2011년 설립된 서강대학교(총장 박종구) 로봇시스템제어연구실(책임교수 기계공학과 공경철)은 역사는 짧지만 최근 국내외 언론의 많은 주목을 받고 있다. 지난해 10월 스위스에서 열린 ‘제1회 사이배슬론’ 대회에서 한국팀이 외골격 착용 로봇(Powered exoskeletons) 종목에서 장애인을 위한 보행 보조용 웨어러블 로봇 ‘워크온(WalkOn)’으로 3위의 성적을 거두었기 때문이다. 이 로봇을 만든 주인공이 바로 공경철 교수(36)이다. 그리고 올해 2월에는 두바이에서 열린 로봇 디자인 대회 ‘UAE 로보틱스 포 굿’에서 웨어러블 로봇 ‘엔젤렉스(Angelegs)’를 출품해 우수한 기술력과 상품성을 인정받아 1000여개 참가 로봇 중 3위에 입상했다. 이러한 대외적인 수상 실적과 뛰어난 기술력을 바탕으로 웨어러블 로봇 스타트업 ‘에스지 로보틱스(SG Robotics)’를 설립했다. 그리고 LG전자로부터 웨어러블 로봇 개발을 위한 기술협력과 투자까지 받으면서 최고로 잘 나가는 로봇 연구소 중의 하나로 주목받고 있다. 기자는 로봇시스템제어연구실을 취재하기 위해 지난 10일 서강대를 방문했다.

▲ 서강대학교 로봇시스템제어연구실 책임자인 기계공학과 공경철 교수

서강대학교 기계공학과 로봇시스템제어연구실(RSCL:Robotic Systems Control Laboratory)은 공경철 교수(37)가 2011년 부임하면서 설립되었다. 공 교수는 서강대 기계공학과, 서강대 대학원 기계공학 석사를 거쳐 2009년 UC버클리(Berkeley)에서 박사 학위를 받았다. 졸업후 UC버클리에서 박사후 연구원으로 근무하다 2011년 서강대 기계공학과 교수로 부임하면서 오늘에 이르고 있다. 현재 연구실에는 박사급 6명, 석사급 8명, 대학원 진학을 준비하고 있는 학사급 연구원 3명 등 17명이 일하고 있다.

학문적으로는 제어이론을, 실용적으로는 로봇공학을 중점적으로 연구하고 있다. 로봇공학에는 기계설계, 모델링, 제어알고리즘, 로봇제작에서 인공지능에 이르기까지 많은 기초영역들이 포함되어 있는데, RSCL은 로봇공학의 모든 기초영역들을 다루면서도 제어알고리즘에 가장 큰 강점을 갖고 있다. 최근에는 로봇의 이동메커니즘에 대해 집중적으로 연구하고 있으며, 진행중인 연구 프로젝트는 사람이 착용하여 근력과 지구력, 기동력을 지원받도록 하는 착용형 로봇과, 빠른 시간 안에 험지를 이동하기 위한 고속이동 다족형 로봇 등이 있다.

▲ 2016년 스위스에서 열린 사이배슬론 대회 모습

주요 연구성과로는 2016년 스위스에서 개최된 국제 사이보그올림픽 사이배슬론 착용형 로봇 분야에서 3위를 차지하였고, 2017년 UAE에서 열린 ‘UAE AI & Robotics for Good’ 대회에서 아시아팀으로는 유일하게 결선에 진출하여 3위를 차지하면서 국내외에서 스포트라이트를 받기 시작했다.

▲2017년 UAE에서 열린 ‘UAE AI & Robotics for Good’ 대회 모습

사실 처음 공 교수가 서강대에 부임해 왔을 때 미국에서 보조로봇 관련 공부를 했기 때문에 그 연구를 계속 이어 하고 싶었지만 국내에 연구하는 분들도 많고 시스템을 대형으로 만들어야 하기 때문에 조교수로 부담스러웠다고 한다. 그래서 좀 더 도전적이고 다른 연구를 하고 싶어 시작한게 다족형 로봇의 시뮬레이션 연구였다. 다행히 연구재단의 우수신진과제에 선정되면서 연구를 수행할 수 있었다. 다족형 로봇 과제중에서도 좀 더 특색있는 연구를 고민하다 고속으로 험지를 이동할 수 있는 로봇을 생각했다. 당시만해도 보스톤다이나믹스의 치타로봇 원형이 나오기 전이고, DARPA에서 M3프로젝트를 진행한다고 하던 시기라 우리도 이런것이 필요할 것이라고 생각했다. 그렇게 2011년부터 2013년까지 프로젝트를 진행했지만 그 후 더 이상 연구비가 지원되지 않아 중단하게 된다. 그리고 다음해인 2014년 MIT에서 치타 로봇이 나오면서 다족형 로봇의 대명사가 되었다.

