다기능 로봇 시대의 로봇 기술 동향

최근 로봇 기술은 놀라운 속도로 발전하고 있습니다. 단순 반복 작업을 수행하던 단일 기능의 로봇은 점점 사라지고, 다양한 기능을 하나의 로봇에 담은 ‘다기능 로봇(Multi-functional Robot)’이 산업의 중심​으로 떠오르고 있습니다.

다기능 로봇의 부상과 기술 생태계 변화

단순 작업을 넘어선 로봇의 진화

로봇 기술이 빠르게 발전하면서 단순 반복 작업을 수행하는 단일 기능 로봇에서 벗어나, 여러 기능을 수행할 수 있는 다기능 로봇(Multi-functional Robot)이 주목받고 있습니다. 다기능 로봇은 산업용, 서비스용, 의료용, 가정용 등 다양한 분야에서 활용되며, 한 대의 로봇이 여러 가지 역할을 수행할 수 있도록 설계된 것이 특징입니다.

기존의 로봇은 특정 작업을 수행하기 위해 설계되었지만, 다기능 로봇은 하드웨어와 소프트웨어의 융합을 통해 다양한 기능을 수행할 수 있도록 유연하게 작동합니다. 예를 들어, 제조 공장에서 활용되는 다기능 로봇은 단순 조립 작업뿐만 아니라 검사, 물류 이동, 품질 관리까지 담당할 수 있습니다. 또한, 서비스업에서는 서빙뿐만 아니라 고객 응대, 안내, 환경 청소 등의 역할도 수행합니다.

최근 들어 AI, 센서 기술, 자율주행, 클라우드 컴퓨팅 등 첨단 기술이 융합되면서 다기능 로봇의 성능이 비약적으로 향상되고 있습니다. 특히, 로봇의 머신러닝 능력이 발전하면서, 로봇이 특정 환경에서 스스로 학습하고 최적의 작업 방식을 찾아낼 수 있는 시대가 열리고 있습니다.

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월마트 사례에서 본 다기능 로봇의 필요성

한편, 작년에 월마트는 매장 내 재고 확인을 담당하던 로봇을 철수하기로 결정했습니다. 코로나19로 인해 매장을 찾는 고객이 줄어들고, 대신 배송 및 픽업 서비스를 이용한 온라인 주문이 급증하면서 매장 운영 방식이 변화했기 때문입니다.

​기존에는 고객이 직접 물품을 찾아 구매했지만, 이제는 월마트 직원들이 주문에 맞춰 매장을 돌며 상품을 픽업하고 재고를 관리해야 하는 상황이 되었습니다.

그러나 재고 확인만 가능한 로봇으로는 실시간 주문에 대응하며 상품을 신속하게 찾고 보충하는 일이 어려웠고, 이로 인해 일시 품절 사태가 빈번하게 발생했습니다. 결국, 효율성을 높이기 위해 도입한 로봇이 오히려 업무의 원활한 진행을 방해하는 요소로 작용하게 된 것입니다.

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하지만, 월마트가 똑똑한 다기능 로봇을 적용했더라면 이러한 일이 일어났을까요?

다기능 로봇은 앞으로 다양한 산업에서 더욱 중요한 역할을 수행할 것으로 예상됩니다. 특히, 제조업에서는 더욱 정밀한 작업이 가능한 산업용 로봇이 등장할 것이며, 서비스 산업에서는 인간과 자연스럽게 상호작용할 수 있는 AI 기반 로봇이 확대될 것으로 전망됩니다.

또한, 노령화 사회와 노동력 부족 문제를 해결하기 위해 의료 및 가정용 로봇 시장이 크게 성장할 것으로 보입니다. 예를 들어, 고령자를 보조하는 AI 로봇, 원격 의료 서비스를 지원하는 다기능 로봇, 재활 치료를 돕는 로봇 등이 점점 더 보편화될 가능성이 높습니다.

그래서 오늘은 이러한 무한한 미래 성장성을 가진 다기능 로봇에 대해 기술 수준을 가늠할 수 있는 특허출원 동향을 준비해 보았습니다.

핵심 기술 요소 분석

다기능 로봇이 여러 기능을 수행하기 위해서는 첨단 하드웨어와 소프트웨어 기술이 함께 발전해야 합니다. 다기능 로봇의 주요 기술인 자율 이동 및 내비게이션, 인간-로봇 상호작용(HRI, Human-Robot Interaction), 다목적 로봇 팔 및 그리퍼, 클라우드 및 AI 기반 자율 학습 기술을 아래에 소개합니다.

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자율 이동 및 내비게이션 기술

다기능 로봇은 SLAM(Simultaneous Localization and Mapping) 기술을 활용하여 실시간으로 주위 환경을 스캔하고, 장애물을 피하며 최적의 경로를 찾아 이동합니다. 최근에는 LiDAR, 3D 카메라, 초음파 센서를 활용한 정밀한 내비게이션 기술이 적용되면서, 공장뿐만 아니라 실외 환경에서도 자율적으로 이동하는 로봇이 등장하고 있습니다.

