 수 있는 자동차 용접로봇과 같은 단순 반복적인 일을 주로 한다.

■ 플레이백 로봇(Playback Robot)

사람이 로보트를 움직이는데 따라 작업의 순서, 조건, 위치 및 기타 정보등이 교시(teach)되고 이 정보에 의해 작업을 수행하는 로봇이다. 쉽게 말하면 사람이 했던 행동을 기억하고 있다가 그대로 따라하는 로봇이다.

■ 수치제어 로봇(Numerically Controlled Robot)

지금까지의 로봇은 사람이 직접 움직이거나 미리 정해진 순서에 따라 행동했지만, 이 로봇은 수치나 언어로 새로운 정보를 주면 그에 따라 다른 작업을 할 수 있다.

■ 학습제어 로봇(Learning Controlled Robot)

작업경험을 반영시켜 적절한 작업을 수행하는 제어기능을 갖는 로봇이다. 옆의 사진 속의 그림 그리는 로봇은 사물을 보고 나름대로 인식을 한 다음, 상황에 맞게 붓의 힘을 조절하여 그림을 그릴 수 있다. 플레이백 로봇은 사람이 가르쳐준 것 이외에는 다른 일을 할 수 없지만 이 로봇들은 스스로 배워가며 자신의 일을 할 수 있다.

3) 로봇의 미래로봇

(1) 조종로봇

산업용로봇에서 배운 것처럼 사람이 직접 조종하는 로봇이다. '에일리언2'에서는 작업용 로봇으로 표현됐으며 마지막에 에일리언을 물리치는 장면에도 등장한다.

(2) 사이보그(Cyborg)

사이보그는 인공두뇌학(cybernetics)과 유기체(organism)의 합성어인데, 기계나 인공장기 등으로 이식된 개조된 인간을 말한다. 따라서 사이보그는 로봇과는 달리 인간이다.

'로보캅'에서 나오는 주인공처럼 비록 신체의 거의 전부가 기계로 바뀌어지긴 했지만 뇌와 같은 중요한 부분이 남아있어 인간이라고 보는 것이 더 정확한다.

(3) 안드로이드(Android)

안드로이드는 '인간을 닳은 것' 이라는 뜻의 그리이스 말에서 기원한다. 가을 초저녁 동쪽 하늘에서 볼 수 있는 안드로메다자리(Andromeda)도 그 형상이 그리스 신화에 나오는 케페 우스 왕의 딸처럼 아름다운 사람의 모습을 하고 있어 붙여진 이름이다.

안드로이드란 이름이 뜻하듯, 인간과 같이 세포등의 원형질로 되어 있어서 겉으로 보기에는 인간과 전혀 구별할 수 없는 가공의 생물을 의미한다. '복제 인간'이라고도 불리는 이들에겐 사람처럼 수명도 있다.

안드로이드는 분자생물학의 발달로 탄생된 SF영화의 주인공이다. '파이브스타 스토리'의 파티마나 '에이리언' 시리즈의 비숍을 예로 들 수 있다.

(4) 휴머노이드(Humanoid)

겉모습이나 행동이 인간과 가까운 로봇을 말한다. 안드로이드와 달리 몸이 기계적인 것들로만 구성되어있다. 대부분의 영화에 등장하는 로봇이 여기에 속한다.

3) 영화제작용 로봇

영화에서 나오는 로봇의 종류를 알아보았습니다. 그럼, 이런 로봇은 실제 어떻게 만들어져 쓰이고 있을까요? 첫번째 사진을 보면 로봇의 다리가 바닥에 붙어 있는 것을 알 수 있다. 오른쪽 사진처럼 움직일 때 다른 기구에 부착해 이동을 시키기 위해서 입니다. 영화속에서는 멋지게 두 다리로 걸었는데 지금보니 조금 이상하죠? 우리가 보는 화면은 컴퓨터로 편집된 화면이라 이런 이상한 기구는 나타나지 않아 마치 두 다리로 직접 것는 것처럼 보이는 것이다.

이번 사진은 공룡의 입 모습이다.

다른 부위는 어디 있냐구요? 눈치챈 사람도 있겠지만, 영화속에서는 촬영에 필요한 부위만 로봇으로 만들어 사용한다.

그러므로 만일 팔의 모습이 필요하다면 팔만 있는 로봇을 만들겠죠?

마지막으로 왼쪽 사진은 이런 로봇을 조종하는 방법이다. 영화 속 로봇은 센서나 인공지능을 사용하지 않고 이처럼 사람이 직접 조종하는 경우가 대부분이랍니다.

이유는 영화 속 로봇은 실제로 움직일 필요가 없고 촬영 시 그럴듯하게 보이기만해도 충분하기 때문이다.

3. 로봇 교육의 목적과 필요성

1) 로봇교육의 목적

로봇은 현대 과학기술의 집대성이라 할 수 있을 정도로 기계, 전자, 컴퓨터, 정보통신, 물리, 역학등 모든 분야의 과학 기술이 집적되어 탄생한 산업이다.

