청소로봇

청소로봇은 주거, 상업 및 산업 분야의 청소를 목적으로 설계된 로봇이다. 청소는 일반적으로 사람들이 꺼려온 대표적인 3D 업무이다. 하지만 로봇은 위험하고 더럽고 힘들다는 이유로 작업을 거부하는 경우가 없다. 사람 손이 닿기 어려운 고층 아파트의 유리창과 침대 밑도 청소로봇에겐 두렵고 꺼리는 구역이 아니다. 이러한 이유로 한국에서는 많은 가정이 청소로봇 중 하나인 로봇청소기를 통해 집안을 청소한다. 바닥 청소로봇을 비롯하여 유리창 청소로봇은 가장 대중화된 로봇이기도 하다.

도입 및 상용화

청소대행업의 경우, 기업 측면에서 보면 소규모·소자본일 뿐 아니라 높은 노동력 의존, 높은 폐업률, 청소방법 및 품질 등의 규격화 미비 등의 특징이 있다. 고용된 노동자 측면에서는 3D, 고령층 다수, 높은 이직률, 높은 산재율 등의 문제가 있다. 해외에서는 이러한 문제를 해결하고 청소산업의 효율성 제고를 위한 솔루션으로 전문 청소로봇이 1990년대부터 개발 및 상용화가 시도되었다. 그러나 청소로봇의 기술 수준에도 불구하고 낮은 비용 효율성, 소비자의 공감 부족 등으로 본격적으로 도입되지 못했다. 하지만 2010년 중반 이후 국가별 요인은 다소 차이가 있지만, 일본, 미국 등을 중심으로 심각한 일손 부족과 고령화, 기술발전에 따른 로봇 안전성 향상, 사람이 청소하기 어려운 곳 등 호텔과 사무용 빌딩 등 청소뿐 아니라 청소 전 분야에 걸쳐 전문 청소로봇 보급이 본격화되었다. 건물 실내 바닥청소, 실외 노면 청소, 건물 창·외벽청소, 태양광 패널, 공조 덕트 청소, 저수조·탱크 청소, 재활용 분류 로봇, 심지어 화장실 변기 청소 등에 이르기까지 다양한 분야에서의 청소로봇이 개발및 상용화되고 있다. 세계적인 청소 장비 전문업체 등도 자사의 청소 장비의 로봇화를 서두르고 있으며, 상업용 청소로봇 전문의 스타트업의 창업도 활성화되고 있다. 덴마크에 기반을 둔 세계적인 메이저 청소 장비 전문업체 닐피스크홀딩스(Nilfisk Holdings)는 자사의 청소 장비의 로봇화·지능화를 적극적으로 추진하고 있으며, 캐나다에서 2014년 설립된 상업용 청소로봇 전문업체인 애비드봇(Avidbots)은 2018년 기준 약 50억 달러에 달하는 상업용 청소 장비 시장이 2023년까지 1/3이 청소로봇으로 바뀔 것으로 보고 있다. 또한, 코로나19 팬데믹에 따라 실내 공간 소독, 거리 방역뿐 아니라 격리시설 등에 대한 음식물·물품·약품 등의 배송, 감염 탐지·순찰 및 홍보, 검체 채취 등 검진용, 정보 모니터링에 이르기까지 다양한 로봇이 쏟아지며 개발·테스트 및 현장 적용이 이루어지고 있다. 코로나19 사태에 로봇이 적극적으로 활용되고 있는 것은, 로봇만이 가진 장점인 비대면, 24시간 업무, 그리고 빠른 속도 때문이다.

분류

청소로봇의 활발한 개발과 상용화 추세에도 불구하고, 세계적으로 전문 청소로봇은 아직 전체 서비스용 로봇에서의 비중이 높지 않고, 절대적인 시장규모도 적다. 이에 따라 전문 청소로봇에 대한 개념 정의나 분류는 국제적으로 아직 명확하게 정립되어 있지 않다. 한국 로봇산업 통계 조사를 위한 로봇산업특수분류(통계청 승인, 2019년 3차 개정)에서는 전문서비스와 로봇서비스 분류에 일부 전문 청소로봇을 포함하고 있으나, 아직시장이 형성되지 않은 이유로 구체적 분류보다는 포괄적으로 분류·정의하고 있다.

로봇산업특수분류 중 전문 청소로봇 관련 분류

대분류	중분류	소분류	분류 정의
전문서비스 로봇	사업시설 관리용 로봇 제조	사업시설 청소용 로봇 제조	사업시설물 청소 기능을 수행하는 로봇 제조
	사회인프라 로봇	관로 및 배관시설 유지, 관리용 로봇 제조	관로(파이프라인 신설) 및 배고나시설 유지 및 보수 관리기능을 수행하는 로봇 제조
	기타 전문서비스 로봇	기타 전문서비스 로봇 제조	기타 달리 분류되지 않은 산업서비스를 제공하는 로봇 제조 (도로청소 등 포함)
로봇서비스	로봇 이용 시설관리 및 사업지원 서비스	로봇 이용 시설관리 및 사업지원 서비스	로봇을 이용한 청소, 경비 등 시설관리 서비스와 행사대행 등 사업 지원 서비스 제공 (빌딩용 덕트 청소, 상하수도 유지 보수, 건물 외벽 및 유리창 청소 등 포함)

