스마트 생산시스템에서 한국은 선도국과의 격차가 가장 심해 

# K씨의 집은 24시간 경비 로봇이 집 내외부를 지켜준다. 뿐만 아니다. 식사, 청소와 같은 가사 노동을 대신해 주는 가사 도우미 로봇이 있어 여가 생활이 많아졌다. 자녀 교육도 로봇이 담당한다. 교육용 로봇은 아이들에게 현장감 넘치는 다양한 시청각 자료를 제공한다. 시골에 계시는 부모님도 로봇 덕분에 걱정이 덜었다. 건강 보조 로봇을 통해 부모님의 건강 상태 변화와 각종 질병의 예방, 진단, 치료가 이뤄지며 이상 징후가 있을 경우 K씨와 전담의사의 스마트폰으로 즉시 알려준다. 부모님이 계시는 시골에는 농업용 로봇을 이용해 농사를 짓는 것이 일상사가 됐다. 만일 농사일을 하다 다치는 사람이 있다면 수술 로봇이 출동한다. 수술 로봇은 다친 사람의 수술 부위를 찍어 영상을 전송하고 멀리 떨어진 의사가 로봇을 작동시켜 수술을 시작한다. 수술이 끝끝쯤 미리 급파된 무인 비행기를 통해 환자를 큰 병원으로 이송한다.    

외부 환경을 인식하고 스스로 상황을 판단해 자율적으로 행동하는 지능형 로봇(Intelligent Robot)이 일상적으로 존재하는 시대가 다가오고 있다. 

지능형 로봇은 인공지능의 발달과 함께 인간과 공동작업 수행이나 고도의 전문화된 서비스를 지원하는 형태로 기술이 진화하고 있기 때문이다. 

현재는 로봇 자유도와 안전성이 미흡하고 단순 임무를 수행하는 수준이나 미래에는 개인/전문 서비스 로봇과 스마트 생산 시스템이 고도로 발달할 것이다. 개인 로봇은 개인의 삶의 질 향상을 목적으로 개인 일상 활동 공간에서 건강, 기사, 교육, 엔터테인먼트 등 개인의 삶을 지원한다. 전문 로봇은 비제조용 로봇으로 의료, 국방 등 사람의 복지 또는 특정한 시설이나 특수 목적에 유용한 서비스에 전문화된 서비스를 제공한다. 스마트 생산 시스템은 생산 과정을 감시하고 제어하는 시스템으로 구성되며 제품의 수주, 설계, 품질검사, 자제관리, 창고관리 등의 무인공장을 포괄한다. 


▲소프트뱅크의 페퍼(Pepper)는 감정을 나타내는 감정값 및 사용자 상태에 기초하여 행동을 결정하는 '감정 엔진' 특허를 가졌다.
(소프트뱅크 웹사이트 캡처)

이러한 지능형 로봇의 발전의 인공지능의 발달과 그 궤를 함께한다. 대표적으로 지난해 등장했던 구글의 알파고(AlphaGo)는 인공지능에 대한 엄청난 관심을 불러 일으켰다. 알파고는 몬테카를로 알고리즘에 딥러닝 알고리즘을 더해 사람처럼 스스로 바둑을 학습한다. 알파고는 스스로 학습하기 위해 정책망과 가치망이라는 2개의 기본 신경망을 갖췄다. 단지 CPU와 같은 컴퓨터 하드웨어 용량을 늘리기보다는 알고리즘을 개선해 성능을 끌어올린 것이 특징이라는 얘기다. 

이처럼 지능형 로봇은 2020년 서비스용 로봇 시장의 확대로 활성화될 것으로 보인다. 이미 아마존은 물류시스템을 위해 로봇기술을 이용하고 있으며 구글은 다수의 로봇 회사를 인수했다. 한국은 지난 2014년 삼성테크윈이 이동형 감시로봇 ‘스타 엠’을 공개했고 자율주행알고리즘에 관한 특허를 낸 바 있다. 미국의 보스톤 다이내믹스의 견마로봇 ‘빅독’은 대규모 군사훈련에 참가하였으나 시끄러운 소음 탓에 미 육군에 채택되지는 못했다. 소프트뱅크의 페퍼는 소비자 시장을 겨냥한 최초의 휴머노이드 로봇으로 클라우드 연결형 로봇 비서 시대가 열렸음을 알렸다. 페퍼에 장착된 감정 엔진 덕분에 인간의 감정을 인식하고 이를 시뮬레이션할 수 있다. 

