[헬로티]

사물인터넷(IoT) 커넥티비티 시대에 인공지능(AI) 로봇이 기술 분야의 새로운 도전 영역으로 부상하고 있다. 향상된 인지 능력, 실시간 의사결정, 더욱 스마트한 모터 동작 덕분에 로봇은 혼잡한 도로, 공장 라인 또는 복잡한 의료 현장 그 어디든 보다 정밀하고 미션 크리티컬한 활용 사례에 투입되고 있다.

​이 새로운 세대의 인공지능/로봇 애플리케이션의 한 가지 공통점은 이들은 ‘0’에 가까운 지연 시간으로 신뢰성 있게 처리 및 전송되어야 하는 엄청난 양의 데이터를 생성한다는 점이다. 이들의 효율은 매끄럽고 원활한 로밍에 크게 의존하므로 에지(edge)에 유선 링크보다는 무선 연결이 필요하다.

​5세대 3GPP 표준, 즉 5G에는 AI 로보틱스 네오 비전(neo-vision)이 포함된다. 5G 네트워크는 더 빠른 속도와 더 많은 데이터 용량을 지원하는 것 외에도, 우리의 공장과 사무실 뿐만 아니라 우리의 일상생활까지도 바꿔 놓을 새로운 세대의 로봇에 대한 꿈을 이룰 수 있도록 설계되었다.

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사진. 출처: Fit Ztudio/Shutterstock.com

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​로보틱스, 고속 데이터 처리, 5G

5G 네트워크와 로보틱스 간 연결고리가 매우 뚜렷하지 않을 수도 있다. 역사적으로 로보틱스는 주로 모션 다이내믹스, 감각 기능, 인지 능력 등을 개선하기 위해 첨단 전자제품과 인공지능-소프트웨어에 집중해왔다. 하지만 IoT는 AI와 로봇의 범위를 지역적 규모에서 글로벌 규모로 확대했다.

고속 무선 네트워크와 클라우드 컴퓨팅은 이들 연결된 로봇 애플리케이션의 핵심 요소다.

지금까지 로봇은 병원과 공장에서 물건을 옮기는 것과 같은 일상적인 기능이나 부품 조립, 운동 등 반복 작업을 수행하는 데 널리 사용되어 왔다. 차세대 로봇들은 원격 수술에서 정교한 기능을 수행할 정도로 차원이 다른 업무를 맡을 수 있다. 이제 의사들은 원격으로(아마 지구 반대쪽 끝에서) 수술을 지휘하고 로봇들이 실시간 명령과 제어를 바탕으로 실제 수술을 수행할 것이다.

자율주행차, 무인 드론, 자이로콥터 등은 모두 AI와 로보틱스의 새로운 적용 분야들로서, 초고속 컴퓨팅과 통신 기술을 활용하여 정확하고 신뢰할 수 있는 의사결정을 실시간으로 내리는 것이 특징이다.

5G 표준은 클라우드 컴퓨팅에 크게 의존하는 이러한 연결된 로봇 애플리케이션을 지원하는 핵심 기술로서 전 세계적으로 설계되고 매우 적극적으로 테스트되어 왔다. AI/로보틱스 애플리케이션 설계는 마이크로소프트 애저(Azure), 아마존 웹 서비스(AWS), 구글 클라우드 플랫폼(GCP) 등과 같은 퍼블릭 클라우드 플랫폼과 연계해야 하며, 이를 통해 클라우드 기반 머신러닝 서비스도 활용할 수 있게 된다.

​2019년 7월, 클라우드 서비스를 제공하는 마이크로소프트와 네트워킹 대기업 AT&T가 클라우드, AI, 5G를 망라하는 20억 달러(USD) 규모의 다년 계약을 체결했다. 5G와 클라우드가 보다 긴밀하게 결합하여 AI 애플리케이션을 지원함에 따라 AT&T나 버라이존(Verizon) 같은 5G 서비스 사업자가 클라우드 기반 5G 서비스를 제공할 수 있게 하는 클라우드 파트너사의 위상이 더욱 높아질 전망이다.