그러나 IFR(국제로봇연맹)의 분류에서는 전문서비스 로봇의 중분류로 전문 청소로봇을 포함하고 있으며, 세분류로 1) 바닥청소 2) 유리창 및 외벽 청소 3) 탱크·튜브·파이프 등의 청소 4) 본체(비행기, 차량, 선박 등) 청소 5) 기타 청소 등으로 구분하고 있어, 대한민국보다 구체적으로 분류하고 있다. 그러나 IFR의 분류도 새롭게 개발·상용화되고 있는 제품군을 모두 포함하고 있지는 않다. IFR(국제로봇연맹)의 분류와 한국 법령에서 정하고 있는 청소업 분류, 관련 제품의 개발·상용화 동향 등을 고려하여 전문 청소로봇을 분류하면, 1) 실내바닥 청소로봇 2) 실외 노면 청소 3) 건물 외벽·창 청소로봇 4) 탱크·덕트·배관 청소로봇 5) 리사이클링(재활용 분류) 로봇 6) 선체(선박·항공기) 청소로봇 7) 방역(소독) 및 지원 로봇 8) 기타 전문 청소로봇으로 분류할 수 있다.

전문 청소로봇의 분류 및 용도

분류	용도 및 개념
실내바닥 청소로봇	주로 넓은 표면을 청소해야 하는 대형 건물, 공항, 쇼핑몰, 대형마트, 학교 등의 바닥 청소
실외노면 청소로봇	도로 측면, 이면 도로, 공원, 아파트, 공항 등의 실외 청소
건물외벽·창 청소로봇	고층 건물 등의 외벽, 창 청소 태양광 패널 청소
덕트·배관·탱크 청소로봇	공조 및 주방 덕트, 상·하수관, 산업용 배관 청소 아파트 및 산업용 저수조, 유류 등 위험물 등의 저장 탱크 등 청소
리사이클링 로봇	수거된 재활용 폐기물의 분류
선체(선박·항공기) 청소로봇	선박 외부 미생물 등의 제거 항공기 외관 청소 등
방역(소독) 및 지원 로봇	실내·외 살균 소독 격리시설 등에서의 음식물·약품 배송, 검체 채취 등 검진용 실외 체온측정 및 홍보, 모니터링
기타 전문 청소로봇	화장실 변기 청소, 풍력 블레이드 청소, 수중 및 수상 쓰레기 등의 청소 등 다양한 분야의 청소

실내바닥 청소로봇

실내바닥 청소로봇

실내바닥 청소로봇은 업무용 건축물, 복합건축물, 백화점 및 쇼핑몰뿐 아니라 학교, 병원, 공연장(전시장), 공항, 지하철(철도) 역사, 대형 공장 득 바닥청소가 필요한 모든 대형건축물 및 시설 등에 널리 쓰일 수 있어 잠재적 시장 수요가 매우 크다. 바닥 청소로봇은 기본적으로 자율주행 모바일 플랫폼과 청소 도구 또는 시스템이 결합한 로봇과 청소 장비의 융합제품으로, 자율주행 모바일 플랫폼에 1) 쓸기 2) 진공 청소 3) 문지르기 4) 고압 세척 등의 청소 도구가 장착된 형태이다. 바닥 청소로봇이 청소작업을 자율적으로 수행하기 위한 가장 보편적인 내비게이션 시스템은 최초 사용자가 원하는 경로를 수동으로 주행한 후 이동 경로, 이동 속도 및 이동 조건을 기억하고, 이후 이를 자율적으로 수행하는 것이다. 과거에는 바닥에 플롯(plots)이나 케이블 등이 필요한 시스템이었으나, 오늘날에는 대부분 모델이 레이저 스캐너 탐색을 사용하여 자율이동 플랫폼(AMR)으로 청소가 이루어진다. 전원 부족이나 세제, 물 등이 떨어지면 로딩 스테이션으로 돌아가 전원이나 세제, 물 등을 보충한 다음 다시 청소가 이루어져, 장시간 자율적 작동이 가능하다, 또한 일부 로봇은 무선 명령 등으로 인원용 승강기를 사용할 수 있어 건물의 다른 층에서도 작업할 수 있다. 낮에는 청소원 등과 협업으로 청소를 수행하고, 밤에는 자동으로 작동하는 듀얼모드를 제공하는 등 여러 디자인이 제안되어, 바닥청소 작업의 효율성을 높이는 방법으로 사용되고 있다. 많은 제품이 사물인터넷(IoT)을 활용하여 태블릿 또는 모바일 플랫폼으로 원격제어가 가능하며, 수행된 청소의 데이터가 전송되어, 청소작업 내용 및 품질 등을 확인할 수 있다. 이러한 데이터는 청소작업의 표준화 및 물, 세제 등을 절약할 수 있는 중요한 정보 데이터로 활용할 수 있다. 한편 건물 등에서의 청소 업무의 범위는 매우 넓고 다양하며, 대부분 사람이 손으로 또는 도구 등을 사용하여 수행함으로 통상 인건비는 청소서비스 비용의 70~80%를 차지한다. 또한, 청소작업이 다양하지만, 바닥 청소로봇을 활용할 수 있는 바닥청소의 비중이약 60%를 차지하여, 바닥 청소로봇의 판매 증가 가능성은 매우 크다. 바닥 청소로봇의 활용도가 높아질수록 비용 측면, 청소서비스 측면, 고용환경 등에 높은 편익을 가져다줄 수 있다.