특허 동향, 지능형 로봇 분야는 미국이 주도

특허 출원 건수를 기반으로 하는 점유율에서 미국이 10,360건으로 46%를 차지하는 것으로 나타나는 것처럼 지능형 로봇 분야는 미국이 주도하고 있다. 연도별 출원 동향을 보면, 전 세계적으로 특허 출원이 증가하는 추세를 나타내고 있고 한국은 2009년부터 미국에 이어 2번째로 많은 특허 출원을 하고 있다. 특히 삼성전자와 LG전자의 로봇 청소기 관련 특허가 증가하고 있다. 모든 기술 분야에서 미국 특허청에 가장 많은 특허가 출원되고 있으며 한국 특허청은 개인로봇, 전문로봇, 스마트 생산시스템 순으로 많은 특허가 출원되고 있는 것으로 나타났다. 

지능형 로봇의 하위 분류별 연도별 동향을 보면, 개인로봇의 특허 출원은 증가하고 있으나 전문로봇과 스마트 생산시스템은 뚜렷한 증감세 없이 일정 수준의 특허 출원이 지속적으로 이루어지고 있다. 미국은 개인로봇과 스마트 생산시스템에서 가장 높은 점유율을 차지하고 있고 일본은 전문로봇에서 가장 높은 점유율을 차지하고 있다. 한국은 전문 로봇에서 선도국과의 격차가 가장 적은 것으로 나타났고 반면 스마트 생산시스템에서 선도국과의 격차가 가장 심한 것으로 나타났다.

▲아마존은 물류 로봇 시나리오에서 향후 무선 전송된 명령이 아니라 센서로 제품 정보를 감지하여 자동으로 제품을 픽킹하거나 물품 공급 시스템에서 물품을 고속으로 패키징하는 로봇을 배치할 계획이다. (아마존 물류로봇 Kiva 영상 캡처)

이 같은 특허 점유율은 주요시장 확보율 분석 에서도 비슷하게 나타난다. 미국 국적 출원인의 주요시장 확보율이 38.7%로 가장 높게 나타났으며 한국 출원인의 확보율은 14.7%로 미국 일본에 이어 3위를 차지했다. 지능형 로봇 분야의 하위 분류별 소송을 살펴보면, 개인로봇에서 55건의 소송 특허로 가장 많은 소송 특허가 있으며 전문로봇에서 30건, 스마트 생산시스템에서 4건의 소송 특허가 있다. 소송특허 중 현재 권리자가 NPE인 특허는 전문 로봇에서 8건으로 가장 많고 개인로봇은 6건, 스마트 생산시스템은 0건이었다. 

특허 거래를 살펴보면, 개인로봇에서 가장 많은 591건의 특허 거래가 있었고 전문로봇에서 266건, 스마트 생산시스템에서 96건의 양수특허가 있었다. 양수 특허중 NPE가 양수 받은 NPE 양수 특허는 개인로봇에서 19건으로 가장 많고 전문 로봇은 18건, 스마트 생산시스템은 0건인 것으로 나타났다. 현재 성숙기에 접어든 지능형 로봇산업은 인공지능 기술, 배터리 기술, 액추에이터 기술, 센싱 기술, 부품 기술 등 지능형 로봇과 관련된 산업 전반의 기술들이 빠르게 발전하고 있기 때문에 2026년에는 지능형 로봇산업이 쇠퇴기에 접어들 것으로 전망된다. 

인공지능과 융합하여 로봇의 자율성을 높이는 방향으로 진화

최근 5년간 주요 출원인을 분석한 결과, 한국은 개인로봇에 집중하고 있으며 미국은 스마트 생산스시템에서 강세, 일본은 개인로봇과 전문로봇의 균형있는 발전이 특색이었다. 삼성전자와 LG전자는 로봇청소기를 판매하고 있기 때문에 개인로봇에서 로봇청소기 관련 특허의 비중이 높고 삼성 중공업은 전문로봇 중에서 검사 및 유지 보수 로봇에 관한 특허를 가장 많이 보유하고 있다. 미국의 IROBOT은 로봇청소기 중심으로 개인로봇에 특허가 집중되어 있고 IBM은 물류로봇 위주의 전문로봇을 중심으로 특허출원이 많으며 애플은 스마트 생산 시스템에 특허출원이 집중되고 있다. 일본 도요타와 소니는 개인로봇과 전문로봇에 특허를 출원하고 있고 YASKAWA는 특허 건수는 적으나 스마트 생산시스템에 관한 특허를 가장 많이 출원했다. 

지능형 로봇은 현재 서비스 로봇의 초기단계 모델들이 상용화되어 전문적인 서비스가 주를 이루고 있다. 특허 기반의 관점에서는 현재 로봇의 하드웨어와 소프트웨어 수준을 향상시키는 방향으로 기술개발이 이뤄지고 있으며 장기적 미래 관점에서는 인공지능과 융합하여 로봇의 자율성을 높이는 방향으로 진화할 것으로 예상된다. <이 글은 한국지식재산전략원(KISTA)의 미래 유망 제품 서비스 분석 보고서를 참고한 내용임>