로보틱스용 5G 인프라

로봇 개발에서 가장 어려운 과제 중 하나는 지연 시간(latency)이다. 지연 시간은 소스 포인트에서 목적지로 데이터를 전송하는 데 걸리는 시간이다. 로보틱스에서는 센서 신호가 클라우드로 전송되면 고급 처리 작업을 거쳐 로봇의 작업 수행을 위한 명령이 생성된다. 로봇은 클라우드로부터 수신한 명령에 따라 조치를 취하기 때문에, 센서 출력 및 계산된 명령을 충분히 빨리 보내고 받을 수 없다면 로봇의 기능은 심각하게 제한될 수밖에 없다.

​4G는 차세대 모바일 로봇 애플리케이션에 필요한 초저지연시간을 제공할 수 없다. 4G 네트워크의 지연시간은 약 50밀리초(ms)이다. 또한 로봇은 대량의 데이터 전송 및 처리 뿐만 아니라, 분실되거나 오류가 있는 데이터에도 민감하다. 이러한 이전 세대 셀룰러 기술의 지연 시간과 불안정성에 대한 우려 때문에, 지금까지는 대량의 데이터를 안정적으로 송-수신할 수 있는 유일한 옵션이 유선 연결로 로봇을 테더링하는 것이었다. 하지만 5G 표준은 이러한 한계를 정면으로 돌파했다.

​5G는 지연 시간을 1ms 미만으로 줄이고, 4G와의 호환성을 유지하면서 그보다 10배 가까운 대역폭을 제공하는 최초의 3GPP 표준이다. 이는 관련 업계가 4G 통신망 수명을 걱정할 필요 없이 5G를 채택할 수 있다는 것을 뜻한다.

​소스와 목적 지점이 가까워질수록 지연 시간은 짧아진다. 초저 지연 환경을 제공하기 위해 5G 아키텍처는 데이터 처리를 ‘에지(edge)’ 또는 로봇 엔드포인트 가까이에서 할 것이다. 엔드포인트가 1개의 셀 타워와 통신하는 4G와 달리, 5G 인프라에서는 엔드포인트가 많은 통신탑 및 안테나와 동시에 통신함으로써 보다 빠른 속도와 더 짧은 지연 시간을 구현한다. 따라서 이를 위해서는 더 많은 통신탑과 안테나가 필요하다. 즉, 5G 인프라를 지원하기 위해서는 데이터센터가 지리적으로 확장할 필요가 있다.

​인공지능으로 움직이는 로봇은 산업용 로봇이 자율적으로 업무를 수행하거나 또는 작업자의 개입이 필요한 작업에 한 해 협업하는 로봇(코봇)들이 활동하는 ‘스마트공장(smart factory)’의 핵심 주체로 조명되곤 한다. 그러한 스마트공장에서는 제조 워크플로우의 다양한 공정에 관한 정보들이 끊임없이 소통되어야 한다. 현재의 모바일 네트워크는 그러한 대역폭 집약적인 애플리케이션을 위해 설계되지 않았다. 이에 반해 5G에서는 대역폭을 슬라이스로 나눌 수 있고, 이들 슬라이스는 공통 네트워크 인프라에서 실행될 수 있다. 이를 통해 제조 공정의 각 부문마다 서로 다른 슬라이스를 사용하여 센서 신호와 로봇에 대한 명령을 실시간으로 신뢰성 있게 교환할 수 있다.

원격 수술, 자율주행차 같은 유비쿼터스 인공지능/로봇 애플리케이션은 아직 초기 컨셉트 단계에 있으며, 5G는 아직 전 세계적으로 상용화되지는 않은 상태다. 5G는 미국에서는 2020년에, 전 세계적으로는 2023년에 상용화가 이루어질 것으로 예상된다. 원격 로보틱스 애플리케이션의 신뢰성은 5G가 주류 기술로 자리매김하느냐에 달려 있다. 이를 위해 향후 5G 지원 시스템을 설계, 개발, 테스트 및 강화하기 위한 RF 칩셋 제조사, 클라우드 사업자, 시스템 개발회사, 이동통신사업자 간 광범위한 제휴와 파트너십이 갖춰져 있다.

마우저 일렉트로닉스