실외노면 청소로봇

실외노면 청소로봇

실외노면 청소로봇은 주요 간선도로 및 지선도로뿐 아니라 대형청소차가 진입하기 어려운 이면도로와 공원, 학교, 아파트, 공항, 대형 공장 등에서 활용할 수 있다. 도로와 공원 등 공공시설의 청소는 지자체 또는 지방 공공기관이나 지자체가 위탁한 청소용역업체에서 담당하며, 여타 민간 시설은 소유자 또는 관리를 위탁받은 곳에서 수행한다. 실외노면 청소로봇은 일반적으로, GPS 등 위치 인식과 이동 기술, 각종 센서·레이더·카메라 등을 통한 환경 인식 기술을 바탕으로 한 자율주행 시스템과 1) 쓸기, 2) 세척, 3) 진공흡입, 4) 쓰레기 운반 등 청소시스템이 결합한 형태이다. 기능적으로는 쓸기, 세척, 진공흡입, 쓰레기 운반 이외에, 환경미화원 대신 로봇이 생활 쓰레기의 수거 기능의 로봇도 있으며, 로봇플랫폼 전면에 로봇 팔을 장착하여 플라스틱, 유리병 등을 집을 수 있는 기능(pick-up)을 갖춘 로봇도 있으며, 둘 이상의 복합 기능을 갖춘 로봇도 있다. 실외 노면 청소로봇의 주된 사용 장소는 주요 간선도로와 지선도로 또는 공간적으로 넓은 지역을 대상으로 하지만, 일부 제품의 경우 대형청소차가 작업하기 어려운 이면도로나 공원 등 협소한 지역을 대상으로 하는 소형 청소로봇 제품도 있다. 작업형태를 보면, 청소로봇 스스로 청소하는 것을 기본으로 하지만, 여러 대의로봇이 협업 형태로 청소의 여러 과정을 수행하는 것도 있으며, 사람과 협업을 통해 작업하는 청소로봇도 있다. 한편 갈수록 심각해지는 미세먼지 등 대기오염과 심각한 쓰레기 문제로 인한 국민건강과 위생에의 위협뿐 아니라, 주로 인력에 의존하는 가로 청소 특성에 따른 사고와 질병의 위험, 간선도로 등 넓은 도로에 활용되고, 주로 야간에 활용되는 청소차, 살수차 등의 한계 등을 고려할 때, 간선도로뿐 아니라 협소한 도로, 이면도로, 공원 등 다양한 장소에서 활용된다. 더 나아가 24시간 가동이 가능한 무인 자율 노면 청소로봇 도입의 필요성이 어느 때 보다 높아지고 있다.

창·외벽·태양광 패널 청소로봇

시야 및 유지보수의 이유로 유리 표면은 수개월마다 청소하여야 하며, 고층 건물의 수가 증가함에 따라 외관 청소 자동화가 점점 더 관심을 끌고 있다. 또한, 대체에너지 중의 하나로 세계적으로 그 수가 많이 증가하고 있는 태양광발전소의 태양광 발전 패널의 효율을 저하시키는 주요 요인은 유리 패널 표면에 모래와 먼지, 조류 배설물 등이 쌓이는 것이며, 출력 효율을 유지하려면 태양 전지판을 자주 청소해야 한다. 건물 창·외벽·태양광 패널 청소로봇은 주로 수직, 경사면의 유리면 등을 청소한다는 점에서는 공통점이 있지만, 기술 및 작업형태는 다소 차이가 있다. 크게 4가지로 분류할 수 있는데, 권양기(winch)와 로봇 팔을 이용하는 방식은 지붕 접근이 가능한 수직 외변을 권양기가 상하로 움직이면서, 청소 도구가 부착된 로봇 팔을 이용해 청소하는 방식으로, 고층 건물의 외벽·창 청소에 활용될 수 있다.