공 교수는 그때 계속 연구를 했으면 최소한 국내 경쟁자라도 되었을 것이라며 많이 아쉬워했다. 그런 이유로 그의 로봇시스템제어연구실 이름 위에는 치타로이드(Cheetaroid)라는 이름이 같이 붙어있다. 2013년 다족형 로봇 연구가 끝나고 다시 시작한 것이 웨어러블 로봇 연구였다. 그렇게 치타로이드 연구는 끝나는가 싶었는데 당시 쌓아 놓은 제어 알고리즘이나 하드웨어 특허 등의 자산이 아직도 남아 있어 최근 산업통상자원부 과제로 다시 한번 도전을 준비중이다.

공 교수는 “보조 로봇이나 다족형 로봇 모두 비슷한 기술을 공유하는 부분이 많이 있습니다. 치타로이드 구동기도 학생들과 코일을 감아 직접 만들었고, 하드웨어 설계도 비슷한 면이 있고 고속 제어, 센싱 등 겹치는 부분이 많아 내부적으로 기술적인 경험을 쌓는데 큰 도움이 되었습니다”고 말했다.

현재 연구실에서 하고 있는 연구는 치타로이드를 제외하면 모두 웨어러블 로봇 관련된 과제이다. 어플리케이션에 따라 작년 사이배슬론 대회에 나갔던 완전 마비 장애인용 로봇 ‘워크온(WalkOn)’, 부분 마비나 노인용 웨어러블 로봇 ‘엔젤렉스(Angelegs)’ 그리고 최근에 하고 있는 국방용 고기동성 웨어러블 로봇 등을 연구하고 있다. 이외에도 발목관절용 소프트 로봇, 웨어러블 로봇을 기반으로 해서 척수에서 신호를 받아 웨어러블 로봇을 자동으로 제어하는 연구도 하고 있다.

기계공학을 전공했지만 여러 로봇 분야에서도 왜 웨어러블 로봇을 하게 되었을까?

공 교수는 상당히 재미있다고 했다. “사람을 다뤄야 한다는게 수식적으로 모델링도 잘 안되고 굉장히 도전적으로 풀게 많은 분야입니다. 엔지니어링적으로 답이 있는 문제가 아니지만 제어적으로 문제들을 많이 풀어가면서 성과를 내게 되니 더 재미에 빠진 것 같습니다”고 말했다.

공 교수에게 2014년은 어떻게 보면 인생의 커다란 전환점이 되는 해이기도 했다.

어느날 프랑스 파리크레테우대학(UPEC)에서 연락을 받는다. 공 교수가 미국에서 썼던 여러 논문을 기반으로 한 로봇을 한 대 구매하고 싶다고 만들어 줄 수 있느냐는 연락이었다. 학생들하고 웨어러블 로봇을 만들어 입고 튜닝하는데 순간 ‘그래 이거야, 이렇게 일하는게 재미 있어야지’라는 생각이 들면서 갑자기 뜨거운 열정이 끓어 올랐다. 그렇게 웨어러블 로봇을 다시 시작하게 되고 창업을 결심해 2014년 9월 만든 회사가 바로 SG메카트로닉스였다.

“창업을 하고 처음에는 과제를 수주하기도 어려워 특허를 담보로 대출 받고, 사이배슬론 대회도 결국 대출금으로 출전하게 되었습니다.”

어려운 상황에서 지난해 10월 스위스에서 열린 사이보그 올림픽인 ‘제1회 사이배슬론’ 대회에서 공 교수가 만든 장애인용 외골격 착용 로봇(Powered exoskeletons) ‘워크온(WalkOn)’이 3위의 성적을 거두면서 국내외 언론의 주목을 받기 시작했다. 올해 2월에는 두바이에서 열린 로봇 디자인 대회 ‘UAE 로보틱스 포 굿’에서 웨어러블 로봇 ‘엔젤렉스(Angelegs)’를 출품해 1000여개 참가 로봇 중 3위에 입상하면서 공 교수는 국내 웨어러블 로봇 연구자 가운데 가장 유명한 인물이 되었다. 이러한 명성과 기술력을 인정받아 LG전자로부터 수십억원을 투자 받으면서 기존 ‘SG메카트로닉스’를 정리하고 새롭게 웨어러블 로봇 스타트업 ‘SG로보틱스’를 창업하고 최고경영자에도 올랐다. 현재 이 회사는 13명이 근무하고 있다.

