기어가고, 헤엄치고, 날아라: 피츠버그 경제에 로봇공학이 미치는 영향

11월 바람이 부는 어느 날 아침, 작고 검은 직사각형 로봇이 앨러게니 강둑에서 물속에 잠겼습니다. 해안에서는 카네기 멜론 대학에서 개발한 연구에서 파생된 스타트업인 Aquatonomy의 로봇공학 엔지니어인 Theo Chemel이 로봇을 클레멘테 다리의 철탑 중 하나의 바닥으로 안내했습니다. 그런 다음 그는 조종 장치에서 손을 뗐습니다.

수중에서 로봇은 다양한 센서와 카메라를 사용해 진공청소기처럼 스스로 앞뒤로 움직이는 교량을 스캔해 데이터를 수집하고 말뚝과 기초의 3D 모델을 생성했다.

Aquatonomy의 로봇은 댐, 교량, 항만, 선박 및 수력 발전 시설과 같은 수중 인프라에 대한 검사 데이터를 수집하도록 설계되었습니다. 현재 대부분의 데이터는 수동 제어를 사용하고 온보드 카메라에 의존하는 조종사가 운영하는 다이버와 원격 조종 차량(ROV)에 의해 수집됩니다. 그러나 수중에서는 가시성이 떨어지는 경우가 많습니다. 다이버들은 종종 손으로 수색을 해야 하는데, 이는 위험한 작업 조건을 만들 수 있습니다.

Aquatonomy의 공동 창립자이자 COO인 Xiaoyu Kaess는 “다이버의 경우 정말 어려운 일입니다.”라고 말했습니다. “강을 보면 춥고 어둡고 흐름이 끊이지 않습니다. 그리고 강에는 잔해와 장애물이 많습니다.”

GPS 신호는 수중에서 작동하지 않으며 소나는 일부 선박, 갑문 및 댐 주변의 복잡한 환경에서 제대로 작동하지 않습니다. Aquatonomy의 로봇은 탁도를 꿰뚫어 볼 수 있고 차량의 위치를 ​​파악할 수 있는 동시에 “밀리미터 단위까지 정확한” 3D 지도를 구축할 수 있는 여러 센서를 사용합니다.

Aquatonomy는 대형 해군 선박과 수문 및 댐에 대한 검사를 실시했습니다. 가장 큰 자금 제공자는 미 육군 공병대입니다. 그리고 이 회사는 인프라를 유지 관리하는 복잡하고 종종 위험한 작업을 수행하기 위해 수영하고 날고 오르는 로봇을 만드는 점점 더 많은 피츠버그 기반 회사 중 하나입니다.

피츠버그는 오랫동안 로봇 공학의 중심지였습니다. 농장에서 달까지 공장 외부의 비정형 환경을 위한 로봇 개발(필드 로봇 공학이라고 함)은 카네기 멜론 대학에서 시작되었습니다. 연구와 소규모 스핀오프 회사는 꾸준했지만, 회사를 현지에 유지하고 성장시키는 것은 어려운 일이었습니다. 하지만 국내 로봇기업 약 130개 자율 로봇에 대한 연방 국방 자금이 급증하면서 현재가 회복될 수 있습니다.

로밍 로봇의 등장

1983년 스리마일 섬의 용해된 원자로 지하실에서 로봇이 방사성 슬러지에 떨어졌을 때 로봇공학은 실험실을 벗어나 업무의 세계로 들어왔습니다. Red Whittaker가 이끄는 Carnegie Mellon 팀은 카메라가 내부에서 시야를 되돌려 보내는 오염된 지하실로 걸어 들어가는 로봇을 만들었습니다. 나중에 다른 도구가 부착된 로봇이 샘플을 채취하고 청소를 도왔습니다.

휘태커는 “그것이 믿음을 정말로 바꾸었다”고 말했다. “이것은 기술의 도약이었습니다. 무엇이 가능하다는 믿음을 바꾸었고 새로운 산업에 불을 붙였습니다.”

같은 해 Whittaker는 최초의 야외 자율 주행 기계 중 하나인 Terregator를 개발했습니다. 그 이후로 그는 파이프 내부와 버려진 광산의 지도를 작성하고, 화산 내부로 들어가 우주로 모험을 떠나는 로봇을 만들었습니다. Whittaker는 또한 RedZone Robotics(무인 파이프 및 하수구 검사용) 및 Astrobotic Technologies(달에 자율 탐사선을 설치하는 용도)와 같은 다양한 회사를 분사했습니다.

“우리는 로봇 수술이나 로봇 장난감에 반대할 생각이 없습니다. 하지만 농업, 광업, 건설, 에너지, 국방, 우주, 자동차 분야의 국민 총생산(GDP)을 실제로 살펴보면 이러한 것들이 있었고 이는 중요합니다.”라고 Whittaker는 말했습니다. “물론 그 기술이 문제를 해결하거나 어떤 것이든 시장에 출시될 것이라는 것은 전혀 의미가 없습니다. 그것은 모두 비전이었습니다.”