건물 창·외벽·태양광 패널 청소로봇의 작업형태와 사용대상

구분	작업형태	사용대상
권양기와 로봇 팔	지붕 접근이 가능한 수직 외면을 권양기와 로봇 팔에 장착된 청소 도구로 청소	고층 건물의 외벽·창
클라이밍 로봇	경사면, 수직면 또는 돌출된 표면, 불규칙한 표면에서 전방향으로 움직이며 청소 자석 부착식 또는 흡착식	주로 상업 시설 등의 일체형 유리창 태양광 패널
드론	드론 형태이나 건물 옥상으로부터 안전 밧줄을 연결하여 안전성 확보(건물 외벽 청소의 경우)	고층 건물의 외벽·창 태양광 패널
태양광 패널 어레이 부착형	태양광 패널의 어레이가 비교적 좁은 경우, 어레이 루프탑에 장착 구조로 좌우로 움직이며 청소	태양광 패널

유리창 청소로봇

클라이밍(climbing) 로봇 방식은 경사면, 수직면 또는 돌출된 표면, 불규칙한 표면에서 전 방향으로 움직이며 청소하는 것으로, 앙면 자석 부착 또는 진공 흡착의 이동 방식으로 청소한다. 본체의 진공 흡입력이 떨어져 유리창에서 이탈할 경우 추락방지 안전끈이 잠기게 되는 세이프티 테더(safety tether) 시스템이 적용되어 추락 걱정 없이 안전하게 사용할 수 있는 제품도 있다. 이 유형의 제품은 주로 호텔, 레스토랑, 커피숍 등 상업시설 등의 일체형 유리창 청소 및 태양광 패널 청소 등에 활용된다. 드론 제품도 활용되는데, 건물 외벽 청소의 경우는 건물 옥상으로부터 안전 밧줄을 연결하여 안전성을 확보한다. 그리고 태양광 패널 청소에도 활용된다. 태양광 패널 어레이(array) 부착형 방식은 태양광 패널의 어레이가 비교적 좁은 경우, 어레이 루프톱에 장착구조로 좌우로 움직이며 청소한다. 그리고 이 방식의 특징 중 하나는 움직이는 장착된 로봇에 맞춤형 절단기를 장착하여 자란 초목을 제거하는 제품도 있다는 것이다. 태양광 패널 청소의 경우, 기후조건 등에 따라 청소방법 등의 차이가 있는데, 사막의 경우 물청소가 어려우며, 반대로 일본 등과 같이 섬나라의 경우는 조류 배설물 등으로 물청소가 이루어져야 하는 등 차이가 있다. 공통적으로는 이중유리 패널의 경우, 청소로 인한 미세균열 발생에 대한 고려가 필요하다. 한편 건물 창·외벽·태양광 패널 청소로봇의 편익은 비용은 줄이고, 서비스는 높이며, 작업 환경 개선으로 사고 위험이 많이 감소할 수 있다.

탱크·덕트·배관 등 청소로봇

파이프 청소로봇

각종 빌딩과 사옥 등 대형건물은 에너지 절감을 위하여 창문이나 출입문의 수를 최소로 줄이면서 단열 건축자재의 사용으로 외부와 철저히 차단 밀폐 되어 있으며, 냉·난방과 공기 순환을 위한 공조기를 통해 덕트로 통하는 환기가 유일하다. 그러나 덕트 내부의 먼지나 오염물질이 퇴적된 가운데 공기가 순환되어 사람들의 질병과 건강을 해치는 요인이 된다. 특히 주방 덕트는 기름물질 등의 축적 등으로 인해 병해충의 서식 등이 우려되어 주기적인 청소가 꼭 필요하다고 전문가들은 보고 있다. 담수 탱크의 경우도 저수조 벽면의 균, 이물질 등으로 오염될 수 있으며, 이에 따라 사람들이 음용수로 사용하는 물이 다량으로 저장된 저수조의 경우는 관련법에 따라 6개월에 1회 이상 점검·청소·소독하도록 의무화되어 있다. 또한 연료탱크도 슬러지 발생에 따른 연료 오염과 이로 인한 연료의 손실 방지 등을 위해 청소를 해야 한다.

탱크·덕트·배관 등의 청소로봇시스템은 용도에 따라 다양한 청소 도구가 장착된 이동식 로봇플랫폼과 부대설비로 이루어진다. 많은 플랫폼이 모듈식 디자인이기 때문에 탱크·덕트·배관의 청소작업뿐 아니라 유지보수, 검사 등에도 같은 플랫폼이 적용되며, 작업에 따라 개별 응용제품에 다양한 도구와 기기가 제공되며, 오염 유형에 따라 물 분무, 브러싱, 연마, 연삭 등이 포함될 수 있다. 모바일 로봇플랫폼에는 고해상도 카메라, 가변강도의 LED 조명, 전·후진과 회전용 모터 등 속도 및 방향 제어가 가능한 구동부 등을 갖추고 있으며, 바퀴 또는 궤도 형태로 이동한다. 그리고 전력 공급 등을 위한 케이블이 연결된 예도 있다. 청소 도구는 용도에 따라 비연마 발파, 드라이아이스 분사, 압축공기 분사, 소다 발파, 물 분사, 진공 청소, 긁기, 브러시 등 다양하다. 이와 더불어 부대설비도 필요한데, 탱크 등의 수중청소는 흡입 펌프, 공기 압축기, 전용 케이블, 모니터 및 원격 조종장치 등이 포함된다. 주방 덕트 청소의 경우, 덕트 안의 눌어붙은 기름때 등을 제거하기 위하여 드라이아이스를 분사하여 기름때 등을 제거하는 아이스 블라스터 방식 등이 사용되는데 흡입용 송풍기, 드라이아이스 기계, 모니터링, 콘트롤 박스 등의 부대설비가 필요하다. 용도별 탱크와 파이프 등의 기본적인 로봇 활용 청소방법은 차이가 있다.