예를 들어, 아마존의 물류 로봇(Kiva Systems)은 창고 내에서 스스로 최적의 경로를 찾아 이동하며 물류를 운반하고 있다. 이 기술은 물류뿐만 아니라 서비스 로봇과 의료 로봇에서도 활용되며, 병원에서는 약품을 전달하는 역할을 맡거나, 호텔에서는 고객의 짐을 운반하는 역할을 수행하기도 합니다.

인간-로봇 상호작용(HRI)

다기능 로봇은 인간과 협력해야 하는 경우가 많기 때문에, 사람의 음성을 인식하고 자연스럽게 대화할 수 있는 기능이 필요합니다. 이를 위해 AI 기반의 자연어 처리(NLP, Natural Language Processing) 기술이 적용되며, 일부 로봇은 감성 인식(Affective Computing) 기술을 활용하여 인간의 감정을 분석하고 적절한 반응을 보이기도 합니다.

예를 들어, 소프트뱅크의 페퍼(Pepper) 로봇은 사람의 감정을 분석하여 친근하게 대화를 나눌 수 있도록 설계되었습니다. 또한, 가정용 AI 로봇은 사용자의 취향과 생활 패턴을 학습하여 맞춤형 서비스를 제공할 수도 있습니다.

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다목적 로봇 팔 및 그리퍼 기술

다기능 로봇이 여러 가지 역할을 수행하기 위해서는 정밀한 동작을 수행할 수 있는 로봇 팔과 그리퍼 기술이 필수적입니다. 최근에는 모듈형 로봇 팔이 개발되면서, 필요에 따라 특정 도구를 교체하여 다양한 작업을 수행할 수 있는 기술이 적용되고 있습니다.

예를 들어, Boston Dynamics의 Spot 로봇은 다양한 도구를 부착하여 산업용 점검, 구조 활동, 물류 이동 등 다양한 작업을 수행할 수 있습니다. 또한, 로봇 손(Gripper) 기술이 발전하면서, 로봇이 섬세한 작업까지 수행할 수 있도록 설계되고 있습니다.

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클라우드 및 AI 기반 자율 학습 기술

최근에는 다기능 로봇이 클라우드와 연결되어 원격으로 학습하고 업데이트할 수 있는 기능이 중요해지고 있습니다. AI 기술을 활용하여 로봇이 사용자의 명령을 스스로 분석하고, 환경을 학습하며, 점점 더 최적화된 작업을 수행하는 방식으로 발전하고 있습니다.

예를 들어, Tesla의 Optimus 로봇은 AI 학습을 통해 가정과 산업 현장에서 다양한 작업을 수행할 수 있도록 개발 중입니다. 또한, 구글 딥마인드(DeepMind)의 강화학습 기술이 로봇 산업에 적용되면서, 로봇이 환경을 스스로 학습하여 새로운 작업을 수행하는 기술이 점점 더 발전하고 있습니다.

글로벌 특허 출원 동향과 기술 패권 경쟁

국가별 점유율 및 특허동향

국가별 점유율과 출원연도별 국가 분포를 통해 어느 국가가 어느 시점에 출원을 집중하고 있고, 시계열로 출원활동의 변화가 있는지를 살펴볼 수 있습니다.

조사 국가 : 한국, 미국, 일본, 유럽

조사 범위 : 최근 20년(출원일 기준)

검색 키워드 : 로봇, 다기능, AI

다기능 로봇의 특허는 미국이 과반이상을 특허를 점유하고 있어 미국의 강세가 드러나는 분야인 것으로 조사되었습니다. 한국, 유럽, 일본 순으로 점유율 순위를 보이고 있어, 미국 기술 주도하에 한국과 유럽 등이 쫓아가는 모습입니다.

시계열적인 연도별 출원 동향을 보면 2005년 출원이후 2010년대 초반까지 출원 유지 양상을 보이다 이후 2010년 중반부터 최근까지 급격하게 성장하는 것으로 나타나고 있어 다기능 로봇의 연구개발에 관심이 증가한 것으로 생각됩니다.

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국가별 기술 성장 단계

각 국의 기술성장단계를 보면, 일본을 제외하고 모든 국가가 최근까지 출원 성장이 이루어지고 있는 것으로 보입니다. 다만, 일본의 최근 감소세나 미국과 유럽의 최근 증가폭의 둔화 상황은 고려되어야 할 것입니다. 상용화에 집중하는 단계로 잠시 기술개발 또는 출원에 미진한 상황인지 또는 기술개발 단계에서 어떠한 장벽을 만난 것인지는 조금 더 지켜봐야 할 듯 합니다.

국가별 출원인 현황

미국은 외국인의 출원 점유율이 절반 가까이 되고 출원국도 다수인 것으로 조사되어 미국 시장에 대한 각국의 시장 진입 의지가 확고한 것으로 보입니다. 한국의 경우 자국 출원 비율이 80%를 상회하고 있어 해외 출원인에 대한 진입 장벽을 어느정도는 구축하였다고 판단은되나 로봇 분야는 기술 및 시장을 주도하는 특정 기업들이 있는 만큼 국내 진입하는 해외 기업에 대한 안테나는 항상 세워두어야 할 것입니다.