초기 현장 로봇공학 연구는 이용 가능한 기술에 의해 제한되었습니다. 카네기 멜론 로봇공학 연구소의 연구 교수인 데이비드 웨터그린(David Wettergreen)은 “카메라 이미지를 가져와 컴퓨터에 저장하고 작업을 수행하는 것은 매우 어려웠습니다.”라고 말했습니다. 그러나 카메라 기술이 향상되고 컴퓨터가 작아지는 등 기술이 발전한 후에는 상업적 용도로 이어질 수 있는 대규모 시연을 만드는 것이 가능해졌습니다.

피츠버그에서 로봇 산업의 성장은 부분적으로 1994년 로렌스빌에 국립 로봇 공학 센터가 설립된 것에 의해 주도되었습니다. 이 센터의 설립은 로봇 공학을 연구에서 개념 증명 시연, 개발 및 테스트, 라이센스 및 상용화에 이르기까지 진행했습니다.

Wettergreen은 “그 당시 대기업에서는 로봇공학 분야에서 어떤 작업도 진행하지 않았지만 앞으로 다가올 일이라는 점을 인식했습니다.”라고 말했습니다. “그래서 그 지역에 중소기업이 생겨났고, 대기업뿐만 아니라 자율주행 산업과 같은 (산업)이 그 지역으로 이전했습니다.”

연방 자금 지원은 로봇 공학의 부상을 촉진했으며, 특히 국립 과학 재단(National Science Foundation)이 자금을 지원하는 국립 로봇 이니셔티브(National Robotics Initiative)와 창업 기업을 위한 중소기업 혁신 연구 보조금을 지원했습니다.

지역적으로 성장하다

피츠버그 대학 사회 및 도시 연구 센터의 지역 경제학자 크리스 브리엠(Chris Briem)에 따르면, 피츠버그의 로봇 공학은 대학의 연구에 의해 형성되었지만 지난 10년까지 민간 부문 개발이 부족했습니다. 이제 상황이 바뀌었습니다.

“이러한 산업이 더 큰 산업으로 발전하게 될까요?” 브리엠이 말했다. “우리는 수년 동안 보았던 것보다 더 많은 민간 부문 상업화를 확실히 보고 있습니다.”

Gecko Robotics는 피츠버그에서 로봇 공학 및 인공 지능 연구를 진행하는 회사 중 하나입니다. 이 스타트업은 발전소의 보일러 튜브 벽을 따라 기어 다니고 검사를 위한 측정을 수행할 수 있는 로봇을 설계하고 제작합니다. 물 속에서 헤엄치는 로봇과 드론처럼 공중에 떠서 전력 시설의 접근하기 어려운 공간을 점검하는 로봇도 있다.

Gecko는 현재 피츠버그에 약 300명의 직원과 본사를 두고 있습니다. 그들은 깊은 “산업 경험”과 카네기 멜론 출신의 로봇 공학 인재 파이프라인에 대한 접근성 때문에 피츠버그를 선택했습니다. 그러나 Demmer에 따르면 세 강에는 “일부 역풍”이 있습니다. Gecko는 피츠버그 투자자로부터 어떠한 자본도 받지 못했습니다.

Demmer는 “때때로 피츠버그에서는 볼 수 없지만 해안 도시에서는 볼 수 있는 자유로운 야망이 여러 면에서 있다고 생각합니다.”라고 말했습니다. “(피츠버그의) 벤처 산업은 견고하지 않습니다. 인수하기 쉬운 보수적인 베팅을 찾고 있습니다. 아마도 큰 베팅보다 작은 베팅일 것입니다. 우리는 해안 지역에서 훨씬 더 나은 일을 하도록 했습니다.”

실리콘 밸리는 혁신 클러스터의 전형적인 예입니다. 많은 사람들이 가까운 곳에서 유사한 문제를 해결하기 위해 노력하면 그들의 지식이 넘쳐 흐르고, 자금 풀과 산업 또는 관련 산업 집합이 퍼져 있는 경우보다 더 크고 빠르게 성장한다는 아이디어입니다.

MIT 산하 산업 성과 센터의 전무이사인 벤 암스트롱(Ben Armstrong)에 따르면, 피츠버그는 전 세계는 아니더라도 미국 내 최고의 소프트웨어, 기계 학습 및 인공 지능 클러스터 중 하나라고 합니다.

Armstrong은 “피츠버그에 있는 전문 지식은 이 지역이 모든 분야에서 탁월한 유연성을 발휘할 수 있도록 해줍니다.”라고 말했습니다.

그러나 Pittsburgh Technology Council의 회장 겸 CEO인 Audrey Russo에 따르면 샌프란시스코나 보스턴과 같은 벤처 캐피털 생태계는 “여기에는 존재하지 않습니다”라고 합니다. “아직 실제로 테스트되지 않은 아이디어에 기꺼이 돈을 투자하려는 투자자는 거의 없습니다. 우리는 투자자로 구성된 강력한 엔젤 커뮤니티가 없고 활발한 벤처 커뮤니티가 없기 때문에 문제가 있습니다.”