용도별 탱크, 파이프 등의 로봇 활용 방법

구분	로봇 활용 방법
연료탱크	탱크 청소로봇은 탱크를 비울 필요가 없는 희석식을 사용 커터 유체의 고압 흐름이 슬러지를 움직이게 함 → 이 슬러지는 다단계 분리 및 정화 장치로 펌핑 → 탱크 바닥 내용물을 고형물, 재활용 가능한 물, 고가의 오일이나 기타 분리 가능한 액체 등의 세 가지 흐름으로 분리 슬러지에 있던 연료를 회수하고, 유독성 폐기물을 추가로 감소시킴 빛 감지 카메라 등을 통해 외부에서 원격조종
가스탱크	가스탱크의 녹 제거는 자갈이나 와셔 같은 연마제를 사용하거나 산(염산이나 식초), 와싱 소다, 탱크 코팅 키트 등을 사용해서 수행 물 분사용 도구, 녹 및 페인트 제거용 전동 공구 또는 진공 흡입 시스템이 장착
담수탱크	기본 원리는 수중 진공청소기로써 배수탑을 자동으로 가로지르는 장치를 배치하는 것으로, 이 장치에는 일반적으로 탐색용 수중 음파 탐지기가 장착 운전자가 이 장치의 진행 상황을 모니터링하고, 청소 과정을 기록할 수 있도록 영상이 제공
파이프	대부분 원격조종되는 여러 개의 제품이 선보였는데, 이것들은 일반적으로 브러시가 장착되고 바퀴나 트랙을 이용하는 이동식 플랫폼을 공유

탱크·덕트·배관 등의 청소에 로봇 활용이 증가하고 있기는 하지만 탱크 청소 빈도가 낮아서 경제성의 측면에서 로봇 구매는 한계가 있다. 그러나 점점 더 엄격해지는 환경과 보건 그리고 안전 규정은 이러한 시스템의 광범위한 사용에 긍정적인 요인으로 작용할 것이다. 많은 청소 및 유지보수 업체에서 로봇 장비를 사용해서 석유저장 탱크, 정유공장, 벌크 연료 터미널, 화학 플랜트, 화력발전소의 연료 탱크 등을 청소하고 있다. 탱크·덕트·배관 등 청소에 로봇사용의 편익은 비용, 서비스, 작업 환경 측면에서 많은 이점이 있다. 그러나 덕트 청소의 경우, 대부분 덕트 청소로봇 제조사는 여러 유형의 덕트에 대한 투자 수익이 상당히 높지만, 로봇이 수직 덕트 또는 복잡한 접합부가 있는 덕트를 취급하는 것에서 여전히 주요 문제가 되고 있다.

재횔용 분류 로봇

재활용 분류 로봇

대한민국은 1995년 전국 단위로는 세계에서 처음으로 쓰레기 종량제를 도입했다. 2003년 생산자책임 재활용제(EPR)를 선도적으로 도입한 데 이어, 2005년부터는 음식물 쓰레기 분리수거도 실시하고 있다. 쓰레기 종량제, 생산자책임 재활용제는 쓰레기·폐기물을 줄이는 동시에 재활용률을 높임으로써 환경보호 등을 통해 지속 가능한 발전을 이루기 위해서다. 현재 개발된 재활용 분류 로봇의 일반적인 작동 방식은 특정 물체를 인식하도록 훈련된 카메라와 컴퓨터 시스템에 따라 로봇 팔은 목표물에 도달할 때까지 컨베이어 벨트 위로 미끄러지듯 움직이며, 팔에 부착된 센서가 달린 그리퍼(gripper)로 깡통, 유리, 플라스틱 용기 및 기타 재활용품을 분류하여 각각의 재활용 분류 박스에 넣는 방식이다. 따라서 로봇이 컨베이어 벨트 위를 지나가는 폐기물을 정확하고 신속하게 재활용 분류를 위해서는 다양한 종류 폐기물을 종류별로 정확하게 인식하고, 이를 능숙하게 집어서 분류 박스에 넣어야 하며, 이를 빠른 속도로 제어할 수 있어야 한다. 최근 통(bin)에서 물체의 위치와 형태, 재질을 인식하고 올바르게 물체를 골라내는 방법을 효과적으로 로봇에게 가르치는 새로운 인공지능 기반 도구라 할 수 있는 빈 피킹(bin picking) 기술과 다양한 재질과 형태를 갖춘 그리퍼가 개발되고 있어 재활용 분류 로봇은 빠르게 기술적 진보를 가져올 것으로 기대된다. 또한, 현재 혼선과 실수가 다소 있는, 컴퓨터 시각에 의존한 방식에서 그리퍼가 인식할 수 있도록 촉각센서도 개발 중이다. 로봇플랫폼으로는 델타 로봇, 다관절 로봇 등이 주로 활용되고 있는데, 속도를 개선하기 위하여 양팔 로봇, 듀얼 암 시스템 등도 개발·사용중이다.

