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피지컬 AI, 학계는 아직 이 단어를 쓰지 않습니다

엔비디아 홈페이지에는 사실상 같은 것을 설명하는 페이지가 두 개 있습니다. 하나는 '피지컬 AI', 다른 하나는 '임바디드 AI(Embodied AI)'. 무대 위 기조연설에는 앞의 단어만 나오고, 개발자가 읽는 용어사전에는 뒤의 단어가 나옵니다. 글자 몇 개 차이로 보이지만 두 이름은 출신이 다릅니다. 하나는 30년 넘은 연구 전통의 이름이고, 다른 하나는 최근 2년 사이 산업이 붙인 이름이죠. 같은 회사가 열 달 만에 이름을 바꿨습니다 엔비디아가 2024년 3월 18일에 낸 보도자료를 열어 단어를 세어 봤습니다. 휴머노이드용 기반 모델 'Project GR00T'을 처음 공개한 문서입니다. 여기에 'physical AI'는 한 번도 나오지 않습니다. 대신 'embodied AI'가 다섯 번 등장하죠. "임바디드 AI 모델은 방대한 양의 실제 데이터와 합성 데이터를 필요로 합니다"라는 문장이 그중 하나입니다. 그리고 열 달 뒤, 2025년 1월 6일 CES 2025 기조연설을 정리해 올린 공식 블로그 글을 같은 방식으로 세어 봤습니다. 이번에는 정확히 반대였습니다. 'physical AI' 여섯 번, 'embodied AI' 영 번. 그 자리에서 젠슨 황 CEO는 피지컬 AI를 인식하고, 추론하고, 계획하고, 행동하는 인공지능이라고 설명하며 "일반 로봇공학의 챗GPT 순간이 코앞에 다가왔다"고 말했습니다. 새로운 기술을 발표한 자리가 아니었습니다. 부르는 이름을 바꾼 자리였습니다. 그래서 피지컬 AI는 어디까지를 가리키나 정의부터 짚겠습니다. 피지컬 AI는 인공지능이 화면 안에서 답을 만드는 데 그치지 않고, 센서로 물리 세계를 읽고 모터를 움직여 결과를 만드는 기술 전반을 뜻합니다. 감지, 판단, 제어가 실시간으로 반복되는 구조죠. 임바디드 AI는 조금 다릅니다. 직역하면 '몸을 가진 지능'입니다....
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로봇 감속기, 톱니 두 개가 100배를 만듭니다

감속비 100:1을 만들려면 톱니가 100배쯤 차이 나야 할 것 같습니다. 아닙니다. 두 개면 됩니다. 처음 이 문장을 읽었을 때는 오타를 의심했습니다. 그래서 종이에 원을 두 개 그렸습니다. 바깥쪽에 톱니 202개, 안쪽에 200개. 한 바퀴 돌려 보고 나서야 이 구조가 왜 로봇 관절을 지배하는지 알았습니다. 종이에 원 두 개를 그려 한 바퀴 돌려 봤습니다 하모닉 드라이브, 정식 명칭으로 스트레인 웨이브 기어는 부품이 셋뿐입니다. 타원형 웨이브 제너레이터, 그 위에 씌워져 타원으로 찌그러지는 얇은 컵 모양 플렉스플라인, 그리고 플렉스플라인을 감싸고 고정된 링 서큘러스플라인. 플렉스플라인이 타원이 되니 톱니가 맞물리는 곳은 타원의 긴 축 양쪽, 딱 두 군데뿐입니다. 나머지는 떠 있죠. 여기서부터가 핵심입니다. 웨이브 제너레이터가 반 바퀴 돌면 맞물림 지점이 반대편으로 옮겨 가고, 그 사이 플렉스플라인은 톱니 딱 한 칸만큼 뒤로 밀립니다. 한 바퀴면 두 칸. 톱니 수 차이가 2개니까요. 그러면 플렉스플라인이 200칸을 다 돌아 제자리로 오려면 웨이브 제너레이터가 몇 바퀴를 돌아야 할까요. 100바퀴입니다. 감속비 100:1이 이렇게 나옵니다. 공식으로 적으면 플렉스플라인 톱니 수를 톱니 수 차이로 나눈 값. 200 나누기 2. 기어를 여러 단으로 쌓아 올려 감속비를 버는 유성기어와는 발상 자체가 다릅니다. 하모닉은 단이 하나뿐인데도 30:1에서 320:1까지 냅니다. 그래서 얇습니다. 백래시 1아크분이 손끝에서 몇 밀리미터인지 계산했습니다 감속기 카탈로그에서 감속비 다음으로 큰 글씨는 백래시입니다. 기어 이와 이 사이의 틈이죠. 방향을 바꿀 때 그 틈만큼 헛돕니다. 단위는 아크분(arcmin), 1도의 60분의 1입니다. 숫자만 보면 작아 보여서, 팔 끝에서 얼마가 되는지 직접 환산해 봤습니다. 1아크분은 라디안으로 0.000291. 어깨에서 손끝까지 600밀리미터인 팔이라면 0.000291 곱하기 600, 약 0.17밀리미터입니다. 여기까지는 괜찮습...
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서보모터는 가만히 있을 때 가장 뜨겁습니다

