산업용 바카라 룰을 중심으로 살펴보면, 쟁쟁한 로봇 기업들을 보유한 일본이나 유럽의 경우 개발 기업들은 잘 알려져 있지만, 로봇 공학자의 이름은 많이 알려져 있지 않다. 그러나 산업용 바카라 룰의 원조 국가답게 미국에서는 산업용 바카라 룰 발전에 큰 기여를 한 로봇 공학자들의 이름이 많이 등장하고 또 많이 알려져 있다. 그 중에서 빅터 셰인만은 일반적으로 많이 알려져 있는 인물은 아니지만, 현대적 산업용 바카라 룰의 등장, 로봇 시스템 통합(SI)과 로봇 비전 분야의 발전에 큰 기여를 했던 사람이다.

유니메이트나 버새트란, 그리고 트랄파의 TR-2000에 이르기까지 1960년대부터 70년대까지 대부분의 산업용 바카라 룰은 유압구동식 로봇 팔이었다. 그리고 전기에 의한 모터 구동 방식의 산업용 바카라 룰 팔이 상용화 된 것은 1973년 쿠카의 파뮬러스와 1974년 ASEA의 IRB 6였다. 그러나 스탠포드 대학 인공지능연구소(SAIL)에서는 이미 1969년에 스탠포드암(Stanford Arm)이라는 최초의 컴퓨터 제어 방식의 전기 구동식 로봇 팔이 개발되는데, 이는 그 자체로 산업용 바카라 룰으로 사용되기도 하였지만, 훗날 중요한 산업용 바카라 룰중의 하나로 발전하기도 했다. 그 스탠포드암을 개발한 사람이 바로 빅터 셰인만(Victor Scheinman)이었다.

▲실리콘밸리의 컴퓨터역사박물관에 전시된 ORM(사진=필자)

어린시절에 본 영화에 등장한 바카라 룰으로 한동안 악몽에 시달리던 셰인만은 아버지의 격려로 직접 바카라 룰 모형을 만들면서 바카라 룰에 대한 두려움을 극복했고, 이는 훗날 그의 바카라 룰 공학에 대한 열정으로 이어졌다. MIT에서는 항공우주학을 공부했는데, 스탠포드에서 석사과정을 밟으며 기계공학으로 전공을 바꿨고, SAIL에서 연구 조교로 일하며 바카라 룰 팔 연구를 시작하고 바카라 룰 공학 분야에 본격적으로 발을 들였다.

당시 SAIL에는 랜초암(Rancho Arm)이라는 바카라 룰 팔이 있었는데, 셰인만은 이를 유지, 보수하고 컴퓨터와 인터페이스를 가능하게 하는 스탠포드-랜초암(Stanford-Rancho Arm)의 개발 작업을 맡았다. 1963년에 랜초 로스 아미고스 병원의 연구자들이 장애 환자의 이동을 돕기 위해 개발했던, 6개의 관절을 가진 바카라 룰 팔인 랜초암은 제어하기 어렵고 정확도가 낮아 실제 작업에 활용하기에는 한계가 있었다.

셰인만은 랜초암의 단점을 극복하고 더 효율적인 바카라 룰 팔을 개발하기 위해 새로운 바카라 룰 디자인 연구에 착수했는데, 디지털 제어 방식에 공압을 사용한 뱀 모양의 바카라 룰 관절인 ORM을 개발했다. ORM은 혁신적인 디자인과 아이디어의 구현물이기는 했지만 공압에 의한 수축과 팽창으로는 경로 제어의 정밀성이나 동작의 속도가 떨어졌다. 좀더 빠르고 강력한 팔을 개발하기 위해 SAIL의 PDP 시스템으로 제어되는 유압 구동식 바카라 룰 팔을 개발했는데, 그것이 스탠포드 유압 팔(Stanford Hydraulic Arm)이었다.

스탠포드 유압 팔의 개발 당시, 셰인만은 유니메이트의 개발자 조지 드볼의 장학금을 받았다. 드볼과 조셉 엥겔버거는 셰인만에게 유니메이트는 물론 여러 지역의 공장에 설치된 초기 바카라 룰 설비들을 살펴볼 기회를 제공했고, 이는 셰인만의 바카라 룰 개발 경력에 좋은 경험이 되어 주었다.