한편 재활용 분류 로봇은 통상 사람의 작업보다 2배 이상 빠른 속도로 이루어지고, 정확하게 분류할 수 있어 비용 절감과 분류된 재활용품의 재판매 가격 상승을 가져다줄 수 있다. 또한, 3D 작업의 로봇 대체로 산업재해를 감소시키며, 분류된 재활용품의 업사이클링(up-cycling)으로 자원 순환을 촉진시키는 것과 동시에 매각, 소각 폐기물을 감소시켜 환경보호는 물론 갈수록 늘어나는 매립지 부지 문제, 쓰레기 처리 비용 문제 등의 해결에도 도움이 될 수 있다. 그 사례로 매사추세츠 공과대학교(MIT) 연구진은 2019년 촉각을 이용해 쓰레기를 분류하는 로사이클(RoCycle) 로봇을 개발했다. 기존 재활용 센터에서는 자석과 공기필터를 이용해 각각 철과 종이 등을 분류해왔는데, 이물질이 묻거나 혼합된 쓰레기가 제대로 분류되지 않아 사람들의 수작업이 필수였다. 로사이클은 인공지능을 이용해 사람손이 지각하듯 촉각을 통해 쓰레기를 분류하는 능력을 지녔다. 미국의 AMP 로보틱스, 한국의 이노버스 등 스타트업 기업들도 인공지능 이미지 처리와 알고리즘을 이용해 쓰레기를 종류별로 분류하는 기술 개발에 나서고 있다.

선체 청소로봇

선체 청소로봇

선박은 선체 측면 및 하부에 각종 따개비, 해조류, 외래종 식물, 이끼 등 선체의 오염물질(bio-fouling)이 달라붙게 되면 그만큼 운항 속도가 떨어지고, 속도를 최대 10%까지 감소시킨다. 또한, 선체의 오염물질에 따른 항력을 보상하기 위해 선박은 연료를 최대 40% 더 사용하게 된다. 이러한 기본적인 문제점으로 선사들은 보통 5년마다 상당한 비용을 들여 선체 청소를 하며, 선박 건조사가 선박을 선주에 인도할 때 선체 청소는 필수다. 항공기의 경우, 단지 깨끗한 외관뿐 아니라 기체의 표면 균열 등을 쉽게 감지하기 위하여 기체 외부 청소를 해야 한다. 선박 선체 로봇시스템은 통상 이동 로봇 플랫폼과 청소시스템 그리고 이를 원격조정·제어 시스템을 갖춘 청소 모선으로 구성된다. 청소를 위한 선체 부착방식은 강력한 자기 또는 추진기 등에 의한 진공 부착방식이 주로 사용된다. 선체 표면을 인식하기 위해 LED 조명의 비전(카메라) 등이 활용되며, 수압센서 등 다양한 센서를 통해, 수중 깊이와 청소의 방향을 인식한다. 무선 또는 케이블 연결로 데이터를 전송하여, 원격 모니터링 및 자동 또는 반자동으로 제어하는데, 많은 시스템에서 청소 모선을 활용한다. 또한, 청소에 따른 해양 오염을 방지하기 위하여 청소 잔해 필터 및 수집장치가 장착되어 오염물질을 자동으로 회수한다. 청소 방법은 고압 세척, 브러시, 블라스팅(blasting), 열충격 등 다양한 방법이 활용된다. 항공기 청소는 수동 세척의 대안으로 로봇이 도입되었고, 이 로봇이 항공기 선체에 세척액을 적용하고 항공기의 동체와 날개의 청소에는 로봇 유도 브러시 도구를 사용한다. 일반적으로 특수차량에 대형 다관절 로봇이 설치된 형태이며, 로봇의 끝부분에 고압 분사 노즐 또는 브러시가 장착되는 구조이다.

한편 선체 청소에서 로봇시스템의 활용은 비용, 서비스, 환경, 고용 측면에서 모두 효율적이다. 한 연구에 따르면, 두께가 1mm인 슬라임 층은 선박 속도의 15% 손실을 유발할 수 있으며, 파울링(bio-fouling)으로 인한 선박 속도의 손실은 높은 연료 비용과 선박이 일정을 충족시킬 수 없어 운영비용 증가의 원인이 되기도 한다. 인력 및 지상 독에서의 청소는 상당한 청소시간의 소요로 운항 일정에 차질을 주기도 하며, 침입종(invasive species)으로 인한 생태계 파괴를 가져다주기도 한다. 또한 파울링은 연료 소모를 증가시켜 이산화탄소 등 더 많은 위해 환경물질의 배출을 일으키며, 인력에 의한 청소는 물과 세재 등의 효율적 사용을 어렵게 한다. 그리고 지상 인력 및 잠수부 등에 의한 선체 청소는 위험한 작업으로 사고와 직업병의 원인이 되기도 한다. 선체 청소로봇은 위의 이러한 문제점을 해결하면서, 청소대행업, 선주 모두에게 비용 절감과 환경 기준 강화 등에 효율적으로 대응할 수 있는 해결책이다.

