중국 상하이 소재 휴머노이드 로봇 유니콘 기업 푸리에(Fourier, 傅利叶)가 세계 로봇 대회를 앞두고 첫 번째 터치 가능한 대화형 동반 휴머노이드 로봇 ‘GR-3’를 발표했다. 이 로봇은 키 165cm, 무게 71kg의 인간과 유사한 체형을 갖추고 있으며, 55개의 자유도를 보유해 자연스러운 움직임을 구현한다.
영화 ‘빅 히어로 6’에서 영감받은 케어봇 개념
푸리에는 GR-3를 ‘케어봇(Care-bot)’ 개념으로 설계했다고 밝혔다. 이는 디즈니 영화 ‘빅 히어로 6’에 등장하는 의료용 로봇 ‘베이맥스’에서 영감을 받았으며, 자동으로 부상당한 사람들에게 도움을 제공하는 기능을 목표로 한다.
케어봇 개념은 크게 두 가지로 구분된다. 첫째는 사회적 동반으로, 감정적 가치에 중점을 두어 사람과 로봇 간의 감정적 연결을 강화한다. 이를 통해 독거노인 동반, 아동 상호작용 파트너 등의 역할을 수행할 수 있다. 둘째는 보조적 동반으로, 기능성에 중점을 두어 이동 보조, 건강 모니터링, 재활 훈련 등의 기능을 제공한다.
푸리에 제품 설계 총감독 종정제는 “개발 초기 단계에서 로봇의 무드보드(감정 화판)를 제작해 어떤 유형의 로봇 디자인이 사람들에게 해당하는 감정적 반응을 불러일으킬 수 있는지 연구했다”고 설명했다.
청각·시각·촉각 통합 감지 시스템
GR-3의 핵심 기술은 청각, 시각, 촉각을 통합한 전방위 상호작용 시스템이다. 이 시스템을 통해 음원 위치 파악, 시각적 상호작용, 촉각 인식 등의 상호작용 기능을 구현한다.
청각 감지 측면에서 GR-3는 머리 부분에 4개의 마이크 어레이를 장착해 전방향 집음과 에코 제거 기능을 제공한다. 상호작용이 활성화되면 음성 소스를 방향적으로 강화해 음원 위치를 파악하고 머리를 돌려 시선 상호작용과 결합한 보다 지능적인 청각 피드백을 구현한다.
시각 인식 부분에서는 구조광과 RGB 광각 렌즈가 결합된 카메라 모듈을 내장해 얼굴 인식을 실현한다. 동적 추적 시스템과 결합해 GR-3는 실시간으로 머리 각도와 방향을 조정해 사용자가 항상 시야 범위 내에 있도록 보장한다.
촉각 피드백에서는 머리와 몸통에 총 31개의 촉각 센서 어레이를 분포시켜 사용자의 터치를 실시간으로 감지하고 반응한다. 현재는 가슴 앞과 머리 부분의 터치 상호작용을 지원하며, 향후 전신으로 확장할 계획이다. 사용자가 해당 부위를 터치하면 로봇은 사람의 방향을 판단하고 머리 돌리기, 눈동자 굴리기, 팔 들기 등의 빠른 사고 동작을 동반한다.
이중 경로 반응 메커니즘과 자연스러운 보행
GR-3의 상호작용 피드백은 ‘이중 경로 반응 메커니즘’을 채택한다. 로봇이 쓰다듬기, 부르기 등의 단일 명령을 받으면 즉시 ‘빠른 사고’ 피드백을 트리거한다. 예를 들어 부를 때 빠르게 고개를 돌려 시선을 마주치거나, 쓰다듬을 때 가볍게 머리를 흔들어 반응하는 것이다.
같은 명령이 여러 번 트리거되면, 예를 들어 연속적인 질문이나 여러 번 터치할 경우, 로봇은 ‘느린 사고’ 모드를 시작한다. 이때 대규모 모델 추론 엔진이 복잡한 의미, 상호작용 기록 및 트리거 특성을 이해해 더욱 자연스럽고 상황에 적합한 복합 응답을 생성한다.
