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안녕하세요 구독자 여러분
XR (eXtended Reality) 연구는 하드웨어 자체의 공학적 발전 뿐 아니라 게임, UI 등 새로운 영역으로 콘텐츠의 확장을 보여주고 있습니다. 특히 올해 초에 나온 Apple 의 Vision Pro 의 출시는 MR (Mixed Reality) 의 가능성을 다시 한번 열게 된 계기가 되었고, 이를 기반으로 다시 XR 및 메타버스에 대한 관심이 다시 커지게 되었는데요.
이번 아티클에서는 XR과 관련된 미래 산업들이 어떻게 연결될 수 있을까? 라는 물음에서 시작했습니다. 그 중에서 필자의 전공인 기계공학을 중심적으로 고찰을 했고, 그 중에서 인더스트리 4.0 (Industrie 4.0) 중 스마트 팩토리와 XR이 결합된 사례들을 구독자분들께 공유하게 되었습니다. 또한, 아티클 작성을 위해 리서치 중, IT 뉴스매체에서 분석한 데이터 중에서는 주요 급성장 스마트팩토리 유망 기술 중 VR 기술이 무려 95.5% 나 됩니다. 이는 미래 제조업이 VR과 연동될 수 있다는 인사이트를 얻게 되었습니다. 이번주 아티클은 필자가 생각해본 XR과 같이해 본 제조업의 미래를 자료 조사와 그와 관련된 논문 내용도 같이 공유하는 글이라고 생각하고 편하게 읽어주시면 감사하겠습니다.
XR이란 무엇인가요? 왜 중요한가요?
XR에 관심이 많아 뉴스레터를 구독하신 구독자들을 위해 간단하게 XR의 발전과 관련된 이야기를 다뤄보고자 합니다. XR(eXtend Reality) 는 우리가 익히 들어왔던 것처럼 AR(Augmented Reality) 와 VR (Virtual Reality) 를 모두 포함한 개념입니다. 우리는 이 둘이 다르다 라고만 알고 어떻게 다른지는 명확하게 모르는 경우가 많습니다. 저 또한 어떤 기준으로 나눌까를 알고 싶어 학계에서는 ‘어떻게 VR과 AR을 구별할까?’ 를 찾아봤습니다.
출처: What is XR? Towards a Framework for Augmented and Virtual Reality (Philipp et al, 2022)
위 그림은 2022년 XR 주제 자체에 대해서 정의, 분류 등을 면밀하게 적은 한 해외 저널에서 답을 찾아서 공유하고자 발췌했습니다. 가장 중요한 질문은 “경험의 일부에 최소한 배경으로써, 물리적인 환경이 포함되는가?” 였습니다. 그 내에서 AR 도 실제 환경의 반영도 (Local Presence)의 정도에 따라 아래같이 Assisted Reality, Mixed Reality 두 가지로 나눌 수 있고, VR도 가상의 장소 경험(Telepresence) 의 정도에 따라 아래와 같이 Atomistic, Holistic 두 가지로로 나눌 수 있습니다.
출처: Counterpoint Research 2021’
그럼 전문가들은 왜 VR과 AR 이라는 것이 미래 산업이라고 생각할까요? 2021년 KIAT 산업기술센터에서 작성한 레포트에 따르면 VR,AR 시장은 성숙 전 단계 라고 판단했고, 산업현장에서 제품설계, 제작, 협업 등 외부 커뮤니케이션 위주로 도입 예정이라고 예측했습니다. 또한 카운터포인트 리서치에서는 2025년까지 연 평균 성장률 XR 시장이 크게 성장할 것이라고 예측했습니다. 즉 우리가 일하거나 관리하게 될 미래의 산업현장에서는 교육을 위해서 VR, AR 를 사용할 수 있고, 작업을 하기 위해 컴퓨터가 아닌 VR/AR Headset 을 쓰고 일을 할 수가 있다는 것을 암시합니다.
스마트 팩토리란?