기타 전문 청소로봇

기타 전문 청소로봇으로는 화장실 청소로봇과 호수·하천·바다 등에서의 수중·수상 청소로봇, 풍력 발전 블레이드(blade) 청소로봇 등이 있다. 화장실 변기 청소로봇은, 변기 청소는 단지 비위가 상하는 것 이상으로, 그 일을 해내기 위해서는 청소 제품의 강력한 화학물질을 참아내며 세균이 들끓는 화장실에서 브러시를 휘둘러가며 작업을 해야 하는 어려움을 해결하기 위하여 개발되었다. 비슷한 청소로봇으로, 반려견 대변 처리 로봇도 있다. 캘리포니아주 스타트업 비틀로보틱스(Beetl Robotics)가 개발 중인 반려견 대변 처리 로봇 비틀(Beetl)은 넓은 잔디밭을 오가며 스스로 발견한 개 배설물을 회수한다. 이는 마치 로봇 청소기가 집 안을 오가며 쓰레기를 치우는 것과 흡사하다. 비틀이 출시되면 아무 데나 배설하는 반려동물의 뒤를 쫓아다니지 않아도 된다. 대한민국의 각 시도에서도 사람이 가기 어려운 곳에 청소로봇을 보내 곳곳에 마구 버려진 쓰레기를 수거하며 깨끗한 거리 만들기에 앞장서고 있다. 로봇은 공상과학 영화에서처럼 인류를 위협하거나, 직장에서 나의 일자리를 빼앗는 두렵고 무자비한 존재가 아니다. 편리함에 이끌려 도외시하던 환경문제를 로봇이 해결해줄 수 있다.

젤리피시봇(JellyfishBot)

웨이스트샤크(WasteShark)

과학기술은 청소로봇을 드넓은 바다로 보내 현대 문명의 골칫거리인 쓰레기 문제를 해결하기 위한 시도를 적극적으로 펼치는 데 큰 도움이 되고 있다. 해양 쓰레기 청소로봇은 이미 업무를 수행 중이다. 호수·하천·바다 등의 수상·수중 청소로봇도 일찍이 여러 제품이 개발되어 상용화를 추진 중이다. 그중 해양 쓰레기 청소로봇은 이미 업무를 수행 중이다. 프랑스 기업 이야디스(IADYS)가 개발한 해양 청소로봇 젤리피시봇(JellyfishBot)은 항구 주변을 떠다니며 그물로 바다 쓰레기를 수거한다. 원격 조종 모터를 이용해 항구에 떠 있는 비닐과 스티로폼, 음료수병 등을 모아 담는다. 여행용 트렁크 크기의 젤리피시봇은 프랑스 남부의 카시스 항구를 비롯해 수십 개 항구에서 일하고 있으며, 여러 나라로 수출돼 전 세계 항구를 깨끗하게 만들 예정이다. 네덜란드의 해양 기술 기업 란마린테크놀로지(RanMarine Technology)가 개발한 웨이스트샤크(WasteShark) 로봇은 해상에서 플라스틱과 잔폐기물을 수집하는 아쿠아 드론이다. 항만이나 운하에서 주로 사용이 가능하도록 친환경적으로 설계되었으며, 로테르담 항구에서 쓰레기를 먹어 치우는 상어라는 이름에 걸맞게 청소 임무를 맡고 있다. 마이크로소프트(MS)는 해양 쓰레기 문제를 해결하기 위해 기초적이고 보편적인 해결책을 지원한다. 청소로봇에 필수적인 인공지능 이미지 식별 기술을 개발하는 일이다. 마이크로소프트는 지구를 위한 인공지능(AI for Earth) 프로젝트를 통해 비영리 기업 오션 클린업(The Ocean Cleanup)의 해상 쓰레기 수거를 위한 기술 개발을 지원하고 있다. 오션 클린업은 강과 바다를 떠다니는 부유물을 촬영한 뒤 인공지능 알고리즘으로 분류하고 식별해 수거하는 기업이다. 또 마이크로소프트는 네덜란드 기업 테크틱스(TechTics)가 개발한 비치봇(BeachBot)의 머신러닝 학습을 위해서도 이미지 학습용 사진 데이터와 기술을 제공하고 있다. 비치봇은 해변을 자율주행하는 로봇으로, 장착된 카메라 2대를 통해 모래사장에 박혀있는 담배꽁초 같은 작은 쓰레기도 찾아낸다. 쓰레기를 찾아내면 주행을 멈추고 로봇 팔을 뻗어 수거한 뒤몸통에 설치된 쓰레기통에 넣는 로봇이다. 한편 마이크로소프트는 지구를 위한 인공지능 프로젝트를 통해 2040년까지 해양 쓰레기를 90%까지 줄인다는 목표를 발표했다.