주요 출원인 현황

다기능 로봇에 대한 주요 출원인은 구글, 보잉, 네브라스카대학, 쿠카, 야스까와 등이 상위에 위치한 것으로 확인됩니다. 대체로 미국과 일본의 기업들이 상위 출원인에 다수 위치한 것으로 파악됩니다.

일본은 전통적으로 로봇 분야에 강세를 보이고 있어 다기능 로봇 분야에서도 상위 출원인에 포함되어 있는 것으로 판단되며, 미국의 경우 다기능 로봇이 AI와 자율주행 소프트웨어 등의 기술이 적용되는 분야이고 이는 미국이 기술 우위를 점하고 있는 까닭으로 상위에 다수의 출원인이 위치한 것으로 판단됩니다.

구글은 AI기반 로봇 제어, 머신러닝, 자율주행 로봇 연구를 진행하고 있고, 보잉은 항공기 조립 및 정비 로봇, 자율 무인 시스템 연구, 네브라스카대학은 의료 및 재활 로봇, 인간-로봇 협업 연구, 쿠카는 협동 로봇, 스마트 팩토리 자동화 등 각 기업들의 주력 기술(제품) 분야에 대한 연구개발을 통해 다기능 로봇에 접근하는 것으로 생각됩니다.

각 출원인 간의 상대적인 IP경쟁력을 볼 때, 네브라스카대학의 보유특허가 기술영향력(CPP)이나 시장지배력(PFS) 모두 가장 우수한 것으로 조사되었습니다. 네브라스카대학은 의료 및 재활 로봇과 같은 특정 분야의 선도 주자로 파급력이나 영향력이 매우 높은 것으로 보입니다.

출원 건수 기준으로 TOP1에 위치한 구글을 보면, 시장지배력(PFS)은 평균 이상이나 기술영향력(CPP) 측면에서 상대적으로 낮은 위치에 있는 것으로 보여 특허적 가치는 높지 않은 것으로 확인됨. 다만, 구글은 최근의 출원이 집중된 것을 감안할 때 향후 등록 여부에 따라 기술영향력(CPP)의 수치가 변화될 여지는 충분한 것으로 보입니다.

주요 특허 사례 심층 분석

주요 특허 사례

Case 1. 다종 작업을 수행하는 모바일 로봇의 강화학습 기반 이동경로 선택 방법 및 시스템(KR 10-2734051 B1)

• 적용 분야: 순찰, 물품 운송, 청소, 화재 감지 등 다양한 작업 환경에서 자율 주행 로봇의 경로 선택 최적화

• 핵심 기술: 제한된 연산 자원을 가진 로봇이 효율적인 경로를 선택하도록 심층 강화학습(DRL, Deep Reinforcement Learning)을 적용한 경로 선택 시스템

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Case 2. 적응 가능한 다기능 로봇 손(KR 10-2022-0030914 A)

• 적용 분야: 정밀 조작이 요구되는 제조업, 특히 안과용 렌즈 산업 등

• 핵심 기술

  • 교환 가능한 손가락 유닛을 갖춘 로봇 핸드

  • 내장형 인공지능 기반 컴퓨터 제어 시스템

  • 이미징 및 조명을 포함한 네트워크 제어 기술

Case 3. 지능형, 다기능 로봇의 오프라인 동작 방법(KR 10-2024-0142525 A)

• 적용 분야: 다양한 작업 환경에서 외부 네트워크 없이 독립적으로 동작 가능한 AI 로봇 기술

• 핵심 기술

  • 외부 서버 의존성 제거

  • 온보드 AI 처리와 데이터 저장

  • 가상 환경 컨테이너 기반의 모듈 분리 및 배포 방식

IP 포트폴리오 구축 방안

특허 전략 제언

다기능 로봇 산업이 성장하면서, 기업들은 기술 개발뿐만 아니라 특허 전략을 효과적으로 수립하는 것이 필수적입니다. 핵심 기술을 선점하는 것은 물론, AI, 자율주행, 인간-로봇 상호작용 등 융합 기술을 포함한 포괄적인 특허 포트폴리오를 구축하는 것이 중요하다 할 것입니다.

또한, 글로벌 시장을 겨냥한 특허 출원과 방어적 특허 전략을 함께 마련해야 경쟁 속에서 우위를 차지하고 지속 가능한 성장을 이끌어갈 수 있습니다. 앞으로 다기능 로봇의 발전 속도가 빨라질수록, 혁신을 보호하고 시장을 선도하기 위한 특허 전략의 중요성은 더욱 커질 것입니다.

다기능 로봇의 기술과 시장을 선도한다는 것은 단순히 하나의 제품을 앞서가는 것이 아닙니다. 그것은 곧 미래의 패러다임을 재정의하며 혁신의 중심에 서는 것입니다.

특허법인 위솔은 다기능 로봇처럼 융합 기술이 핵심인 분야에서, 기업이 기술과 시장을 선도할 수 있도록 여러분을 혁신의 중심으로 안내하겠습니다.

원글 출처: https://blog.naver.com/wesolpat/224144310860

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