AI와 만난 로봇, 미래는 어떤 모습일까요? MIT 교수의 대답은 [더테크웨이브]

루카 칼론 MIT 교수 인터뷰
인공지능 시대, 로봇 어디까지 왔나
“AI가 차세대(Next Zen) 로봇 가속화”

대규모언어모델(LLM)을 로보틱스와 접목해 실제 존재하는 물리적 세계로 적용하기 위한 행보가 빨라지고 있다. 생성형AI 생태계가 확장되고 있지만 현재까지는 디지털 공간 내에서 생산되는 것이 대부분이다. 하지만 언어모델을 로봇에 적용할 수 있다면, 자연어 명령만으로 로봇을 조종하거나 창작활동을 하는 것이 가능해질 수 있다. 특히 이러한 흐름은 올들어 인공지능(AI)모델이 급격하게 발전한 덕분에 기술 개발 속도에 탄력이 붙은 상황이다.

지난 3월 마이크로소프트(MS)의 ‘자율시스템·로보틱스’ 연구팀은 챗봇 ‘챗GPT’를 활용해 로봇을 제어하는 기술을 선보였다. 오픈AI는 상반기 노르웨이 기반의 로봇 회사 ‘1X’ 투자라운드에 참여했다. 2014년 노르웨이에서 설립된 1X는 휴머노이드 로봇을 제작하는 회사다. 구글은 스스로 프로그래밍할 수 있는 로봇을 테스트중이다.

최근 로봇 분야에서는 인공지능(AI)와 융합해 궁극적으로 인간의 개입을 필요로 하지 않는 ‘무인화’를 표방하며 기술 개발이 빠르게 이뤄지는 추세다. 실제로 로봇을 둘러싼 경제강국들의 공격적인 투자는 각국의 ‘제조업 부흥 정책’을 빼놓고 설명하기 어렵다. 코로나19 팬데믹 이후 비대면과 자동화가 일반화되면서 국방, 제조, 모빌리티,물류, 정보통신 등 산업 곳곳에서 로봇 활용이 빠르게 확산됐다.이러한 가운데 성장이 멈춘 선진국들이 고령화·저출산에 따른 일손 부족, 인건비 상승 흐름 속에서 로봇을 제조업을 혁신시킬 핵심 기술로 주목하고 있는 것이다.

궁극적으로 AI와 같은 기반기술의 발전은 물리세계에서 스스로 활동할 수 있는 ‘휴머노이드 로봇’의 출현으로 이어질 수 있다. 로봇 연구에서 앞서가는 미국 등 학계에서는 최근 ‘생성형AI’를 탑재한 로봇이 인간의 명령을 수행하는 프로젝트가 연구자들의 주된 관심사로 떠올랐다.

AI로봇의 발전은 인류를 어떤 미래로 안내할 것인가. 과연 휴머노이드는 인간을 대체할까? 이번주 <더테크웨이브>에서는 현재 로봇의 기술 단계와 앞으로의 미래에 대해 루카 칼론 매사추세츠공과대학교(MIT)교수와 나눈 대화를 소개한다. 그는 MIT에서 학부생들에게 로봇에 입문하는 과정을 가르치고 있다. 다음은 그와의 일문일답.

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-실생활 침투 측면에서 로봇의 미래를 어떻게 전망하나.

=개인용 컴퓨터, 스마트폰, 인터넷이 우리 사회에 혁명을 일으켰듯이 로봇은 운송, 제조, 공급망 물류, 항공, 노인 돌봄 등 다양한 영역에서 우리 삶의 많은 측면에 깊은 영향을 미칠 것이다. 로봇은 반복적이고 위험하거나 인간의 노동력이 부족한 작업, 즉 로봇의 ‘4D’ 작업, 즉 인간이 하기에는 너무 위험하고(Dangerous), 더럽고(Dirty), 지루하고(Dull), 멍청한(Dumb) 작업을 수행할 수 있도록 사람들을 돕고 있다. 예컨대 자율주행차는 이미 많은 도시에 배치되어 있고, 서비스 로봇은 창고에서 물건을 옮긴다. 로봇 청소기는 아파트 바닥을 청소하고, 수색·구조 로봇은 재난 대응에 사용된다. 또 우주 로봇은 다른 행성을 탐사하는 데 사용되는 잠재력이 가시화하고 있다. 아직까지는 이러한 로봇이 비교적 단순한 작업을 수행하거나 인간의 광범위한 감독을 필요로 한다. 차세대 로봇은 인간과 상호 작용하며 집안 정리부터 노인 돌보기, 신제품 설계 및 제작에 이르기까지 복잡한 작업을 수행할 수 있게 될 것이다.