하나의 로봇이 탄생하기 위해선 수학과 물리학 등의 기초 학문의 기반과 첨단 과학 기술 지식 그리고 창조력과 응용력이 필수로 요구되어지며, 이러한 첨단기술의 집합체인 로봇에 대해 배운다는 것은 관련된 모든 과학기술분야의 지식을 습득하는 것 이외에도 어린아이들에겐 창의력과 응용력을 길러주는 새로운 형태의 교육, 학습방법이기도 한다.

2) 로봇 교육의 필요성

컴퓨터와 반도체의 발달로 인해 제3의 산업혁명이라 할 수 있는 정보 혁명을 통한 IT산업 발달이후 새로운 혁명이라 할 수 있는 유전공학과 함께 로봇 공학을 들 수 있다. 일본과 미국 선진국은 앞다투어 인간형 로봇 개발에 힘을 쓰고 있어 최근 몇 년 사이에 국내에서도 인간형 로봇 개발에 박차를 가하고 있다.

현재의 청소년들이 성장하여 산업 일선에 나설 때 즈음에는 로봇은 현재보다 더 가까이 영화속에서나 보고 상상할 수 있었던 로봇과 함께 지내는 시대가 도래할 것으로 예상하고 있다. 이러한 로봇산업 시대를 이끌어갈 인재를 조기에 발굴ㆍ육성함으로서 IT 강국을 이룬 현재와 같이 로봇 산업을 이끌어 가는 로봇 강국을 위한 초석을 다져야 한다.

4. 로봇 교육의 현황

앞에서 설명한 것과 같이 기초 과학 지식과 더불어 최첨단 공학기술을 토대로 하는 로봇 기술의 특성상 주로 고급 교육 기관에서 학문적인 연구를 토대로 하는 교육을 주로 이루어졌으나, 최근 몇 년 동안 컴퓨터와 반도체 기술의 발달을 통한 로봇 산업의 급속한 발전이 이루어짐에 따라 로봇 교육의 필요성을 인식하고, 기존 청소년수련시설에서의 획일화된 수련활동과 달리 차별화 등을 위한 새로운 영재 교육의 방안으로 각광을 받기 시작함에 따라 여러 단체와 기업에서 로봇 교육을 시행하고 있다.

1) 흥미 유발을 통한 로봇 교육

블록 형태의 구조물을 이용한 단순 동작을 취하는 로봇 형태를 뛴 로봇 제작을 통하여 처음 로봇을 접하는 청소년에게 흥미를 유발함으로서 로봇 교육에 대한 관심을 유도하는 교육을 시행하고 있다.

2) 창의력과 응용력 개발을 위한 로봇 교육

다양한 구조물을 통하여 로봇의 동작원리를 교육하고, 창작 로봇을 제작할 수 있도록 유도하고, 로봇 프로그래밍 교육을 통하여 자율 이동 로봇 제작을 체험하고, 단순 동작을 취하는 로봇에 전자 지식을 이용한 자율이동 로봇으로의 개조 교육을 통하여 발달 과정의 청소년에게 창의력과 응용력 증진을 위한 교육을 시행하고 있다.

3) 기존로봇 교육의 장점과 단점

기초 과학 지식과 첨단 로봇 기술에 대한 지식을 흥미롭게 교육함으로서 처음 로봇을 접하는 청소년들에게 쉽게 로봇 교육에 관심을 가지도록 유도함으로서 로봇매니아 육성과 로봇 영재를 발굴 육성하는데 있어 다양한 접근을 할 수 있다.

그러나, 현재의 로봇 교육은 로봇 교육을 시행할 수 있는 전문지식을 갖춘 강사에 대한 인프라가 부족하며, 시행 단체에 따라 특정 업체의 제품만을 활용할 수 있는 로봇 교육을 시행함으로서 한정된 로봇 교육 시행과, 특정 업체의 제품 판매에 급급한 교육을 시행할 우려가 있으며, 로봇 교육 비용과 로봇 교육을 위한 재료 비용이 과다한 경향이 있어 특정 대상으로 하는 로봇 교육이 시행됨으로서 일반적 로봇 교육을 시행하기에는 어려운 점이 있다.

5. roboREX 단계별 로봇영재교육

roboREX는 「문화관광부 2002년도 청소년 수련시설 특성화 프로그램 지원사업」의 일환으로 시행한 「로봇을 만드는 친구들」 청소년 수련 프로그램을 통하여 발굴 육성하는 로봇 영재단의 명칭으로 Robot Education experience를 표방하며, 지속적인 로봇 교육 개발과 보급을 통하여 특정 대상으로 한정된 로봇 교육의 대중화를 위하여 노력하고 있다.

1) 기초로봇제작을 통한 로봇 영재 발굴 프로그램

(1) 기초로봇제작

단순 동작을 반복하는 다양한 기초 로봇 제작을 체험함으로서 로봇 동작을 위한 기계 구조 원리 교육과 전기ㆍ전자 기초 지식 교육을 시행하여 로봇 영재 발굴을 위한 프로그램이다.

(2) 로봇체험 캠프

로봇 프로그램 체험, 제작 체험 등을 통하여 산골 학교 학생들에게도 로봇 교육을 체험할 수 있도록 기회의 장을 제공하여 로봇 교육의 대중화를 친한 프로그램이다.

2) 단계별 과정을 통한 로봇 영재 육성 프로그램