출처: 1X Technologies
정리: Felix, PANews
7월 10일, 휴머노이드 로봇 기업 1X Technologies가 차세대 NEO 휴머노이드 로봇용 힘줄 구동 매니퓰레이터(로봇 손)를 공개했다. 이 로봇 손은 25 자유도(DOF)를 갖추고 있으며, 인간 수준에 근접한 손재주, 힘, 안전성 및 신뢰성을 실현했다.
본 글은 1X Technologies의 공식 소개를 바탕으로 이 로봇 손의 상세 정보를 소개한다.
로봇 손은 휴머노이드 로봇 하드웨어 역량의 병목을 허물어, 데이터만이 로봇 성능 향상의 유일한 장애물이 되도록 설계되었다. 핵심 지표에서 인간 손의 성능에 도달하거나 이를 넘어섦으로써, AI 모델이 더 이상 손재주에 제한받지 않도록 보장한다. 이제 NEO 로봇은 인간의 양손이 할 수 있는 거의 모든 작업을 현실 환경에 필요한 정밀도, 적응성 및 부드러운 접촉력을 바탕으로 수행할 수 있다.
휴머노이드 로봇은 양손을 API로 사용하는 컴퓨터이다
모델, 인식 스택, 다리는 로봇이 세상과 접촉하는 정도를 결정한다. 반면 양손은 로봇이 무엇을 할 수 있고, 무엇을 감지할 수 있으며, 이를 기반으로 개발하는 모든 개발자가 무엇을 할 수 있는지를 결정한다. 두 손가락 그리퍼를 가진 휴머노이드 로봇은 개발자에게 ‘잡기’, ‘내려놓기’, ‘밀기’라는 세 가지 동작만을 제공할 뿐이다. 누군가가 이 플랫폼 위에서 작성하는 모든 애플리케이션은 이 세 동작의 조합에 불과하다. 능력의 천장은 소프트웨어가 아니라 팔 끝에 존재한다.
손끝으로 세상을 경험하다
낯선 물체를 마주한 사람을 관찰해 보면, 단단함을 느끼기 위해 눌러보고, 질감을 느끼기 위해 손끝으로 훑고, 무게를 가늠하기 위해 들어 올리고, 형태를 파악하기 위해 윤곽을 더듬으며, 탄성을 느끼기 위해 쥐었다 놓는 모습을 볼 수 있다. 촉각은 카메라처럼 수동적으로 정보를 전달하는 것이 아니라 하나의 실험이다. 손은 힘을 가해 질문을 던지고, 그 질문을 던진 관절을 통해 답을 받아들인다. 이것이 인간이 물체를 이해하는 방식이며, 처음 조작을 배우는 방식이기도 하다. 즉, 유아기부터 수백만 번의 탐색을 통해 이루어지는 것이다.
이는 손이 인식 시스템 말단에 고정된 작동기(액추에이터)가 아니라, 그 자체가 인식 시스템이자 도구임을 의미한다. 그리고 도구로서의 품질은 시스템 전체에 의해 결정된다. 질문을 던지려면 정밀한 힘 제어가 필요하다. 답을 읽으려면 역구동성과 힘의 투명성이 필요하며, 이를 통해 피드백이 전달 메커니즘을 통해 되돌아오고 구동 장치 안에서 멈춰 서지 않는다. 질문을 하려면 자유도와 정밀도가 필요하다. 미세한 차이를 느끼려면 피부가 필요하다. 빠르게 답을 포착하려면 대역폭이 필요하다. 그리고 수백만 번의 탐색을 견디려면 견고함이 필요한데, 이는 탐색이 곧 접촉이고, 접촉은 필연적으로 마모를 일으키기 때문이다.
관절 자체가 센서다
대부분의 로봇 손은 읽기 전용 장치다. 위치 명령을 내리면 손이 그곳으로 이동하지만, 의미 있는 정보는 어떤 것도 돌려주지 않는다. 그 원인은 구동 장치에 있다. 일반적인 100:1 및 200:1의 기어비에서는 접촉력이 모터에 도달하기도 전에 마찰이 그것을 모두 흡수해 버린다. 손 관절 자체에 감각이 없기 때문에 설계자는 외부 센서를 부착하여 손끝에서 발생하는 상황을 추론해야 하는데, 이는 마치 감각이 없는 손을 카메라로 촬영하는 것과 같다.
NEO의 양손은 읽고 쓸 수 있다. 이 손은 일류 엔지니어링 팀이 처음부터 개발했으며, 1X 힘줄 드라이버를 통해 약 5:1에서 15:1의 낮은 기어비로 준직구동 액추에이터를 작동시킨다. 25개의 모든 자유도(손가락과 손바닥의 22개 완전 구동 자유도와 손목의 3 자유도)는 기본적인 힘 제어 기능을 가지며, 완전히 역구동될 수 있다. 손가락을 누르면 반응하고, 가해진 힘의 크기를 정밀하게 보고한다. 힘은 바깥쪽으로 흐르고, 정보는 동일한 물리적 경로를 따라 안쪽으로 흐른다. 이것이 힘 투명성이며, 추력을 측정값으로 변환하는 원리다.
이와 병행하는 또 다른, 보다 미묘한 메커니즘이 있다. 바로 고유수용감각(자기 수용 감각)이다. 각 관절이 폐쇄 루프로 작동하기 때문에, 손을 보지 않아도 자신의 자세를 항상 인식할 수 있다. 이는 마치 눈을 감고도 손가락 끝을 맞닿게 할 수 있는 것과 같다. 자세 더하기 힘(토크)은 언제나 동일한 25개 관절을 통해 실현된다.