스마트 팩토리 또는 스마트 공장이라는 개념은 4차 산업혁명과 연관이 되어있다고 할 수 있는데요. 이번 소문단에서는 이와 관련된 간단한 역사와 제조업의 미래와 관련된 이야기를 짧게 다뤄보고자 합니다.
산업 혁명은 아놀드 토인비 (Arnold J. Toynbee) 가 처음으로 <18세기 영국의 산업 혁명에 대한 강의> 제시한 개념으로 새로운 기술의 혁신으로 인해 사회경제적으로 어떤 변화가 발생하였는가? 에 대해 논할 때 자주 사용되는 언어입니다. 최초의 산업혁명 (제1차 산업혁명)은 제임스 와트 (James Watt) 가 개선한 증기기관으로 인해 직조업을 중심으로 사회 전반적인 변화를 야기했습니다.
2차 산업혁명은 전기 에너지를 중심으로 진행했습니다. 19~20세기 미국을 중심으로 에디슨, 테슬라 등의 과학자들로 인해 전기 시스템 관련 발전이 이뤄지게 되면서 자동차 등 다양한 산업에서 대량 생산이 가능하게 되었습니다. 이때부터 생산업에서 기계가 들어오기 시작합니다.
3차 산업혁명은 컴퓨터의 등장으로 시작되었습니다. 에니악 (ENIAC) 이 들어오면서 그 이후 반도체 기술이 발전함에 따라, 크기가 작은 컴퓨터가 나타나고 애플, IBM 에서 개인용 컴퓨터를 출시하면서 IT를 중심으로 3차 산업혁명이 발생했습니다 이를 통해 공장은 로봇으로 대체됨에 따라 자동화가 진행되고 생산성이 크게 향상하게 됩니다.
출처: 삼점 KPMG 경제 연구원
그럼 이 아티클의 주제, 스마트 팩토리는 언제 정립이 되었을까요? 2011년 초에 독일에서 정립 시작한 인더스트리 4.0 (Industrie 4.0) 에서 최초로 시작된 정책으로 스마트 팩토리의 핵심은 사이버 물리 시스템(CPS), IoT 기반 인터넷, 로보틱스가 핵심이 됩니다. 즉 사이버 물리시스템(가상공간)과 현실공간 (산업시설이나 공장) 을 연결하는 주 제어 방식으로 VR/AR 이 사용될 수 있음을 알 수 있습니다.
XR과 스마트 팩토리는 어떻게 결합할까?
출처: Control of robot arm with virtual environment via the Internet (R. Safaric et al., 2003)
그럼 XR 기술은 어떻게 스마트 팩토리에 기여할 수 있을까요? 2003년 3월에 이미 IEEE에 가상 환경 내에서 인터넷을 사용한 로봇 팔 제어 논문이 있었음을 통해 이미, 가상환경내에서 이미 로봇을 제어하려고 했던 시도가 있었다는 것을 알 수 있습니다. 그러면 2024년의 지금, XR 과 스마트 팩토리는 어떻게 서로 결합하고 있을까요? 이번 섹션에서는 제조업의 전반적인 흐름인 제품 디자인 및 검증, 제조, 예방 및 점검 이 세 가지 부분을 중심으로 소개해보고자 합니다.
1. 제품 디자인 및 검증
출처: VR/AR Association
2020년부터 프랑크푸르트에 있는 기아 유럽 자동차 디자인 센터는 핀란드 VR/AR 개발업체 Varjo 의 XR-1 헤드셋을 사용해서 디자인 검토, 디자인을 한다고 밝혔습니다. 코로나로 인해 언택트 문화가 활발해진 시점에서 기아차는 VR 내에서 한국, 유럽에서 동시에 회의를 진행할 수 있게 되었습니다. 특히 기존 모빌리티 디자인에서는 디자인에서 변경된 부분을 점토나 종이 프로토타입 등으로 직접 만들면서 변경을 하고 한국으로 옮기는 등 여러 날짜가 소요되었는데, VR로 대신 만드는 것을 통해서 며칠 걸리는 과정을 1~2시간 내로 줄이는 것이 획기적이였습니다.
