로보틱스(Robotics) 기초 및 활용

로봇을 움직이게 하는 기초 학문은 수학·물리(기구학·동역학) + 제어 + 컴퓨터공학/AI + 전자·센서 + 인간-로봇 상호작용(HRI) 다섯 축으로 모여. 이 기반 위에 ROS·SLAM·경로계획·센서융합 같은 공통 스택이 깔리고, 실제 현장에선 제조·물류·의료·농업·서비스·탐사·재난 대응까지 다양하게 쓰여. 특히 2025년 현재는 협동로봇(코봇), AI-대형모델 탑재 휴머노이드, 그리고 완전 자율 이동 플랫폼이 뜨거운 트렌드야. ifr.orgprecedenceresearch.combarrons.com

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1. 로보틱스를 떠받치는 기초 학문

1.1 수학·물리학: 기구학·동역학

• 로봇 관절 위치를 기호(행렬·Lie 군)로 표현하고 속도·가속도를 미분방정식으로 풀어. Murray 등의 고전이 이 부분을 깔끔히 정리했어. cse.lehigh.edu

1.2 제어공학

• 동역학 모델 위에 PID·적응·비선형·최적제어 같은 기법을 올려 원하는 궤적을 따르게 하지.
• 실제 산업로봇은 주로 고주파 피드백 + 토크/전류 제어 루프를 μs 단위로 돌려 안정성을 확보해. cse.lehigh.edu

1.3 컴퓨터공학·AI

• 센서 데이터(카메라·라이다·IMU)를 받아 확률론적 추정·강화학습·딥러닝으로 상태를 추정하거나 동작을 학습해.
• 대표 참고서는 _Probabilistic Robotics_로, 베이즈 필터·파티클 필터·SLAM을 체계화했지. docs.ufpr.br

1.4 전자·센서 공학

• 이벤트 카메라·3D LiDAR처럼 고주파·고해상 센서가 SLAM 성능을 크게 끌어올렸어. arxiv.org

1.5 인간-로봇 상호작용(HRI)

• 로봇이 사람 옆에서 안전하게 일하려면 물리·인지 양쪽을 모두 고려해야 해.
• ACM/IEEE HRI 2025 논문집을 보면 감정 인식, 협동 전략 같은 연구 트렌드가 확실히 늘었어. humanrobotinteraction.org

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2. 로봇 공통 기술 스택

2.1 ROS 2

• 로봇 미들웨어 표준. 토픽·액션·서비스로 모듈을 느슨하게 묶어주고 DDS 네트워크로 통신해. docs.ros.org

2.2 SLAM & 경로계획

• Simultaneous Localization and Mapping: 로봇이 지도와 위치를 동시에 추정. 최근엔 NeRF·3D Gaussian Splatting까지 접목 중. arxiv.org
• 고수준에선 A*·RRT·통계적 최적화로 전역-경로를 짜고, 저수준에선 MPC·관절-공간 최적제어로 세부 궤적을 다듬어.

2.3 센서융합·엣지컴퓨팅

• 실시간 지연을 줄이려고 GPU·ASIC을 탑재하고, 비전 + LiDAR + IMU를 칼만필터·UKF로 융합해 잡음을 줄여. arxiv.org

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3. 대표 활용 분야

분야	대표 사례	가치/효과
제조·스마트팩토리	6-축 산업로봇·코봇	품질 일관성·24시간 가동 ifr.orgprecedenceresearch.com
물류·창고	Boston Dynamics Spot·자율 지게차	재고 실사·위험 지역 점검 support.bostondynamics.com
의료	da Vinci 수술 로봇	최소침습, 손떨림 제거, 원격 수술 intuitive.com
농업	John Deere 자율 9RX 트랙터	무인 경운·24h 작업, 인력난 완화 deere.com
서비스·가정	소셜 로봇·자율 청소 로봇	고령화 대응·편의 서비스
탐사·우주·해양	NASA Perseverance AutoNav	인간 접근 불가 지역 과학 임무 jpl.nasa.gov
국방·재난	원격 폭발물 해체, 열화상 탐색	인명 피해 최소화, 빠른 초동 arxiv.org

 

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4. 최신 트렌드와 전망

1. 코봇 폭발적 성장 – 2025년 5.6 억 달러 시장이 2034년 712 억 달러까지 뛸 전망. precedenceresearch.com
2. 휴머노이드+AI 대형모델 – 엔비디아·오픈AI는 2027년엔 일상 현장 투입이 가능하다고 예측 중. barrons.com
3. Generative AI 로봇 – 자연어 명령->코드 생성->실행이 가능해지며 물리적 세계까지 LLM 파급이 확산.
4. 윤리·규제 – ISO 10218, ISO/TS 15066을 필두로 안전기준이 강화되고, EU AI Act가 서비스 로봇에도 직접 영향을 줄 전망. precedenceresearch.com