로봇이 팔을 든 채 가만히 서 있습니다. 아무 일도 하지 않는 것처럼 보이죠. 그런데 그 순간이 모터에게는 가장 가혹합니다. 회전이 없으니 기계적 출력은 정확히 0와트인데, 전기는 조금도 줄지 않고 계속 들어가고 있으니까요. 들어간 전기가 전부 어디로 가는지 계산해 봤더니, 휴머노이드가 왜 데모 영상만큼 오래 일하지 못하는지가 한 줄로 정리됐습니다. 출력은 0와트인데 전력은 그대로 먹습니다 회전 기계가 내는 일은 토크에 각속도를 곱한 값입니다. 그래서 각속도가 0이면, 토크를 아무리 크게 내고 있어도 출력은 0입니다. 물리적으로는 아무 일도 하지 않는 상태죠. 그렇다고 전기가 안 드는 것은 아닙니다. 모터의 토크는 전류에 비례하기 때문에, 팔을 든 자세를 유지하려면 그 토크에 해당하는 전류를 계속 흘려야 합니다. 그리고 전류가 흐르는 곳에는 저항이 있습니다. 권선 저항 0.1옴짜리 관절에 20암페어를 흘린다고 놓고 계산해 보면, 0.1 곱하기 20의 제곱, 40와트입니다. 이 40와트는 로봇을 움직이는 데 한 푼도 쓰이지 않습니다. 전부 열입니다. 관절 하나에서요. 옵티머스처럼 액추에이터가 28개인 로봇이라면, 자세를 잡고 서 있기만 해도 몸 안에서 수백 와트가 열로 바뀌고 있는 셈입니다. 다만 이 계산의 권선 저항은 제조사가 잘 공개하지 않는 값이라 200와트급 브러시리스 모터의 통상 범위에서 가정했습니다. 숫자 자체보다는 관계를 봐야 합니다. 토크를 두 배 내면 열은 네 배가 됩니다 그 관계가 제곱이라는 게 핵심입니다. 손실은 전류의 제곱에 비례합니다. 토크를 두 배로 올리려면 전류를 두 배로 올려야 하고, 그러면 열은 네 배가 됩니다. 세 배면 아홉 배죠. 모터 카탈로그에 연속 정격 토크와 순간 최대 토크가 따로 적혀 있는 이유가 여기 있습니다. 최대 토크는 열이 쌓여 권선이 타기 전까지, 길어야 몇 초 동안 쓸 수 있는 숫자입니다. 휴머노이드 사양표에 적힌 관절 토크가 대체로 이 피크 값이라는 점은 짚어 둘 만합니다. 400뉴턴미터라고 적혀 ...
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