연구실로 진출한 경량 로봇

인간과 로봇의 협업은 이미 오래 전부터 산업 현장의 기술 트렌드로, 또는 스마트한 자동화 솔루션으로 간주되어 왔다. 하지만 의학 연구소와 산업 연구소가 협업 로봇을 주로 사용하는 영역이라는 것은 그다지 알려져 있지 않았다.

헬무트 슈미트(Helmut Schmid): Universal Robots A/S 서유럽 총괄 매니저

협업 경량 로봇은 주로 협소한 공간에서 인간과 협력하여 작업을 수행한다. 협업 경량 로봇은 이미 전세계 다양한 분야에서 픽&플레이스 어플리케이션이나 정밀도를 유지하는 반복적인 작업 등에 사용되고 있다. 로봇암을 이용한 자동화가 가장 효율적인 솔루션이 되는 의학 연구실과 산업 연구실에서도 협업 경량 로봇의 사용이 증가되는 추세이다.

코펜하겐의 겐토프테 대학 클리닉에서 두 대의 UR5 로봇이 혈액 샘플을 신속하게 처리하고 있다.

혈액 샘플 분류에 사용하는 협업 로봇암

독일 코펜하겐에 위치한 겐토프테 대학 클리닉 쎈터는 수동으로 혈액 샘플을 분류하던 작업을 자동화하기 위해 경제적이고 적합한 방법을 찾고 있었다. 대학측이 찾는 솔루션은 협소한 연구실 공간에서 작업할 수 있고, 연구원들이 필요할 때는 언제든지 수동으로 개입할 수 있는 조건이었다. 한편 크리닉 센터에서는 환자수가 늘어나면서 분석해야 할 시료가 최대 20% 이상 증가하였고, 관리 차원에서 지금까지 유효한 속도를 유지하는 것이 관건이었다. 따라서 연구실에 도착한 모든 혈액 샘플을 추가의 인력 보강 없이 한 시간 이내에 90% 이상 분석할 수 있어야 했다. 이런 조건에서 협업 로봇암을 사용하는 것이 해법이었다. 겐토프테 대학 클리닉의 연구실에서 필요로 한 것은 협소한 공간에서 인간과 기계의 안전한 작업을 가능하게 하는 것은 인간과 로봇 협업뿐이다. Universal Robots는 로봇암에 조정 가능한 8가지 안전 기능을 장착하고 있다. 이를 통해 이 로봇암은 성공적인 리스크 평가를 거쳐 안전 장치 없이 또는 최소한의 안전 장치만으로도 가동할 수 있다. 만일 예상치 못한 충돌이 발생하면 이 로봇은 바로 정지하는데, Universal Robots 모델은 설정과 타입에 따라 자동 안전 정지 기능을 갖추고 있어 50N ~250N의 힘만 가해도 즉시 반응한다. 이런 기능은 대학 클리닉 쎈터에서 협업 로봇암을 사용하는 데 있어서 결정적인 역할을 하였다. 모든 혈액 샘플은 컨베이어 벨트를 타고 연구실로 들어오는데, 이 연구실은 안전 펜스(?)을 사용할 공간이 부족했다. „우리는 자동 이미지 감지 기능을 바탕으로 샘플을 신속하게 포착, 분류하고 분석을 위해 해당 유입 모듈에 삽입할 수 있는, 안전하며 쉽게 조작할 수 있는 솔루션이 필요했습니다. Universal Robots이 이런 기준을 충족했습니다.“ (스틴 슈텐더, 코펜하겐 대학 클리닉 주임 의사) 이 팀은 현재 두 개의 UR5 로봇과 함께 작업한다. 클리닉 쎈터에 있는 로봇 가운데 하나는 샘플을 집어 바코드 스캐너로 가져가고, 카메라는 스크류 캡의 색상을 촬영 인식하여, 이를 로봇이 네 개의 거치대 중에 어느 한 곳에 샘플을 분류할지 결정한다. 거치대에 놓인 샘플은 두 번째 로봇암이 원심 분리 및 분석을 위한 기계에 이동시킨다. 이런 방식으로 로봇 두 대가 하루에 약 3,000개의 샘플을 처리하는데, 이는 분당 7 ~ 8개를 처리하는 것으로 시간이 상당 부분 절감되고 단순 작업의 부담이 줄일 수 있다.