보행 능력 면에서 GR-3는 인간과 유사한 표준 보행, 걸으면서 쪼그려 앉는 자연스러운 보행, 오리걸음 등 특수한 보행 방식으로 이동할 수 있다. 발표회에서는 자연스러운 걸음에서 반쪼그림 소보 빠른 걸음으로의 유연한 전환을 시연했으며, 중간 휴식 시간에는 댄스 퍼포먼스도 선보였다.
3시간 연속 작동과 인간 친화적 설계
하드웨어 측면에서 푸리에는 로봇의 친화력을 높이기 위해 GR-3의 키를 165cm로 압축하고 어깨 폭을 조절해 사람들 옆에 서 있어도 압박감을 주지 않도록 설계했다. 또한 로봇의 머리 축심 위치를 최적화해 부품을 더욱 컴팩트하게 만들고, 허리 부분에 2개의 자유도를 추가했다.
전력 시스템에서는 이중 배터리 핫스왑 아키텍처를 채택하고, 동적 에너지 배분 시스템을 통해 이중 배터리의 원활한 전환을 실현해 단일 연속 작동 시간이 3시간에 달한다.
공예 소재 선택에서 GR-3는 소프트 패키징 공예를 기반으로 자동차 내장재 수준의 고특면 GFOAM 소재를 선택했다. 이는 자동차 내장재와 로봇 외부 셸이 내오염성, 난연성 등 측면에서 일치성을 가지기 때문이다.
더욱 세밀한 표현에서 GR-3는 의인화 설계를 채택해 상호작용 과정에 많은 미세 표정 피드백을 내장했다. 로봇이 안구 회전, 깜빡임, 신태 표정 등의 설계를 통해 감정을 전달할 수 있도록 했다.
대기 모드와 다원적 보행 패턴
GR-3는 이번에 새롭게 대기 모드를 추가했다. 이는 로봇의 상호작용 친화성을 강화하기 위한 것으로, 연구진은 갑작스런 시작으로 주변 사용자들을 놀라게 하는 것을 방지하기 위해 대기 애니메이션을 설계했다. 대기 상태에서도 눈 깜빡임, 고개 돌리기 등의 가벼운 동작을 동반한다.
푸리에 제품 연구개발 총감독 차이위성은 “강복 로봇과 환자의 상호작용에는 음성 소통, 전략 소통, 접촉 소통, 신체 소통 등 많은 방식이 포함되어 있어, 신세대 로봇 설계에도 이러한 더 광의의 상호작용을 도입했다”고 설명했다.
휴머노이드 로봇 상용화의 3대 난관
푸리에 창립자이자 CEO인 구제는 로봇이 동반 시나리오에서 광범위하게 적용되기 위해서는 3가지 난관을 극복해야 한다고 제시했다.
첫째, 로봇이 충분히 영리해야 하며, 대규모 모델과의 결합이 매우 중요하다. 둘째, 로봇의 상호작용 방식으로, 인간의 표정, 동작 등에 따라 적시에 반응할 수 있어야 한다. 셋째, 감정적 동반 방면의 상호작용 외에도 로봇은 실제 작업을 완료해야 하며, 물 가져다주기, 물건 찾기 등의 기능을 수행해야 한다.
푸리에는 설립 이후 30여 개의 지능형 재활 제품과 GRx 시리즈 다수의 휴머노이드 로봇을 출시했다. 이들의 지능형 재활 제품은 이미 전 세계 60여 개 국가와 지역, 3000여 개 의료기관에 전문 서비스를 제공하고 있으며, 300개의 지능형 재활 포트에 적용되고 있다. 휴머노이드 로봇은 이미 안내 상담, 학술 과학연구, 효율성 향상 등 시나리오 응용에 성공적으로 적용되고 있다.
이번에 푸리에가 동반 상호작용 시나리오를 겨냥해 감지 시스템, 보행, 의인화 소동작, 대기 등 세밀한 설계를 통해 휴머노이드 로봇을 새롭게 설계한 것은 올해 5월 더욱 따뜻하고 생동감 있는 구현 지능을 만들겠다는 10년 계획을 발표한 후 출시한 첫 번째 휴머노이드 로봇이다. GR-3는 곧 개최될 세계 로봇 대회에서도 공개될 예정이어서 업계의 주목을 받고 있다.