-로봇은 여러 기술의 퓨전으로 발전하고 있다. 머신러닝, 5G, 빅데이터와 같은 기술들이 새로운 로봇 등장에 어떤 영향을 줄까.

=로봇은 정의상 현실 세계에서 물리적 동작을 수행할 수 있는 지능형 기계를 말한다. 로봇이 하드웨어와 결합된 알고리즘과 AI에 의존해 세상과 상호작용하고 움직일 수 있다는 의미다. 심층 신경망과 대규모 언어 모델을 포함한 최근의 AI 물결은 기계의 지능을 향상시킬 수 있는 새로운 도구를 제공한다. 이제 로봇은 머신러닝을 통해 물체를 식별하고 고급 조작 작업을 수행하는 방법을 학습한다. 가령 매핑을 위해 개발된 획기적인 알고리즘을 사용하면 복잡한 계획을 수행하고 주변 환경의 장애물을 매핑할 수 있다. 동시에 모터와 센서의 성능은 향상되고 가격은 낮아지면서 새로운 알고리즘과 AI의 영향력이 커지고 있다. 5G 기술은 수백만 개의 디바이스를 연결하고 고대역폭과 초저지연으로 통신할 수 있는 기회를 만든다. 로봇이 인간 혹은 다른 로봇과 더 많은 정보를 공유할 수 있는 기회를 창출한다는 뜻이다. 한 가지가 아닌 이러한 모든 측면이 결합되어 차세대 로봇이 탄생할 것으로 본다. 앞으로의 도전과제도 많다.

로봇 시장 관련 데이터 <매경DB>

-로보틱스를 AI와 함께 키워야 할 이유는?

-AI는 이미지와 인터넷 데이터에서 사물과 얼굴을 식별하고, 인간과 유창하게 대화하고(ChatGPT) 게임을 플레이하는 데(알파고) 매우 성공적이었다. 하지만 로보틱스에 있어 일반적인 AI 애플리케이션을 넘어서는 새로운 과제가 있다. 예를 들어 일반적인 AI 애플리케이션과 달리 로봇은 대규모 데이터 세트의 이점을 누릴 수 없는 경우가 많다. 로봇이 학습할 수 있는(비지도 방식으로) 새로운 AI 방법을 설계하는 것이 필요하다. 무엇보다 다른 인터넷 애플리케이션과 달리 AI 알고리즘의 실패는 사람의 생명을 위험에 빠뜨릴 수 있다. 안전을 보장할 수 있는 방법을 반드시 설계해야 한다. 이러한 과제를 해결하기 위해서는 AI에 대해 다시 생각해보고 AI 알고리즘이 로봇에 어떻게 구현되어야 하는지부터 살펴봐야 한다.

AI를 탑재해 마치 사람처럼 생각하고 한 획 한 획 그림을 그려내는 로봇 ‘프리다’가 그림을 그리는 모습. 오혜진 카네기멜런대 로보틱스학과 교수팀이 개발에 성공했다. <CMU제공>

-팬데믹 이후 각 분야에서 로봇의 쓰임새가 크게 늘었다. 어떤 종류의 로봇이 가장 빠르게 실생활에 침투하고 있다고 보는가.