▲지난 3월에 열린 SG로보틱스 창립 기념 및 LG전자와의 협약 모습

“워크온’은 완전 마비용 장애인을 위한 제품으로 기계설계 부분이 어렵습니다. 완전마비 장애인이 착용하고 험지도 다니고 계단도 올라가고 하면 많은 힘이 필요합니다. 그리고 처음 입었을 때 나오는 문제가 있고, 3개월, 6개월, 1년씩 오랫동안 입다보면 의료적·기계설계적인 문제가 나타나면서 어려운 부분이 있지만 제어는 상대적으로 간단합니다. ‘엔젤렉스’는 완전 마비가 아니라 어느정도 움직일수 있지만 근력이 약화된 분들을 위한 제품이다 보니 로봇이 조금이라도 불편하면 안 됩니다. 그러다보니 제어가 제일 어려운 부분입니다.”라고 공 교수는 이야기했다.

학교에서 기계공학을 공부했지만 세부 전공은 제어(Dynamic Systems and Control)이다. 동력학, 시스템 아이덴티피케이션, 모델링, 제어, 제어기 안정성 계산 등이 공 교수의 주요 관심 분야이고 학문적인 배경이다. 공 교수는 사람들이 무엇을 하느냐고 물으면 ‘로봇 만드는 것을 굉장히 좋아하는 제어학자’라고 대답한다.

한 통계에 따르면 국내 완전마비 장애인수는 약 6만 5000명 정도이며, 그 중에서 웨어러블 로봇을 입을 수 있는 사람은 10% 미만이라고 한다. 대신 고령화 사회를 맞아 약간 불편하신 노인분들을 위한 부분 장애 시장은 훨씬 큰 규모이다.

“웨어러블 로봇은 인증이나 허가가 필요해 우리가 아무리 제품을 잘 만들어 봐야 판매할 수 있는 제도적인 부분도 같이 마련이 되어야 합니다. 그리고 웨어러블 로봇 자체가 아직도 수요자보다는 공급자 입장에서 많이 만들게 되는 것 같습니다. 웨어러블 로봇은 논문 연구 단계는 이미 지난 것 같습니다. 논문은 다섯 번 실험해서 데이터 한번 잘나오면 쓸수 있지만, 시제품이 되려면 열 번의 한 번 정도 에러, 제품화는 수천번해서 한 두번 에러가 나와야 가능한 단계라고 생각합니다. 웨어러블 로봇은 에러가 나면 사람이 다칠 수 있어 더 조심스러울 수 밖에 없습니다. 저희 역시 현재 시제품 단계에 왔다고 자부하는데 제품화 단계는 상당히 어려운 점이 많습니다. 예전에 KAIST 오준호 교수님이 레인보우 창업하시고 처음 인터뷰 하셨을 때 휴머노이드 로봇을 연구하고 싶은 사람은 우리나라를 포함해 전세계적으로 상당히 많은데 하드웨어를 만들다 모두 지쳐서 끝난다. 그 만큼 하드웨어 만드는게 어렵고 대부분의 연구자들이 거기서 돈과 인력을 다 쓰고 끝나는 경우가 많다고 말씀하시면서 휴머노이드 연구자를 위한 좋은 플랫폼을 만들어 공급하는게 학자로서의 목표라고 말씀하셨는데, 저도 같은 꿈을 꾸게 되었습니다. 웨어러블 로봇 연구하는 사람이 정말 많은데 시제품을 연구용 장비로 잘 만들어 연구자들 한테 보급할 수 있다면 학자로서 중요한 일을 하는게 아닌가 생각합니다. 제품화 단계로 가려면 사업화 계획을 세워야 합니다. 어떤 사람을 대상으로, 라이프 스타일을 연구해, 어느 부분에 맞게 선정해야 되는데 웨어러블 로봇을 저도 개발하는 입장이지만 그 단계까지 아직 보이지 않습니다. 웨어러블 로봇이 시장성 있다고 이야기 하고 준비중이지만 실제 많은 매출이 일어나려면 개인 사용자들 한테 판매해야 하는데 가격, 로봇의 안전성, 무게, 보증기간, A/S 등도 중요한 요소이만 문화적인 문제가 가장 중요하다고 생각합니다. 주변에서 카트 끌고 다니시는 할머니들 보면 체크무늬를 한 똑같은 것을 가지고 다니십니다. 예전에는 그것도 터부시 하다가 이제 카트 형태는 어느정도 받아들일 만큼 보수적인 문화인데 누가 로봇을 입고 밖에 나갔다고 하면 기능이 아무리 좋다 해도 받아들여 지겠습니까. 그런것까지 포용할 수 있는 제품을 만들어야 하니 조급하게 생각하지 않습니다.” 의료 재활용 연구장비는 2018년 중순 정도, 인증 단계를 거쳐 상용화는 2018년 말이나 2019년 초반을 목표로 하고 있다고 공 교수는 밝혔다.