▲실리콘밸리의 컴퓨터역사박물관에 전시된 스탠포드 유압 팔(사진=필자)

한편 유압 바카라 룰 팔은 특성상 유압유의 누설이 있었기에, 고가의 컴퓨터 시스템과 동일한 공간에서 작동할 수 없었고 이는 풀타임 제어에 어려움을 야기했으며, 컴퓨터가 꺼지면 유압 팔은 와르르 무너지기도 했다. 이런 환경이 전기 제어식의 바카라 룰 팔의 설계를 요구했고, 셰인만은 1969년에 제어가 좀더 쉬운 전기 구동식 6축 바카라 룰을 개발하게 되었는데, 그것이 최초의 전기 구동식 바카라 룰 팔인 스탠포드암(Stanford Arm)이었다.

스탠포드암의 바카라 룰 팔은 6개의 관절이 있었는데, 이동 동작의 계산 속도를 높이기 위해 수학적 계산이 단순화되도록 관절을 구성했다. 전기 모터는 물론 컴퓨터가 다음 궤적을 계산하는 동안 팔을 제자리에 고정하기 위해 모든 관절에 브레이크를 사용했으며, 고조파 드라이브, 스퍼 기어 감속기, 위치 피드백을 위한 포텐셔미터, 속도 피드백을 위한 아날로그 타코미터와 충돌 시 드라이브 손상을 방지하기 위해 슬립 클러치도 사용되었다. 또한 손부분에 접촉 센서가 있는 자유도 1의 그리퍼를 사용하고 손목에 토크 센서를 장착한, 그야 말로 현대식 바카라 룰 팔 구조를 갖고 있었다.

당시의 연구계에서 스탠포드암은 상당한 인기를 얻었고, 최초의 모바일 로봇 셰이키를 만든 SRI의 찰스 로젠 그룹이나 NASA JPL에서도 셰인만의 스탠포드암을 요청해서 자신들의 시스템에 장착했다. 1972년에는 MIT 인공지능연구소의 마빈 민스키도 셰인만을 초빙해서 더욱 컴팩트한 로봇 팔을 개발했는데, 쉘 구조에 특별히 설계된 기어 시스템과 자체 개발한 모터를 사용했던 이 MIT암(MIT Arm)은 훗날 PUMA 로봇의 기본형이 되었다. MIT암을 개발할 당시 동작 오류로 최초의 로봇에 의한 안전 사고로 기록될뻔한 사건이 있었는데, 이는 로봇 안전 사고 부분에서 다시 설명될 예정이다. 이후 대학과 여러 연구 기관, 그리고 GM과 같은 기업에서도 스탠포드암과 MIT암의 복제품을 요청하게 되자, 셰인만은 로봇 팔을 제조하기 위한 자신의 회사 빅암(Vicarm)을 설립했다.

셰인만의 스탠포드암과 MIT암은 주로 연구용으로 공급되었지만, 실제 산업용으로도 활용되었는데, 1974년에는 포드 자동차의 모델 T의 워터 펌프 조립을 하기도 했고, 이후 체인 톱 부분 조립 등에도 활용되었다. 이런 작업에는 모두 컴퓨터 기반 모델링, 물체 인식, 시각, 촉각 및 힘 감지, 충돌 방지, 제어와 조작의 조합이 포함되어, 셰인만의 초기 로봇들은 오늘날의 모든 산업용 바카라 룰에 적용되는 지식 기반을 개발하는 데 큰 도움을 주었다. 또 구조적으로도 훌륭해서 오랫동안 로봇 운동학(Robot Kinematics)의 교육 샘플로도 활용되었다. 이러한 연구를 통해 셰인만은 로봇 팔 설계 및 제어에 대한 깊이 있는 이해를 얻었으며, 이는 훗날 그가 개발한 PUMA 로봇의 기반이 되었다.

유압 구동식이 아닌 전기 구동식의 소형 로봇으로, 시연을 위한 로봇 팔의 이동은 가능해졌지만, PDP 시리즈의 메인프레임 컴퓨터는 여전히 이동성을 갖지 못했다. 빅암을 설립한 셰인만은 SAIL의 대학원생이었던 브루스 시마노와 브라이언 칼리슬을 영입해서 이동 가능한 컴퓨터 인터페이스 장치를 개발하고, 나아가 미니컴퓨터를 로봇의 제어시스템으로 사용할 수 있게 개발했다. 또 그들은 산업용 바카라 룰 제어 전용 프로그래밍 언어인 VAL을 개발하기도 했다.