=여러 분야에서 로봇 공학 그리고 자동화가 빠르게 발전하고 있다. 코로나19는 분명 로봇 공학의 잠재력에 대해 확실히 눈을 뜨게 해 줬다.이러한 분야 중 상당수는 이미 빠른 속도로 발전하고 있다. 예를 들어 미국에서는 이미 아마존과 같은 기업들이 물류창고에 로봇을 배치하고 있다. 첨단 AI 기반 로봇은 이미 수백만 개의 제품을 처리하고 있으며 행성 로봇은 이미 우주에 대한 우리의 이해를 넓히고 있다. 또 전 세계적으로 식량 수요가 빠르게 증가하고 있다. 식량 생산을 보다 효율적이고 지속 가능하게 만들기 위해서는 로봇 공학이 필요합니다. 버단트 로보틱스와 같은 대기업과 스타트업은 차세대 농업용 로봇을 개발하고 있는데, 증가하는 식량 수요에 대처하는 데 기여할 것으로 기대된다. 마지막으로 최근 보스턴 다이내믹스(Boston Dynamics)의 투자와 새로운 AI 연구소를 설립 그리고 일론 머스크의 옵티머스 로봇에서 볼 수 있듯이 다양한 가정용서비스 애플리케이션에서 작동할 수 있는 휴머노이드 로봇의 개발이 최근의 추세로 보인다.

-로보틱스는 우리의 일자리를 뺏어갈 나쁜 기술일까?

=사회적으로 로봇공학이 우리 삶에 긍정적인 영향을 미칠 수 있도록 노력해야 한다. 과거에는 자동화가 일자리를 빼앗는 것이 아니라 새로운 기회를 창출하는 경우가 많았다. 일례로, 은행 거래를 자동으로 처리하는 ATM이 도입되었을 때 많은 사람들이 이 기계가 은행원의 일자리를 빼앗을 것이라고 우려했다. 하지만 이 기계는 더 많은 일자리, 특히 현금을 건네는 것과 같이 기계적인 업무가 아닌 고객과의 상호작용에 관한 일자리를 창출했다. 즉, 기술이 일자리를 빼앗을 것이라는 우려에도 불구하고 기술은 결국 더 많은 더 나은 일자리를 창출한 것이다. 로봇 공학이 노동력 부족에 대처하는 데 도움이 될 수 있는 응용 분야도 많다. 예컨대 현재 미국에서는 트럭 운전사가 부족한 상황인데 자율주행 트럭은 이러한 문제를 해결할 수 있는 유망한 기술로 여겨지고 있다. 동시에 자동화가 도움이 될 수 있는 위험한 작업도 많이 있다. 기름 탱크 청소부터 교량 점검, 지하 채굴에 이르기까지 로봇이 인간의 위험을 줄이고 작업 환경을 개선하는 데 사용되는 것을 보는 것은 흥미로울 것이다.

-로보틱스가 스마트폰의 등장과 같은 ‘테크쇼크’가 될 수 있을까. 기술 퀀텀점프가 일어날 시점은 언제가 될까.

=그렇다. 빌 게이츠를 비롯한 많은 사람들이 로봇 공학의 잠재력을 파악하고 개인용 컴퓨터와 마찬가지로 모든 가정에 로봇이 있는 미래를 상상했다. 2010년경부터 지금까지 자율 주행 분야에서 인상적인 발전이 이루어지고 있는 등 우리는 많은 분야에서 이미 ‘도약’을 경험했다. 그러나 전반적인 기술이 어떻게 발전할지 예측하는 것은 여전히 어렵다. ‘아마라의 법칙’에 따르면 우리는 기술의 효과를 단기적으로는 과대평가하고 장기적으로는 과소평가하는 경향이 있다. 이는 새로운 아이디어가 얼마나 쉽게 과대포장되는 반면 그 심오하고 장기적인 영향력은 과소평가하는 것을 의미한다. 개인적으로 로봇 공학이 ‘퀀텀 점프’를 이루기보다는 점진적으로 우리 사회에 스며들 것이라고 생각한다. 가령 자율주행차의 경우, 사람이 운전하는 일이 갑자기 사라지는 것이 아니라 점점 더 많은 첨단 로봇 기능이 사람의 운전을 돕는 데 사용되고 특정 영역에서 완전 자율주행 기술이 점점 더 많이 보급될 것이다.