“일본 사이버다인(Cyberdyne), 캐나다 키오고(Keeogo)는 웨어러블 로봇을 만들어 성공한 회사입니다. 특히 키오고는 배울점이 많은데 앞에서 말씀드렸듯이 웨어러블 로봇을 전부 공학자들이 자기 관점에서 만들어 장애인이 실제 입어보면 불편한 점이 많은데, 키오고는 홍보를 하지 않아 잘 알려져 있지는 않으나 실제 입어보면 효과 좋고 일상생활에서 사용할 수 있다고 평가하는데 모두 개인 맞춤용입니다. 그러다보니 많이 만들지를 못하고, 지역적으로 캐나다를 벗어나지 못하는 것이 한계입니다. 사이버다인은 처음부터 일본 전역에 체험실을 만들어 문화를 만들었습니다. 여러 어려움 중에 제일 어려운게 사실 문화라고 생각합니다. 사이버다인은 체험실에서 누구나 돈만 내면 입어볼수 있게 해 웨어러블 로봇을 입으면 이런 기분이구나를 느끼게 해 주었습니다. 10년이 지나다 보니 HAL을 입어본 사람이 꽤 많습니다. 그러니까 내가 아프면 저것을 입으면 되겠구나라고 생각하니까 의료보험까지 적용되고 있습니다. 웨어러블 로봇을 입어본 사람이 없는데 제품화 하겠다는 것은 약간 앞뒤가 안맞는 것 같습니다. 제 꿈도 내년에 체험관을 만들어 저희 로봇을 많은 사람들이 입어볼 수 있게 시설이나 프로그램을 만드는 일을 먼저 하고 싶습니다.” 공 교수의 말이다.

향후 계획을 묻자 최근 회사까지 창업해 웨어러블 로봇 분야에서 그 동안 간과했던 문제들을 풀다보니 오히려 그 기반으로 더 발전된 연구주제들이 많이 보인다고 했다. “예를 들어 신경하고 직접 연결하는 연구도 플랫폼이 제대로 없으면 시도를 못해 볼 연구이니 지금 하고 있는 연구중의 하나이고, 플랫폼적인 면에서는 대부분 성인을 대상으로 하고 있는데 실제로 제일 많이 도와줘야 할 사람이 약간 장애를 갖고 태어난 소아들이라고 생각합니다. 그러려면 구동기부터 작게 만들어야 합니다. 그리고 국방용부터 시작해 여러 연구들의 완성도를 높여 실제로 필요로 하는 분들이 만족할 수준까지 가는 게 당장 목표인 것 같습니다.”

▲연구실에서 웨어러블 로봇을 연구하고 있는 학생들

공 교수는 처음 만든 SG메카트로닉스는 겁 없이 회사 운영에 대한 마인드도 없이 시작을 하였다면 2월에 다시 창업한 SG로보틱스는 많은 고민후 결정했다고 말했다. "로봇연구는 학교에서만 하기에는 한계가 있고, 하드웨어를 다뤄야 하는데 교수로서 학생들에게 비전을 보여줘야 하는데 직원에게 보여줄 비전이 있고, 학생에게 보여줄 비전이 따로 있을 수 밖에 없습니다. 로봇 연구는 그 두 관점이 만나야 되는거라 생각합니다. 직원들은 제품의 완성도, 하드웨어의 안전성이 더 중요한 그룹이고, 학교는 선행적인 연구나 도전적인 비전이 더 중요한 그룹이어서 두 개를 다 해야 시너지 효과가 난다는 생각이 들었습니다.“라고 했다.