셰인만은 이런 기술들이 적용된 소형 경량 바카라 룰을 산업계에 확산시키고자 많은 노력을 기울였지만, 유압식의 중대형 바카라 룰이 일반적이었던 산업계에서는 아직 받아들일 준비가 되지 않았고, 전시회에서는 장난감 취급을 받기도 했다.

그렇게 셰인만이 고전을 하고 있던 중, 제조 현장에서 소형 로봇의 가능성을 알아본 GM의 주선으로 빅암의 설계와 기술들은 유니메이션에 인수되었다. 유니메이션의 웨스트 코스트 사업부가 된 빅암팀이 개발한 새로운 로봇 PUMA(Programmable Universal Machine for Assembly) 시리즈는 뛰어난 성능과 유연성으로 인해 산업 자동화 분야에서 혁신적인 변화를 가져왔는데, 1970년대 후반부터 수천대가 제작되고 공급될 만큼 시장에서 큰 인기를 끌었다. 빅암의 소형 로봇 개발과 PUMA 개발 과정은 70년대의 산업용 바카라 룰 부분에서, 그 기술을 계승해서 시마노와 칼리슬이 훗날 설립한 로봇 회사 어뎁트에 대해서는 80년대의 산업용 바카라 룰 부분에서 좀 더 자세히 설명할 예정이다.

구동 방식의 변화라는 로봇 산업계의 요구에 제대로 대응하지 못한 조셉 엥겔버거의 완고함으로 유니메이션이 어려움에 처해가던 1980년대 초, 셰인만은 오토매틱스(Automatix)를 설립했다. 오토매틱스는 턴키 방식의 로봇 자동화 시스템을 개발해서 공급했는데, 로봇을 적용한 용접이나 조립 공정의 시스템을 통합한 종합적인 자동화 솔루션이었다. 이는 현대의 산업용 바카라 룰이 가진 특성 즉, 독립적으로 사용되는 완성형 기계가 아닌 자동화 시스템의 일부로서 결합되고 프로그래밍과 구현 방법에 따라 완성도와 효율성에서 큰 차이를 보이는 특성을 전문적으로 해결해 주는 시스템 인티그레이션(SI)을 사업화한 초기 모델이었다.

특히 오토매틱스는 머신비전이 내장된 산업용 통합 바카라 룰 자동화 시스템을 최초로 출시한 회사이기도 하다. 또한 셰인만은 오토매틱스에서 바카라 룰 월드(Robot World)라는 혁신적인 조립 시스템을 개발했는데, 이는 소형 부품 조립에 최적화된 시스템으로, 비전 시스템을 통합해 부품의 위치와 방향을 정밀하게 파악하고 조립 작업을 수행할 수 있도록 설계되었다. 오토매틱스는 바카라 룰 자동화 시스템 분야에서 상당한 성장을 이뤘지만, 시스템 통합 문제와 경쟁 심화로 여러 차례의 사업 구조조정과 인수과정을 거치다 2000년대 중반 그 이름이 사라져버렸다.

오토매틱스의 경력 이후, 셰인만은 야스카와에 로봇 관련 자문을 하고, 스탠퍼드 대학에서 강의를 하며 기계공학과 로봇공학의 다양한 연구 프로젝트를 지원하고 후학 양성에 힘썼다. 많이 알려지지 않았지만 빅터 셰인만은 혁신적인 로봇 팔 설계와 로봇 자동화 시스템 개발을 통해, 현대적 산업용 바카라 룰의 등장, 로봇 시스템 통합(SI)과 로봇 비전 분야 뿐만 아니라 제조업 전반에 걸쳐 지대한 영향을 미친 인물이다.

<필자:문병성 moonux@gmail.com

필자인 문병성은 금성산전, 한국휴렛패커드, 애질런트 테크놀로지스, 에어로플렉스 등 자동화업계와 통신업계에 30년 이상 종사했으며, 최근에는 로봇과 인공지능 등 신기술의 역사와 흐름에 관심을 갖고 관련 글을 매체에 기고하고 있다.