강한 로봇 하나보다 단순 로봇 여럿이 더 낫다

October 15, 2025

Aimee Smith

산업, 농업 등에 새로운 기회를 제공하는 군집 로봇

이미지 출처:Pete/stock.adobe.com; AI로 생성

데이비드 파이크(David Pike), 마우저 일렉트로닉스

2025년 8월 8일

정밀 농업부터 재난 대응까지, 무인 항공기(UAV)라고도 불리는 항공 드론은 더욱 스마트하고, 빠르며, 정밀하게 조정되고 있다. 드론의 진화를 목격할 수 있는 다음 분야는 동기화 비행이 될 것이다.

엣지 컴퓨팅, 무선 통신, 센서 융합 분야의 최근 발전은 자율 로봇의 역량을 크게 향상시켰다. 동시에 드론 시스템은 더욱 복잡해지면서 분산 처리 관리, 저지연 연결 유지, 엄격한 전력 제약 충족 등 새로운 설계 과제를 야기했다.

이러한 시스템이 발전함에 따라, 단일 드론이 단독으로 수행할 수 있는 것보다 더 효율적으로 작업을 수행하기 위해 자율 드론들이 협력하는 다중 드론 협업 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 이 글에서는 군집 로봇이라고 불리는 협력 드론과 로봇 기술의 활용 확대에 대해 살펴본다.

자연에서 영감을 받다

군집 로봇은 다수의 드론이 협력하여 공동 작업을 수행하는 것을 의미한다. 군집 로봇의 가장 대표적인 사례로는 불꽃놀이의 대안으로, 다수의 드론이 스포츠 경기나 축하 행사에서 화려한 퍼포먼스를 선보이는 것을 가장 쉽게 들 수 있다(그림 1).

그림 1:2022년 런던 플래티넘 주빌리 행사에서는 드론 쇼가 진행되었는데, 드론 무리가 코기 모양을 형성했다. (출처: 뉴질랜드 정부,총독실, 퍼블릭 도메인)

자연계에도 군집의 예는 많다. 개미와 벌을 포함한 많은 곤충 종은 중앙 통제 없이 하나의 응집력 있는 단위로 함께 움직인다. 이러한 전체적인 통제 부재에도 불구하고, 곤충들은 복잡한 작업을 달성하기 위해 서로 협력한다. 이러한 행동에서 영감을 받아 설계자들은 다양한 사용 사례에 걸쳐 새로운 운영 애플리케이션을 위한 로봇 군집을 개발하고 있다.^[1]

산업에서의 군집 로봇

제조업은 로봇을 가장 먼저 도입한 분야 중 하나였지만, 로봇은 인간 근로자보다 더 빠르고 일관되게 제한된 작업을 수행하도록 설계된 단순한 기계였다. 오늘날의 스마트 팩토리는 로봇이 훨씬 더 유연하고 빠르게 변화하는 요구에 대응할 수 있어야 한다. 이러한 시설에서는 이미 자재 운반 및 주문 처리 등 다양한 작업에 자율 주행 로봇(AMR)을 사용하고 있다. 그러나 이러한 로봇은 미리 정의된 경로를 따라가며 공장 현장의 구조화된 환경에 최적화되어 있는 경우가 많다.

군집 로봇은 훨씬 더 높은 유연성을 보여준다. 이러한 군집은 지역적인 의사결정을 내리도록 설계되어 중앙 집중식 또는 구조화된 제어의 필요성을 없앤다. 다수의 유닛이 관여하기 때문에 군집은 가용성과 조건에 따라 작업을 완료할 수 있다. 군집을 단일 개체로 간주하면, 성공적인 결과물을 내기 위해 대체 유닛을 할당함으로써 장애 발생 시에도 우회할 수 있기 때문에 내결함성이 뛰어나다.

자율 로봇 군집은 시설 내 자재를 더욱 유연하게 운반할 수 있도록 해준다. 통행량이 많은 구역을 피할 수 있으며, 유휴 유닛은 새로운 작업을 받고 예상치 못한 상황에 신속하게 대응할 수 있다.

