인공지능(AI)의 고도화와 로봇 기술의 비약적인 발전은 사람처럼 사고하고 움직이는 휴머노이드 로봇의 상용화를 현실로 끌어오고 있다. 로봇이 단순히 '움직이는 것'을 넘어 사람처럼 섬세하게 행동하기 위해서는 정교한 제어 기술이 뒷받침돼야 한다.
로봇의 큰 동작을 담당하는 '액추에이터'와 함께 미세한 힘의 차이를 감지하고 이를 정밀하게 제어하는 '힘토크센서(Force Torque Sensor)'는 로봇에게 감각을 부여하는 핵심 부품으로 주목받고 있다. 이 센서를 통해 로봇은 마치 사람의 손처럼 힘을 조절하고, 촉각처럼 외부 자극에 반응하며 행동할 수 있게 된다.
로봇이 '느끼고 판단'하는 핵심, '힘토크센서'…다양한 산업 도입
국내에서는 로보터스, 에이딘로보틱스 등 정밀 센서 기술을 확보한 기업들이 힘토크센서 시장을 선도하며 기술 고도화를 통해 로봇 대중화 흐름을 빠르게 따라잡고 있다.
사람과 로봇이 안전하게 공존하는 휴머노이드 로봇이 대규모로 양산되기 위해서는 사람처럼 섬세한 판단과 동작 제어가 가능한 초정밀 센서인 힘토크센서가 반드시 필요하다.
힘토크센서는 로봇이 '얼마나 힘을 줘야 하는지', '멈춰야 하는 타이밍은 언제인지'를 스스로 판단하게 해주는 감각 기관이다. 3축 방향의 힘과 회전 모멘트(토크)를 동시에 정밀하게 측정할 수 있어 로봇이 섬세한 조립 작업을 하거나 수술 중 미세한 반발력을 감지하고 즉각 멈추는 등의 고정밀·고안전 작업을 가능하게 만든다. 마치 사람이 피부나 관절을 통해 자극을 감지하고 뇌로 전달하듯, 로봇이 힘토크센서를 통해 감각을 얻고 사람처럼 '정교하게' 움직일 수 있도록 해주는 핵심 기술이다.
'로보터스' 국내 첫 상용화..6축 센서 글로벌 최고기술 세계 200여 공급
힘토크센서 기술을 가장 앞서 상용화한 국내 기업이 바로 로보터스(Robotous)다. 로보터스는 2016년 국내 최초로 힘토크센서를 상용화했으며, 현재까지 전 세계 200여 개 기업과 연구소에 제품을 공급하며 독보적인 입지를 다지고 있다.
로보터스의 힘토크센서는 정전용량(Capacitance) 방식을 채택해 비접촉 센싱 구조로 설계됐다. 이 방식은 내구성이 뛰어나고, 신호처리 회로가 단순해 정확도는 물론 제조 효율성까지 높일 수 있는 장점이 있다. 제조 공정 역시 간결하게 설계돼 복잡한 본딩이나 납땜 작업 없이 간단한 나사 체결형 공정으로 생산성을 높였고, 자동화 라인에 최적화된 설계 덕분에 가격 경쟁력도 우수하다.
로보터스 센서의 가장 큰 특징은 수평 및 수직 방향의 힘을 분리해 정밀하게 측정할 수 있는 독립 구조에 있다. 센서 내부에는 4개의 황동 전극(수직 방향)과 4개의 PCB 패턴 전극(수평 방향)이 정밀하게 배치돼 있으며, 미세 간극 조정이 가능해 센서 정밀도를 극대화할 수 있다. 이와 같은 독립 측정 구조는 측정 감도를 모든 방향에서 균일하게 유지할 수 있도록 하며 정밀도, 분해능(해상도), 과부하 내성 등에서도 타 제품보다 뛰어난 성능을 제공한다.
RFT64, RFT80 등을 포함한 동종 업계 최다 수준의 제품 라인업도 보유하고 있다. 또한 고객의 요구에 빠르게 대응할 수 있는 맞춤형 개발 및 공급 서비스 체계도 운영 중이다. 국내외 주요 기업들과의 협력을 지속하는 가운데 최근에는 중국 상하이에 위치한 지능형 제조·로봇공학 국제협력센터와의 글로벌 파트너십을 본격화하며 해외 시장 진출에 박차를 가하고 있다.
에이딘로보틱스…고정밀 센서 의료·정밀 제조 분야서 각광
국내 로봇 센서 스타트업 중에서는 에이딘로보틱스의 기술력이 주목받고 있다. 성균관대 연구소에서 출발한 이 기업은 필드센싱 기술을 토대로 로봇이 사람과 같은 촉감을 가지도록 설계된 정밀 힘토크센서를 개발했다.
특히 에이딘로보틱스는 로보터스와 마찬가지로 정전용량 방식을 채택해 기존 센서를 약 10분의 1 수준 가격으로 상용화하는 데 성공했다. 측정 정밀도는 물론 외부 온도와 습도 변화에도 정밀한 대응이 가능해 의료·정밀 제조 분야에서 각광받고 있다.
대표 제품으로는 초소형 6축힘토크 센서, 택타일 센서, 초박형 고하중 3축 힘 센서, 손목용 6축 힘토크 센서 등이 있다. 초소형 6축 힘토크 센서는 휴머노이드 로봇 핸드의 손가락 끝에 내장 가능한 것으로 세계에서 가장 작은 크기로 제작돼 20N, 50N, 100N 등의 미세한 힘을 측정할 수 있다. 택타일 센서는 손바닥 부위에 장착해 사람의 피부와 흡사하게 접촉 위치와 압력을 고해상도로 감지하는 역할을 한다.
힘토크센서는 휴머노이드 로봇시대의 핵심 부품이다. 힘토스센서가 활용되면서 휴머노이드는 사람처럼 자연스럽게 '행동'하게 되면서 개인용 로봇 시대는 빨라지고 있다.