출처: 에픽게임즈
제조 전 디자인을 평가하는 과정에서도 VR/AR는 사용되고 있었습니다. Toyota 의 디지털 엔지니어링 부서 프로토타입 부문에서는 기존 자사에서 가지고 있던 인간공학 데이터를 Unreal Engine과 VR 을 사용해서 설계 검증을 하고 있습니다. 이들은 자동차 설계의 사용자 친화도 평가, 개선이 필요한 부분을 언리얼 엔진을 사용해서 검증을 하고 있습니다. 또한 그들은 정확한 판정을 위해, HTC Vive 헤드셋, Carsim 등 일반적인 제품이 아닌 전문적인 제품을 사용해서 검증을 하고 있습니다.
2. 제조 과정 보조
출처: 마이크로소프트
토요타 북미지사에서는 Hololens 2 에 있는 Dynamics 365 Guide를 사용해서 교육을 진행하고 있습니다. 기존의 교육 방식은 트레이너 1명에 팀 구성원 1명 이 시연한 후 재현하는 과정으로 진행되었는데, 이는 여러 사람을 대상으로 교육하는데 있어 적합하지 않고, 오프라인으로 진행되어야 한다는 점에서 팬데믹 시기에는 교육이 효율적이지 않았습니다. 하지만, AR 기술을 통해서 일관적인 교육과 처음 접한 사람들도 쉽게 가르쳐줄 수 있게 직관적인 UI를 통해서 효율성을 높일 수 있습니다.
3. 시설 예방 및 점검
출처: 한국수력원자력 신고리 5,6호기 사이버발전소
마지막으로 예방 및 점검과 관련된 사례들을 소개해보고자 합니다. 2021년에 한국수력원자력에서는 신고리 5,6호기 사이버발전소 VR/AR 를 구축했습니다. 이 VR 에서는 4D 시뮬레이션, VR 워크다운시스템, VR 주요기기 설치·분해조립 시뮬레이션 등이 가능해 시공 공정 최적화, 설계오류 및 시공간섭 등의 문제점을 사전 예방해 건설 품질을 높일 수 있습니다. 이 환경을 구축한 이유는 신고리5, 6호기 건설재개 관련 원전 안전 건설운영대책 이행항목으로, 지난 2018년부터 한수원 주관으로 개발된 프로그램입니다.
갈무리
출처: Digicapital
어떻게 보면 우리에게 당연하게 들어왔던 AI, 메타버스 같은 것들은 거의 모든 영역에 들어왔다고 해도 과언이 아닐텐데요. 이번에는 누군가에게는 낯선 영역일수도 있는 제조와 XR 관련해서 아티클을 적어봤습니다.
1984년 최초의 상업 컴퓨터 매킨토시 128K 가 나온 이후로, 지금까지 비교도 할 수 없는 발전을 이루고 있습니다. 이 글을 작성하며 든 생각은 “AI, XR 이후의 우리는 어떤 일을 하고 있을까?” 였습니다. 2023년 ChatGPT 가 나온 이후로 점점 더 많은 사람들이 기존의 영역을 벗어난 새로운 영역을 탐구하고자 하는 사람들이 느는 걸 지켜보면서, 지금에서야 XR이라는 새로운 영역에 입문한 나는 어떤 분야를 창출해낼 수 있을까를 고민하다 우선 필자가 전공했던 기계공학에서 무슨 연계가 일어나는가를 알고 싶어서 이 아티클을 작성하게 되었습니다. 또한, 앞으로의 우리가 사용하게 될 제품 설계 및 생산의 과정에서도 XR 기술이 사용되는구나 라는 걸 생각해보면서 XR 기술에 대해 더 많은 관심을 가질 수 있는 계기가 될 것이라 생각합니다.
이번 짧은 아티클을 통해서 앞으로의 미래는 무슨 일이 일어날까? 를 소소하게 사유할 수 있는 계기를 주었으면 합니다. 아티클 읽어주신 모든 구독자님들 진심으로 감사드립니다!
[작성자 : 신영환]