농업 로봇

현대 농업은 공장의 통제된 환경과는 매우 다른, 광활하고 예측 불가능한 환경에 걸쳐 있다. 스마트 농업 기술은 수작업을 센서와 데이터 기반 의사 결정으로 대체하기 시작했지만, 농장 전체의 작업 규모와 다양성을 생각하면 여전히 해결해야 할 과제가 많이 남아 있다.^[2]

로봇 군집은 이러한 과제에 대한 해결책을 제시한다. 고도로 정교한 농업 기계와는 달리, 로봇 군집은 다수의 비교적 단순한 기계로 구성된다. 로봇 군집은 넓은 지역에 배치되어 반복적이고 시간이 많이 소요되는 작업을 협력하여 완료할 수 있다는 점에서 유용하다.

농업용 로봇은 지상 기반 드론과 공중 드론의 장점이 합쳐졌다. 지상 기반 시스템은 식물과 토양에 직접 상호작용할 수 있는 반면, 공중 드론은 넓은 지역을 조사하고 살포 작업을 수행할 수 있다. 이러한 조합은 고유한 농업 환경에 맞춰 설계된 다층적이고 적응력 있는 시스템을 구축한다. 로봇은 이동성이 뛰어나 고정된 인프라에 의존하지 않으므로 외딴 지역에서 사용하기에 이상적이다.

로봇 군집은 확장성이 뛰어나 계절적 요구에 따라 추가 유닛을 신속하게 추가하거나 제거할 수 있다. 따라서 로봇 군집은 중앙 제어 없이 농장 곳곳에서 여러 반복적인 작업을 수행할 수 있는 대규모 로봇 노동력이기 때문에, 농업 종사자들 입장에서도 현장 대신 관리 업무의 비중이 높아질 것이다.

인프라 유지 관리

자율 로봇이 실용성을 선사하는 환경은 농장에서 그치지 않는다. 파이프라인, 전력망, 풍력 터빈과 같은 중요 인프라도 다양한 과제에 직면해 있다. 이러한 인프라는 광활한 지역에 걸쳐 있고, 외딴 지역에 설치될 수 있으며, 정기적인 점검이 필요하다. 헬리콥터 비행은 어느 정도 도움이 되지만 세부적인 접근까지 제공하지는 못한다. 지상 점검은 더 세부적인 접근은 가능하지만, 속도가 느리고 비용이 많이 들며 때로는 위험하기도 하다.

로봇 군집은 이동성과 정밀성을 결합하여 빠르고 안전한 데이터 수집을 위한 대안을 제시한다. 고해상도 카메라와 기타 센서 시스템을 갖춘 대규모 드론 그룹은 다양한 시점에서 신속한 점검을 수행할 수 있다. 이들은 호버링하여 중요 구조물을 면밀히 점검한 후 주변 지형의 영향을 받지 않고 다음 현장으로 신속하게 이동할 수 있다.

공중 구조대

지진부터 산불까지 모든 대규모 비상 상황에서 조기 개입은 인간과 야생 동물의 생존 가능성을 크게 높일 수 있다. 수색 및 구조 작업에서도 속도는 매우 중요한데, 신속한 대응이 생사를 가를 수 있기 때문이다.

기존의 지상 기반 수색 구조대는 매우 위험한 상황에 대처해야 한다. 불안정한 건물이나 국지적인 화재 위험 지역 등 다른 위험 요소들로 인해 구조대원들은 느리게 움직일 수밖에 없다.

수색 및 구조용 드론은 거의 모든 비상 상황에 있어 신속하게 배치될 수 있다. 적외선 및 대기 센서를 포함한 첨단 감지 시스템을 탑재한 이 드론(그림 2)은 정확한 지상 상황 모델을 신속하게 생성할 수 있다.

그림 2:공중 로봇은 넓은 지역과 건물에서 협업하여 작업을 자동화할 수 있다. (출처: Free-styler/stock.adobe.com)

이 수색 및 구조 드론은 분산형 제어 기능을 통해 운영자가 넓은 지역에 걸쳐 병렬 수색을 수행하고 후속 조치를 위한 잠재적 생존자를 식별할 수 있도록 지원한다. 군집 지능을 통해 경로를 동적으로 재구성할 수 있으며, 작은 크기 덕분에 사람이 접근하기 위험한 위치도 안전하게 수색할 수 있다.