Russo는 특히 미 국방부를 통한 연방 정부 계약이 젊은 기업이 기술 사용 사례를 개발하고 피드백을 받으며 잠재적으로 전 세계 투자자를 유치할 수 있도록 돕는 열쇠라고 생각합니다. Gecko와 Aquatonomy는 모두 회사 성장을 위해 방산 계약을 체결했습니다. 그리고 헤이즐우드에 있는 ARM 연구소는 기업과 협력하여 제조 공정을 개선하기 위해 로봇 공학과 같은 기술을 채택하도록 돕고 자금을 지원받는 비영리 기관입니다. 국방부에 의해.

서두르지 않은 흡수

로봇공학이 주도하는 산업 클러스터를 구축하는 데 있어 한 가지 과제는 2015년 이후 전통적인 산업용 로봇에 대한 수요가 크게 증가하지 않았고, 미국과 유럽에서 기업이 로봇을 사용하는 속도가 느리다는 점입니다. 국제로봇연맹의 보고서.

2014년 이후 미국에는 매년 26,000~40,000대의 새로운 산업용 로봇이 설치되고 있다고 합니다. 국제로봇연맹. 필드 로봇공학은 세계 시장에서 아주 작은 부분만을 차지하고 있습니다. 산업용 로봇의 주요 유형은 제조, 운송 및 물류에 사용됩니다. 그러나 미국 제조업체 중 약 8.3%만이 로봇을 보유하고 있다고 합니다. 국립과학기술통계센터 연간 비즈니스 조사.

또 다른 장벽은 로봇을 현장이나 공장 현장에 배치하는 데 비용이 많이 든다는 것입니다. 에서 2022년 McKinsey 글로벌 산업용 로봇공학 설문조사기업들은 자동화와 로봇 사용에 대한 주요 장벽 중 하나로 이점에 비해 높은 하드웨어 비용을 언급했습니다.

암스트롱은 “미국에서는 많은 기업이 로봇 구입을 고려할 때 계산을 합니다.”라고 말했습니다. “‘이 로봇이 앞으로 2~3년 안에 비용을 지불할 수 있을까요? 가능하다면 구매할 수도 있습니다. 하지만 그렇지 않다면 보류하겠습니다.'”

중국은 이야기가 다릅니다. 같은 기간 동안 그 나라의 성장은 전통적인 산업용 로봇뿐만 아니라 새로운 종류의 로봇에서도 급증했습니다. 맑은 눈 아니면 다른 사람이 할 수 있는 물고기에게 예방접종을 시키다. IFR 보고서에 따르면 지난해 전 세계에 설치된 새로운 산업용 로봇 중 절반 이상이 중국에서 작동됐다.

암스트롱에 따르면 중국 공장에 더 많은 자동화 및 로봇 기술을 도입하려는 정부의 우선순위와 위험에 대한 다른 태도가 있습니다.

“중국에서 신기술 장비를 판매하는 사람들로부터 들은 바에 따르면 이들 회사는 투자 수익 계산에 대해 전혀 생각하지 않고 있습니다.”라고 Armstrong은 말했습니다. “그들은 최신 장비와 기술을 보유하고 이를 사용하는 방법을 아는 것이 자산이 될 것이라고 생각하기 때문에 최신 장비를 구입하고 있습니다.”

특이한 상황의 긴 꼬리

그러나 Wettergreen에 따르면 연구 세계에서 로봇은 대부분의 경우 많은 작업에서 매우 능숙해졌습니다. 이제 초점은 비정상적인 상황에서 실수를 줄이면서 이러한 시스템을 더욱 자율적으로 만드는 데 있습니다. 자율 주행 자동차를 생각해 보세요.

Wettergreen은 “대부분의 경우 운전을 매우 잘합니다.”라고 말했습니다. “이제 우리는 로봇이 준비하지 못한 특이한 상황이나 상황에 대해 작업하고 있습니다.”

강으로 돌아온 Aquatonomy의 로봇은 교량 말뚝의 3D 스캔을 통해 해안에 도달했습니다. 이는 바람, 조류 및 탁한 물에 대한 또 다른 테스트를 완료한 것입니다. Chemel은 “오늘 교량은 꽤 잘 작동하고 있습니다.”라고 말했습니다. “문제 없어요.”

Aquatonomy에는 7명의 직원이 있습니다. 대부분은 Carnegie Mellon, 특히 Robotics Institute에 뿌리를 두고 있습니다. 기술을 시험하기 위한 대학, 강, 그리고 노후화된 인프라의 광대한 네트워크가 그들을 도시에 묶어두었습니다.

Kaess는 “피츠버그는 훌륭한 생태계를 가지고 있습니다.”라고 말했습니다. “대부분의 최첨단 발명이 일어나는 곳 중 하나입니다. 네트워크, 인재, 기업 생태계가 모두 같은 곳에 있습니다.”