테슬라 로봇 옵티머스. <테슬라>

-로보틱스를 전략 자산으로 인식하고 이를 키우기 위한 미중 경쟁이 벌어지고 있다. 한국도 적극적이다. 로봇 생태계 육성을 위해 국가는 무엇을 해야하나.

=모든 전략 기술과 마찬가지로 로봇공학의 잠재력을 인식하고 이 기술의 개발을 육성하는 것이 중요하다. 미국에서는 국립과학재단의 새로운 프로그램을 통해 로봇 공학 및 사이버 물리 시스템의 기초 연구 개발을 촉진하고 있다. 연구원들은 종종 미국 국가 로봇 로드맵과 같은 로봇 개발을 위한 ‘로드맵’의 윤곽을 잡기 위해 함께 모인다. 마찬가지로 이러한 기술을 스타트업과 실제 제품으로 전환하기 위한 상당한 투자가 이뤄지고 있다. 한국에서도 서울대 캠퍼스타운 프로젝트와 같이 스타트업을 육성하기 위한 노력이 병행되고 있는 것으로 알고 있다. 이러한 노력이 로봇 기술의 발전을 가속화하고 우리 사회에 긍정적인 영향을 미칠 수 있도록 하는 데 매우 중요할 것으로 생각한다.

현대차그룹 자회사 보스턴 다이내믹스가 개발한 로봇 아틀라스. <보스턴다이내믹스>

-로봇의 의한 ‘완전 자동화’ 시점은 언제로 볼 수 있을까?

=새로운 기술의 개발과 로봇공학의 광범위한 도입은 새로운 로봇의 제조 및 배치 비용을 절감할 것이다. 예를 들어보면 지난 수십 년 동안 제어·전기 모터의 발전으로 산업용 조작기는 초인적인 견고성, 정확성, 효율성을 갖춘 용접 및 조립 작업을 수행할 수 있게 됐다. 또 다른 예로는 AI와 의사결정 알고리즘의 발전으로 체스나 바둑과 같은 보드 게임에서 인간 전문가를 능가하는 소프트웨어(딥 블루, 알파고)가 탄생했다. 저는 컴퓨팅, 감지 및 인식 알고리즘의 발전이 인간과 나란히 일할 수 있고 어떤 작업에서든 인간을 도울 수 있는 기계로 이어질 것이라고 주장하고 있다. 그 시기가 언제가 될지는 아직 미지수지만, 앞으로 몇 년 안에 흥미로운 일들을 보게 될 것이라고 확신한다. 저는 두 딸이 있다. 차세대 로봇이 딸들을 위해 더 나은, 더 지속 가능하고 안전한 미래를 만드는 데 기여하는 것을 보고 싶다.

루카 칼론 MIT 교수. <서울대 캠퍼스타운사업단>

루카 칼론 교수는

칼론 교수는 MIT 항공우주학과 교수이자 정보 및 의사 결정 시스템 연구소(LIDS)의 책임 연구자다. 현재 MIT에서 그는 <로봇 공학: 과학과 시스템>이라는 학부생을 위한 로봇 공학 입문 과목을 가르치고 있다. 단일 및 다중 로봇 시스템의 감지, 인식, 의사 결정에 적용되는 비선형 추정, 수치 및 분산 최적화, 확률적 추론 등이 그의 주요 연구 분야다. 그는 ICRA 2020에서 로봇 비전 부문 최우수 논문상, IEEE 로봇 및 자동화 레터에서 2020 우수상, 2021 IEEE 항공우주 컨퍼런스에서 트랙 최우수 논문상 등을 수상했다. 칼론 교수는 최근 서울대 캠퍼스타운사업단의 초청으로 서울대를 방문해 로보틱스에 대한 특강을 진행했다.

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루카 칼론과의 대화 원문

-How do you view the future of robots in terms of penetration of real life?