활용되는 기술

드론 간 통신은 군집 비행을 위한 핵심 요건이다. 군집 비행이 하나의 응집력 있는 단위로 작동하려면 최소한의 지연으로 정보를 공유하는 것이 필수적이다. 각 드론은 자신의 위치, 할당된 작업 상태, 그리고 주변 환경에 대한 관측 데이터를 공유해야 한다.

다수의 로봇이나 드론이 생성하는 정보의 양은 Wi-Fi, Zigbee, LTE와 같은 일반적인 프로토콜의 성능에 큰 부담을 줄 수 있다. 고밀도의 군집은 저지연 통신과 확장성을 모두 필요로 한다. 모바일 애드혹 네트워크(MANET)와 같은 새로운 메시 네트워크 프로토콜과 전용 군집 통신 표준이 해결책이 될 수 있다. MANET은 라우터나 무선 액세스 포인트와 같은 기존 인프라가 필요 없는 분산형 무선 네트워크이다.

MANET의 일부를 구성하는 각 드론은 독립적이지만, 이동하면서 군집을 구성하는 다른 드론과의 연결을 변경한다. 따라서 각 드론은 네트워크의 일부를 형성하여 자체 데이터뿐만 아니라 이웃 드론의 정보도 전달한다.

데이터 공유가 필수인 요소 중에는 정확한 위치 정보가 있다. GPS(Global Positioning System)는 정확한 위치 정보를 제공하는 확립된 수단이지만, 폐쇄된 곳이나 지하 환경에서는 그 활용도가 제한적이다. 드론은 GPS 수신이 불가능한 지역에서도 작동할 수 있어야 한다. 초광대역(UWB) 통신을 비롯하여 비전 기반 동시 위치 측정 및 매핑(SLAM) 기술을 포함한 다른 기술들도 지속적인 정확성을 보장한다.

SLAM은 로봇과 자율주행차가 주변 환경의 지도를 생성하고 그 안에서 자신의 위치를 정확하게 파악하는 데 사용되는 기술이다.^[3]비전 기반 센서와 라이더(lidar)에서 생성된 정보를 활용하는 SLAM 기술은 위치 센서와 프로세서 간의 저지연 통신을 필요로 한다. 하지만 다른 기술이 없는 상황에서도 센티미터 수준의 정확도를 제공할 수 있다.

드론은 센서, 통신, 위치 시스템 외에도 에너지 저장 및 추진 기능을 필요로 한다. 설계자는 무게와 성능, 그리고 배터리 수명 및 내구성의 균형을 맞춰야 한다. 리튬 이온 또는 리튬 폴리머 기술을 사용하는 배터리는 소형 항공 로봇에 이상적인 에너지 밀도와 무게의 조합을 제공한다. 설계자는 또한 드론 군집이 작동해야 하는 환경 조건을 인지해야 한다. 산업 또는 농업 환경에 배치되거나 자연재해 지원 임무를 수행하는 드론은 바람, 비, 그리고 극한의 기온을 견뎌낼 수 있어야 한다.

미래 발전 방향

로봇 군집의 미래는 자율적인 임무 계획 및 기업 시스템과의 통합을 포함한 고급 기능을 아우른다. 산업 분야에서는 군집이 자동화된 ERP(Enterprise Resource Planning) 및 사물 인터넷(IoT) 네트워크와 직접 연동하여 완전 자율 운영을 가능하게 할 것이다. 다른 애플리케이션에서는 제스처 및 직접 대화와 같은 고급 명령 사용을 포함하여 인간 작업자와의 협업 수준이 향상될 것이다.

이러한 추가적인 기능을 위해서는 새로운 정책과 규정이 필요하다. 운영 측면에서는 영공을 기존 유인 항공기와 공유해야 한다. 인공지능(AI)의 발전과 자율성 향상으로 윤리 및 개인정보 보호 문제가 대두되고 있으며, AI가 일상생활에서 널리 활용될 수 있도록 대중의 신뢰를 유지하는 것이 매우 중요하다.

로봇 군집은 산업, 농업, 사회 기반 시설, 그리고 비상 대응에 새로운 접근 방식을 제시하고 있다. 자율성, 통신, 위치 시스템의 발전과 함께, 분산형 군집은 확장 가능하고 효율적인 솔루션을 제공한다. 정책과 규제가 발전함에 따라, 로봇 군집은 혁신을 넘어 통합으로 진화할 것이다.