연구실에 도착한지 한 시간 이내에 혈액 샘플의 90%를 처리하다.

이렇게 겐토프테 대학 클리닉 쎈터는 이런 작업을 위해 추가 인력을 보강하지 않고, 샘플이 약 20% 정도 증가한 상황에도 불구하고 자신들의 요건을 충족할 수 있고, 연구소에 도착한 지 한 시간 이내에 모든 혈액 샘플의 90%를 처리해야 한다는 조건을 충족할 수 있었다. „우리 연구실 직원들은 이 로봇을 열렬히 환영하였습니다. 연구실에서 처리되지 못한 혈액 샘플 하나는 결국 이를 기다리고 있는 환자 한 명이 있다는 의미한다는 점을 잘 알고 있습니다. 외래 환자들은 결과를 확인하기 위해 클리닉에 다시 방문하지 않아도 됩니다. 혈액 샘플을 한 시간 이내에 분석하면 결과를 당일 볼 수 있기 때문입니다. 아침 일찍 입원 환자에게서 채취한 샘플은 담당의사가 오전 진료 시 결과를 바로 확인할 수 있습니다.“ (스틴 슈텐더)

로봇은 자신의 툴 인터페이스에서 개별 요건에 따라 각기 다른 툴을 장착할 수 있어, 다양한 응용 사례를 적용할 수 있다. 폴란드 크라쿠프의 AGH 과학기술대학도 역시 두 가지 문제를 UR-로봇으로 해결하였다. UR5는 한 로봇 스테이션에서 신체에 줄기 세포를 이식하는 임무를 맡고 있다. 이 로봇암은 동일한 동작을 변함없이 정확하게 계속 반복하여 실행할 수 있기 때문에 고도로 정밀한 이 임무에 투입되었다. 이 로봇은 인간이 아무리 집중한다고 하더라도 오래도록 유지할 수는 없는 0.1mm의 반복 정확도를 유지할 수 있다.

로봇이 위험한 약물 제조를 담당한다

연구실에서 협업 경량 UR 로봇을 보는 것은 이제 더 이상 어려운 일이 아니다.

또 다른 프로젝트로, AGH 과학기술대학은 암환자의 화학 요법에 사용하는 세포증식 억제제 혼합 스테이션에 UR5를 투입하였다. 지금까지 이 약물은 전문화된 병원 약국의 약사만 조제할 수 있었다. 조제 중에 독성이 높은 물질이 방출되어, 그런 환경에서 장시간 작업하기는 어려운 상황이었다. UR 로봇은 그러한 독성으로부터 영향을 받지 않으며, 산소가 풍부한 공기를 필요로 하지도 않았다. 지금까지 약사들이 번거롭게 준비해야만 했던 프로세스를 주변 온도 0 ~ 50°C에서도 효율적으로 처리할 수 있다. 로봇 동료가 연구실에서 담당할 수 있는 임무는 그 외에도 아주 많이 있다. 예를 들어, 수백만 번 정도 계속 반복하여 동작을 실시하는 작업 외에 중요한 수명 테스트 등에 로봇을 사용할 수 있다. 로봇은 움직임이 이루어지는 동안 증가하는 힘 또는 감소하는 힘을 측정하고 기록하는 데에도 사용할 수 있다. 이런 경우 로봇은 테스트 대상의 파손을 기록하고 시험을 멈춘다. 장치와 가공물 또는 용기를 정밀하게 세척하는 것이 결정적인 품질 기준이 되는 사례도 있다. 로봇은 매번 동일한 정밀도로 세척을 하고 대상의 모든 모서리와 앵글에 항상 도달한다. 또한 로봇은 클린룸(cleanroom class ISO 5, Class 100)에도 사용할 수 있고 쉽게 청소와 살균처리를 할 수 있다.

자동화를 통한 새로운 가능성

인간과 로봇의 협업(협동)은 기업과 직원들에게 부가가치를 가져다 준다. 최신 연구실은 협업 경량 로봇을 통해 시간과 노력이 많이 들었던 절차들을 효율적으로 자동화할 수 있는 새로운 가능성을 열었다. 창의적인 모범 사례들을 통해 인간과 로봇의 협업에는 한계가 거의 없다는 점이 입증되었다.