=As personal computers, smartphones, and the internet revolutionized our society, robots will deeply impact many aspects of our life, from transportation, to manufacturing, supply chain logistics, aviation, and elderly care, among many other domains. Robots will help people with tasks that are repetitive and dangerous, or for which there is a shortage of human labor; these are the “4D” tasks of robotics: tasks that are too Dangerous, Dirty, Dull, and Dumb for humans. This potential is already visible today: self-driving cars are already deployed in many cities, service robots are moving goods in warehouses, robot vacuum cleaners are sweeping our apartment floors, search-and-rescue robots are used during disaster response, and space robots are used to explore other planets. While so far these robots still execute relatively simple tasks or require extensive human supervision, the next generation of robots will be able to interact with humans and execute complex tasks, from tidying our houses, to taking care of our elderly, and helping us design and build new products.

-Robots are not just hardware, but are like a fusion of high-tech technologies where ai machine learning, 5g technology, and hardware interact. For example, In order for robots to move on their own, autonomous driving technology based on artificial intelligence (AI) is needed. It is also equipped with high-speed communication infrastructure such as 5G mobile communication. It seems that robots are a collection of advanced technologies. ai, machine learning, 5g, big data, etc. which technology will have more impact on the development of new robots?

=Robots are by definition intelligent machines capable of performing physical actions in the real world. Therefore, they combine algorithms and AI with hardware that allow them to move and interact with the world. The recent wave of AI, including deep neural networks and large language models, is providing new tools to enhance the intelligence of our machines. Now robots can learn to identify objects and perform advanced manipulation tasks, thanks to machine learning, moreover, they can perform complex planning and map obstacles in their environment, using breakthrough algorithms developed for planning and mapping. At the same time, motors and sensors are getting better and cheaper, which is amplifying the impact of new algorithms and AI. Finally, 5G technology creates the opportunity to connect millions of devices and communicate with high bandwidth and very low-latency, which creates opportunities for robots to share more information with humans and other robots. Rather than a single aspect, all these aspects combined will lead to the next generation of robots, but not without challenges.

-Why should AI and robots be fostered together?

=AI has been very successful in identifying objects and faces in images and internet data, enabling fluent conversation with humans (think about ChatGPT), and playing games (think about AlphaGo, the AI system that was able to defeat a professional player in the game of Go). But robotics poses new challenges that go beyond the typical AI applications. For instance, in many cases, contrary to typical AI applications, robots cannot benefit from large-scale datasets and it is desirable to design new AI methods where robots can learn in unsupervised fashion. Moreover, contrary to many internet applications, failures of AI algorithms may put human life at risk, so we need to design methods that can ensure safety. These challenges require rethinking AI and investigating how AI algorithms have to be embodied in a robot.

-The use of robots is further expanded due to COVID-19. It is used in all industries such as manufacturing (semiconductor, automobile), agriculture, construction, retail, and service. Which robot field penetrates into everyday life the fastest?

=Multiple fields are seeing fast progress in terms of robotics and automation, and COVID19 was definitely an eye-opener about the potential of robotics. Many of these fields are already progressing at a fast pace. In the United States, companies like Amazon are already deploying robots in warehouses, and advanced AI-powered robots are already handling millions of products delivered to all of us. Planetary robots are already pushing our understanding of the universe and may shed light on the presence of life on other planets; for instance, the Ingenuity helicopter, sent to Mars by NASA in 2021, has been flying autonomously on the red planet and collecting information. In the near future, I believe we will see great strides in robotics powering precision agriculture applications: world-wide food demand is quickly growing and we need robotics to make food production more efficient and sustainable. Big companies and startups, such as Verdant Robotics, are developing the next generation of agricultural robots, and will contribute to coping with the growing food demand. Finally, there is a recent trend in the development of humanoid robots that can work in a variety of domestic and service applications, as it can be seen by the recent investments of Boston Dynamics (which created a new AI institute to perform research on these topics) and Elon Musk‘s Optimus Robot.

