사람처럼 느끼고 표정까지 짓는다? 휴머노이드 감각 깨우는 광학 기술

ams OSRAM, dToF 센서와 광학식 힘 센서로 휴머노이드의 시각·촉각·인간 소통 혁신 지원

인공지능과 머신러닝의 급격한 발전으로 휴머노이드 로봇이 스스로 사물을 식별하고 언어를 이해하는 시대가 열렸다. 그러나 가정이나 병원처럼 사람을 위해 설계된 공간에서 안전하게 움직이려면 로봇에게 더욱 정밀한 감각 능력이 필요하다. 시장조사기관 욜 그룹의 2026년 보고서에 따르면 휴머노이드 로봇 시장은 2025년 6억 달러에서 2035년 510억 달러 규모로 성장할 전망이다. 로봇의 감각 능력 향상은 이러한 성장을 이끄는 핵심 요인으로 꼽힌다. 광학 센싱 및 조명 기업인 ams OSRAM은 자사의 디지털 포토닉스(Digital Photonics) 기술을 통해 휴머노이드의 시각, 촉각, 소통 능력을 획기적으로 올리고 있다.

초정밀 dToF 센서와 광학 힘 센서로 구현하는 오감

ams OSRAM의 직접 비행시간 측정 방식 적외선 거리 센서인 dToF(Direct Time-of-Flight) 센서는 주변 물체까지의 거리를 정밀하게 측정한다. 최신 TMF8829 dToF 센서는 로봇 주변 공간을 48×32 픽셀의 거리 정보 이미지로 표현한다. 이 거리 정보는 카메라 영상 및 인공지능과 결합되어 주변 환경의 3차원 지도를 만들고 안전한 이동 경로를 확보하도록 돕는다. 또한 기존 비전 카메라보다 가격이 저렴하여 로봇 손가락과 팔다리 곳곳에 배치하기 적합하다.

광학식 힘 센서는 로봇의 피부 표면 바로 뒤에 위치하여 1마이크론 수준의 미세한 표면 변형을 감지한다. 이를 통해 음식 준비나 깨지기 쉬운 물체를 다룰 때 정밀하게 힘을 조절하도록 지원한다. 이 센서는 저항식이나 정전용량식 센서에 비해 전자기 간섭(EMI)과 정전기 방전(ESD)의 영향을 받지 않아 신뢰성이 높다. 크기가 작아 로봇의 각 손가락에 탑재하여 섬세한 촉각 감지 능력을 완성한다.

이 외에도 바닥에 점 패턴을 투사하는 구조광 기술은 이족 보행 로봇이 고르지 않은 바닥에서 균형을 잡도록 돕는다. 능동 분광 솔루션은 물체의 스펙트럼 특성을 분석하여 직물 소재를 구별하거나 눈에 보이지 않는 공기 중 오염 물질을 감지한다.

마이크로LED와 빛을 활용한 정서적 의사소통

빛은 로봇이 세상을 인식하는 도구인 동시에 사람과 소통하는 언어 역할도 수행한다. 로봇은 바닥에 컬러 빛을 투사하여 자신이 이동할 경로를 알리거나 작업 경고 신호를 전달한다. 이러한 광학 신호 제어에는 개방형 표준 인터페이스인 OSP(Open System Protocol)가 활용된다.

수천 개의 마이크로LED를 개별 제어하는 EVIYOS 플랫폼은 문자와 아이콘 및 이미지를 주변 표면에 투사한다. ALIYOS 기술은 발광 소자를 로봇 표면에 통합하여 로봇의 피부 자체가 발광체 역할을 하도록 만든다.

컬러 LED는 비언어적이고 인간적인 감정 표현에도 쓰인다. 로봇이 실수를 저질렀을 때 얼굴 부위에 붉은 빛을 내어 당황한 표정을 연출하는 방식이다. 휴머노이드 로봇이 일상에 자연스럽게 스며들기 위해서는 사람과 정서적 유대감을 형성하는 것이 매우 중요하다. 디지털 포토닉스 기술은 로봇이 사람 중심의 환경에서 안전하게 작동하고 정서적으로 상호작용하도록 돕는다.

용어 해설

• dToF (Direct Time-of-Flight, 직접 비행시간 측정): 레이저 신호가 물체에 반사되어 돌아오는 시간을 직접 측정하여 거리를 정밀하게 계산하는 센싱 기술이다.
• 광학식 힘 센서 (Optical Force Sensor): 센서 표면의 미세한 변형을 광학 소자로 감지하여 압력과 힘을 정밀하게 측정하는 촉각 기술이다.
• OSP (Open System Protocol): 로봇이나 차량 내 여러 LED 및 제어 장치를 효율적으로 연결하고 운용하는 개방형 표준 인터페이스이다.
• 마이크로LED (MicroLED): 초소형 발광다이오드로 정밀한 프로젝션과 로봇 피부 형태의 유연한 디스플레이를 구현하는 기술이다.