25가지 질문 방식
25개의 힘 감지 자유도는 과연 무엇을 가져오는가? 관절 그 자체를 위한 것이 아니라, 일련의 파지 동작과 질문 방식을 의미한다. 자유도의 숫자보다 배분 방식이 더 중요하다. NEO의 자유도 배분은 인체 해부학적 구조와 일치하며, 진정한 대립이 가능한 엄지손가락에 치중했다. 이러한 아키텍처는 로봇 조작 능력과 실제 제조, 제어, 유지보수 간의 최적 균형을 목표로 한다.
이 새로운 로봇 손은 정밀 조작에서 인간 수준에 도달하거나 이를 능가할 수 있다. NEO는 레고 블록 조립, 지갑에서 나사와 동전 꺼내기, 전구 회전하여 끼우기, 드라이버 사용, 손 안에서 물체 돌리기, 지퍼 올리기, 색깔별로 포도 분류하기, 주전자에서 차 따르기, 공 받기, USB-C 충전기 꽂기, 와인잔 집기, 티슈와 스프레이로 표면 닦기, 수어로 대화하기 등 그 이상의 다양한 동작을 수행할 수 있다.
25 자유도를 가진 이 로봇 손은 IP68 방수 등급과 식품 안전 기준을 갖추고 있어, NEO가 인간처럼 스스로 손을 씻을 수 있다. 엄지손가락 손목뼈중수골 관절의 최대 토크는 3.5 Nm, 손가락 중수골지절 관절 최대 토크는 2.6 Nm, 원위 굴곡력은 최대 45 N에 달한다. 손목 관절 토크는 최대 17.75 Nm이다. 이를 통해 로봇 손은 전체 손 파지, 도구 사용, 들기와 운반, 문 열기, 짐을 실은 수레 밀기, 하중을 받는 상태에서의 정밀 핀치(집기) 등을 완전한 유연성을 유지하며 수행할 수 있다. ±0.2mm의 위치 정밀도 덕분에 작은 범위에서 작업(및 물체 감지)이 가능하다.
마지막 0.5mm
피부는 정보 채널을 추가한다. 촉각 데이터는 하나의 이미지다. 동적 범위, 해상도, 채널, 시야를 갖는다. 양손의 손끝과 표면에는 법선력, 접촉 위치, 전단력을 측정하는 풍부한 고해상도 촉각 센서가 탑재되어 있다. 이로 인해 NEO는 물체가 미끄러지기 시작하는 순간을 감지하고 실시간으로 반응할 수 있다. 시각화된 데이터는 접촉면의 법선 벡터, 악수 시의 압력 히트맵, 손상을 전혀 입히지 않고 연약한 종이접기를 섬세하게 잡는 모습 등을 보여준다.
피부의 디자인은 내부 센서 및 그 뒤의 힘줄과 함께 완성된다. 장식 재료가 아닌 기능성 소재다. 특히 작고, 투명하거나, 변형 가능하거나, 가려진 물체를 다룰 때 시각만으로는 많은 작업에 충분치 않기 때문에, 이러한 촉각 피드백은 적응형 지능 조작에 필수적이다.
또한 이 로봇 손은 지속적인 작동을 위해 설계되어 수백만 번의 상호작용 주기 이후에도 성능이 유지된다. 신뢰성은 힘줄 라우팅, 베어링, 손가락 구조, 케이블 배선, 촉각 통합, 전자 부품, 조립 공정 등 모든 하위 시스템과 구성 요소의 설계에 내재되어 있다. 구성 요소와 완성된 손가락 어셈블리는 이미 수백만 번의 테스트 주기를 거쳤으며, 구동 유닛은 극한 온도에서 테스트되었고, 손목 관절은 높은 부하 하에서 200만 사이클 이상의 신뢰성 검증을 통과했다.
손 전체가 IP68 표준을 충족하여 안전성을 더욱 보장한다. 매우 낮은 기어비와 힘줄 구동 및 낮은 원위 관성이 결합되어, 외부 충격을 받아도 손가락이 안전하게 역구동된다. 슬로 모션 비디오는 손바닥으로 치거나, 망치질하거나, 닫히는 서랍에 끼이거나, 폼에 부딪힐 때 이 손이 어떻게 반응하는지를 보여준다.
하드웨어의 뒷이야기
애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API)의 성능은 그 물리적 계층에 의해 결정된다. 모터는 사람의 악력 대부분이 위치한 전완(아래팔)에 배치되며, 손목을 지나는 전용 힘줄을 통해 구동력을 전달한다. 이것이 가벼운 손이 어떻게 충분히 낮은 온도로 유지되면서도 큰 힘을 내어 지속적으로 작동할 수 있는지에 대한 해답이다.
로봇 손은 1X가 직접 설계한 자체 개발 모터, 맞춤형 전자 부품, 임베디드 센서, 특수 힘줄 시스템, 소형 구동 장치, 손 전용 펌웨어를 긴밀하게 통합했다. 이러한 깊은 수직 계열화를 통해 빠른 반복 개발과 누적된 개선이 가능하다. 모든 단일 장치는 힘줄 소재와 1X 모터부터 최종 소프트 폴리머, 피부 및 촉각 센서 부품에 이르기까지 전량 사내에서 제작된다. 올해 1만 개의 로봇 손을 생산할 수 있다.