-Humanity has faced a period of industrial transformation along with a shortage of workers and a rise in labor costs due to aging and low birthrates. Some worry that robots will infringe on human labor rights. However, some argue that it is an irreversible trend of the times. Is a robot a bad technology to steal jobs? Or will it increase efficiency and contribute more to human development?

=As a society, we will have to work to ensure that robotics has a positive impact on our lives. In many cases in the past, automation ended up creating new opportunities rather than stealing jobs. As an anecdote, when ATMs were introduced as an automatic way to handle bank transactions, many were afraid that these machines were going to steal the job of bank tellers; however, these machines ended up creating more jobs, and in particular jobs that were less mechanical (for instance, handing cash) and more about interfacing with the customers. In other words, despite the fears of technology stealing jobs, the technology ended up creating more and better jobs. Moreover, there are many applications where robotics can help cope with a shortage of human labor. For instance, in the United States there is currently a shortage of truck drivers, and self-driving trucks are seen as a promising technology to help in that regard. At the same time, there are many dangerous jobs where automation can help: from cleaning an oil tank to inspecting a bridge and mining the underground, it would be exciting to see robots be used to reduce the risks for humans and improve their working conditions.

-There is a high expectation that combining robotics will cause a tech wave that is comparable to the shock of the appearance of smartphones in the past. When do you expect the quantum jump of robot technology to take place?

=Yes, many people, including Bill Gates, have identified the potential of robotics and envisioned a future where, similarly to personal computers, we will have a robot in every home. In many fields, we have already seen a “jump”: for instance, from around 2010 to now, we have seen an impressive progress in autonomous driving. However, predicting how the overall technology will progress remains difficult. Amara’s law states that “we tend to overestimate the effect of a technology in the short run and underestimate the effect in the long run”, stressing how easy is to hype new ideas while underestimating their profound, long-term impact. My take is that rather than seeing a “quantum jump”, robotics will more gradually permeate our society. For instance, for self-driving cars, rather than witnessing a sudden disappearance of human driving, we are going to see more and more advanced robotics features being used to help humans to drive, as well as a growing deployment of full self-driving technologies in specific areas.

-Countries like Korea, the U.S. and China, there are voices calling for robots to be grown as a food for the national future. Can the robot industry be a strategic asset for the nations like semiconductors and batteries? What is the role of the state in order to achieve both robot technology and industrial development at the same time?

=As for every strategic technology, it is important to recognize the potential of robotics and nurture the development of this technology. In the United States, new programs from the National Science Foundation are fostering the development of foundational research in robotics and cyber-physical systems. Researchers often come together to outline “roadmaps” for robotics development, such as the US National Robotics Roadmap. Similarly, there are substantial investments to transition these technologies into startups and real products. I am aware of parallel efforts to promote startups in South Korea, such as the Seoul National University Campus-Town Project, and I believe these efforts will be crucial to accelerate progress and ensure that robotics technologies will have a positive impact on our society.

-When will a world where perfect robot automation has been achieved become a reality? What should we do to make robots cheaper and easier to distribute?

=The development of new technologies and the broader adoption of robotics will reduce the costs of manufacturing and deploying new robots. In the last decades, advances in control and electric motors have enabled industrial manipulators to perform welding and assembly operations with super-human robustness, accuracy, and efficiency. Advances in AI and decision-making algorithms have produced software (e.g., Deep Blue, AlphaGo) that outperforms human experts at board games such as chess or Go. I argue that advances in computing, sensing, and perception algorithms will lead to machines that can work side-by-side with humans and help humans in any tasks. As to when that will become a reality, the jury is still out, but I am sure we will see exciting things in the coming years. I have two daughters, and I would love to see the next generation of robots contribute to creating a better, more sustainable, and safer future for them.

<황순민 기자의 더테크웨이브> 연재를 시작합니다. 기술(Tech)이 세상을 더 나은 곳으로 만들리라 믿습니다. 혁신적인 서비스로 인류를 진보시키는 최신 기술 동향과 기업 사례를 소개하겠습니다. 네이버 기자페이지를 구독하시면 다음 기사를 쉽게 받아보실 수 있습니다.