웨어러블 로봇 개발시 어려운점이나 정부에 하고 싶은 말이 있느냐는 질문에 공 교수는 “국내에 웨어러블 로봇을 잘 한다는 연구그룹은 몇 있지만 시장이 아직 열리지 않은 상황인데 너무 개별적이고 상호 견제가 심하다는 느낌입니다. 미국의 경우 웨어러블 로봇 어소시에이션을 만들어 서로 연합해 연구하는데 우리는 없어 아쉬운 생각이 듭니다. 지난번 대회 나가서도 느꼈지만 현재 기술은 우리도 똘똘 뭉치면 미국 등 선진국과 비교해 별차이가 없고 충분히 발전의 여지가 있어 우리에게 승산있는 아이템이라고 생각합니다. 정부도 제도나 인증 관련된 법안을 잘 만들어 주고, 실증센터 등을 주도해서 많이 하면 좋을 것 같습니다."라고 밝혔다. 한 마디로 정부 차원에서 생태계가 같이 성장할 수 있는 분위기를 만들어 주면 좋을 것 같다는 바램이었다.

"비장애인들 생각에는 걷고 싶어서, 장애를 극복하고 싶어 장애를 가지신 분들이 로봇을 입는다고 생각하지만 그런 분들은 실제 휠체어를 타고 다닙니다. 그 분들이 정말 불편한건 화장실 갈 때나 아침에 일어나서 누군가의 도움을 받아야 된다는 사실이 너무 미안한 것입니다. 가족이든 간병인이든 내가 항상 의지해야 되고, 그 사람의 시간을 뺏어야 한다는게 미안하기 때문에 로봇을 입고 혼자 극복하려는 것 입니다. 장애인분들이 항상 묻는 질문 중의 하나가 ‘이 로봇을 입고 화장실 갈 수 있나요, 혼자 입을 수 있나요’ 같은 것입니다. 그런데 지금은 로봇을 입으려면 3명이 필요하고, 시간도 오래 걸리고, 입고 나서 오래 가지도 않습니다. 휠체어보다 나을게 전혀 없는 상황인데 가격은 7~8천만원입니다." 그의 말속에는 비장함이랄까, 안타까움이 묻어 나왔다.

공 교수는 "완전마비 장애인용 웨어러블 로봇은 분명 미래복지 분야에서 아주 중요한 부분이기 때문에 누군가 반드시 해야 하지만, 시장이 너무 작기 때문에 기업이 경제논리로 따져서 추진할일은 아니라고 봅니다. 복지 차원에서 국가에서 추진해야 될 일이고 기업에만 맡겨 놓을 일은 아니라고 생각합니다. 고령화 사회와 관련해 외상후 재활치료중에 있는 분들 또는 소아환자들을 위한 올바른 솔루션을 내놓는게 공학자들의 책임이라고 생각합니다. 그런면에서는 너무 많은 그룹들이 완전마비 장애인용 로봇에만 에너지를 쏟고 있다는 것이 잘못되었다는 생각이 듭니다."라고 말했다.

노인분들을 위한 제품을 빨리 상용화 해야겠다고 말하자 "엔젤렉스는 처음부터 그쪽을 타겟으로 했는데 로봇을 만들어 놓고 보니 착용하면 재미있어 하고 좋아해야 하는데 노인분들의 반응은 '굳이 해야하나'라는 생각을 갖고 있고, 주변에서 아무도 안하고 있으니 제품화와 함께 체험존을 통해 사람들이 자꾸 친숙해져 '저게 별게 아니구나, 우리가 좀 불편하면 하면 되는구나’라는 생각을 갖게 하는 것이 중요합니다."라고 말했다.

공 교수는 연구를 기획하고 시작하는 것 보다 완성도 있게 마무리 하는 것이 정말 어렵다는 것을 요즘 뼈져리게 느끼고 있다고 했다.▒

[서강대 로봇시스템제어연구실(RSCL) 연혁]

2011. 서강대학교 로봇시스템제어연구실 설립
2014. SG메카트로닉스 공동 창업
2016. ‘제1회 사이배슬론’ 대회에서 웨어러블 로봇 '워크온(WalkOn)' 3위 입상
2017. ‘UAE 로보틱스 포 굿’에서 웨어러블 로봇 ‘엔젤렉스(ANGELEGS)’ 3위 입상
2017. SG로보틱스 창업
2017. LG전자로 부터 투자 유치
2017. Best Start-up Pitch Award 수상(ICRA)