더불어 풍력 발전 블레이드(blade) 로봇도 개발되고 있는데, 블레이드의 벌레, 조류 배설물과 먼지는 효율성을 낮추고, 침식을 유발하며, 블레이드의 얼음은 가동 중지의 원인이 되는데, 캐나다, 미국 및 EU 북부 지역에서 최대 20% 수익손실을 발생시키는 것으로 분석되었다.

주요 업체

청소로봇의 대표적인 강자는 아이로봇(iRobot)이란 미국 업체다. 이어서 에코백스(Ecovacs)와 로보락(Roborock), 이 두 기업이 중국 업체이다. 이들 세 회사를 합치면 로봇청소기 시장에서 50~60%를 점유하고 있다. 아이로봇에서 조사한 자료에 따르면 전체 청소기 시장에서 로봇청소기가 차지하는 비중이 16%이다. 청소로봇이 집 안을 한 번 돌고 나서 나머지 잘 안 된 부분을 사람이 무선 청소기로 청소하는 생활상을 보이는데, 앞으로 청소로봇이 좀 더 똑똑해지고, 청소를 빈틈 없이 한다면 16%를 넘어서 30~50%까지도 갈 수 있을 것으로 전망된다. 로봇청소기 분야만 따져보면 한국도 선방을 하고 있다. 는 미국의 아이로봇(iRobot), 중국의 에코백스 로보틱스(Ecovacs Robotics), 샤오미(Xiaomi)에 이어 한국의 삼성전자㈜와 엘지전자 등 주요 5개사의 경쟁구도로 이뤄져있다. 주요 5개사는 전체 시장규모의 51~53%를 차지한다. 2016~2020년까지 이들 주요 5개업체의 수익과 점유율은 다음과 같다.

청소로봇 시장 주요 5개 업체의 글로벌 시장 점유율

업체	점유율
아이로봇(iRobot)	28~29%
에코백스 로보틱스(Ecovacs Robotics)	10~11%
삼성전자㈜	5~6%
엘지전자㈜	3.7~4.2%
샤오미(Xiaomi)	3.5~4.0%
gkqrP	51~53%

주요 5개사를 비롯한 시장 참여자들은 로봇청소기에 대한 수요를 주도하고 변화하는 소비자 요구를 충족하기 위해 음성 제어 및 스마트 내비게이션 기능을 청소로봇에 탑재하는 것은 물론, 충돌을 방지하고 바닥 청소 기능을 개선하기 위해 한층 업그레이드 된 인공지능 기술을 구현한 청소로봇을 시장에 선보이고 있다.

시장

글로벌 시장조사기관 마켓앤마켓(MarketandMarket)의 청소로봇 시장 보고서에 따르면, 2021년 기준으로 전 세계 청소로봇 시장규모는 88억 8000만 달러, 2021~2026년 예측기간 동안 연평균 22.8%의 비율로 성장해서 2026년에는 248억 달러 규모에 이를 것으로 예상된다. 또한 2020년 미국의 청소로봇 시장은 14억 2200만 달러 규모이고 2021~2026년 예측기간 동안 연평균 22.1%의 비율로 성장해서 2026년에는 53억 4600만 달러 규모에 이를 것으로 예측되고 있다. 미국은 각 가정 및 산업분야에서 청소로봇에 대해 수요가 커지고 있고, 초기 구입 비용이 비싸지만 지속적으로 사용할 경우 인건비를 대체할 수 있어 가격효능성이 높으며, 현저하게 발달된 시스템 공급업체 덕분에 기술적으로 진보한 청소로봇이 활용되기에 적절한 시장이기 때문에 시장의 성장 잠재력이 매우 높다. 한편 미국에서 청소로봇의 사용 분야별 시장규모는 가정용, 상업용, 헬스케어용, 산업용, 기타의 순서로 컸고, 이 중에서 성장잠재력이 큰 분야는 연평균 34.4%를 보인 헬스케어분야였다.

한편 시장분석기관인 리서치앤마켓(Research And Markets)에서 2021년 발행한 보고서에 의하면, 인공지능과 사물인터넷이 발달하면서 로봇과 인간이 상호작용하며 일할 수 있게 되었고, MEMS/센서 및 시각화 기술의 성장과 더불어 로봇의 효율성과 정확성이 향상되면서 청소로봇 시장 성장이 촉진되고 있던 시점에서, 특히 코로나19의 대유행이 청소로봇 시장에서 활동하는 시장 참여자들에게 새로운 길을 열어주었다고 평가하며, 가정과 상업공간에서 청결에 대한 수요가 폭증하면서 2020년 2분기부터 로봇 청소기 판매가 급격히 증가했다고 분석했다.

참고자료

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• 〈삶을 더 이롭게, 청소 로봇이 만드는 세상 - 로봇이 지키는 지구환경〉, 《미래에셋증권》, 2022-04-05
• 유지한 기자, 〈공공화장실 자동 청소 로봇 나왔다… 17초면 깨끗〉, 《조선일보》, 2022-11-03
• 한애란 기자, 〈청소로봇∙서빙로봇, 그 다음은? ‘넥스트 버블’ 로봇을 말하다 (딥다이브)〉, 《동아일보》, 2022-12-03

같이 보기

• 서빙로봇
• 방역로봇

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