로봇 손 프로젝트 시작, 사이클로이드 초소형 액추에이터 소개합니다.

로봇 손 프로젝트 시작, 사이클로이드 초소형 액추에이터 [BCSA Micro Series]

인간의 손에는 약 1만 7000개의 촉각 수용체가 있다고 합니다, 이 모든 감각을 로봇으로 그대로 구현하는 것은 현실적으로 불가능하다는 의견도 많습니다. 그럼에도 불구하고 로봇 손이 계속해서 화제가 되는 이유는 무엇일까요?

산업 현장에서 로봇이 마주하는 물체들은 결코 이상적인 조건에 놓여 있지 않습니다. 모양은 제각각이고, 표면 재질도 다르며, 포장 상태 역시 균일하지 않은 경우가 많습니다. 같은 박스처럼 보여도 손이 닿는 위치가 조금만 달라지면 미끄러지거나 찌그러질 수 있고, 작은 부품은 방향이 약간만 틀어져도 다음 공정이 멈추는 원인이 됩니다.

이런 상황에서 손은 단순히 물체를 집는 도구가 아니라, 힘을 얼마나 줄지 판단하고, 접촉을 감지하는 역할을 수행하게 됩니다. 이것이 의미하는 바는, 로봇 손은 하나의 동작이 아니라 여러 판단과 행동이 동시에 일어나는 복합적인 문제로 확장된다는 점입니다.

로봇 손 개발은 구조적 한계로 다양한 문제들을 직면하게 됩니다. 손이라는 형태는 작고, 요구되는 동작은 많으며, 동시에 충분한 힘을 전달할 수 있어야 하기 때문입니다. 이처럼 공간과 힘이라는 상충되는 조건 속에서 로봇 엔지니어들이 가장 먼저 고민하게 되는 요소 중 하나가 있습니다. 바로 구동부입니다.

로봇 관련 업계에 종사하고 계신 분들이라면 이미 체감하고 계시겠지만, 현재 액추에이터 시장에서 선택할 수 있는 제품군은 상당히 제한적입니다. 그중에서도 초소형 액추에이터 분야는 상황이 더 어렵습니다. 일부 특정 회사의 제품을 제외하면 현실적인 대안이 거의 없는 구조이기 때문에, 많은 엔지니어들이 실제 제품 개발 과정에서 어려움을 겪고 있는 것이 사실입니다.

저희는 이러한 문제를 해결하기 위하여 지속적인 연구 개발(R&D)을 통해서 2025년 휴머노이드 로봇을 위한 구동 솔루션 BCSA V4 시리즈를 출시하였습니다. 그리고 오늘, 또 한번 여러분들을 위해 저희가 준비한 제품을 소개하려고 합니다. 사이클로이드 감속 기술을 기반으로 한 초소형 액추에이터, BCSA Micro Series입니다.

BCSA Micro Series

BCSA V4 시리즈가 휴머노이드의 상체와 하체를 구성하는 핵심 모듈이라면, BCSA Micro Series는 로봇 손 구동에 특화된 제품으로 설계되었습니다. 직경 18mm, 감속비 25:1 사양의 이번 모델은 사이클로이드 기어를 적용한 로터리 액추에이터로, 로봇 손 관절 내부에서 회전력을 직접 전달하는 구조를 갖추고 있습니다. 이를 통해 빠른 응답성과 반복 동작에 유리한 내구성을 동시에 확보했습니다.

이번 프로젝트는 파트너사 P사와 협업을 통해 실제 로봇 손 적용을 전제로 진행되었습니다. 관절 내부에 직접 삽입되는 구조를 기준으로 설계되었으며, 이를 통해 로봇 손 내부 부품 배치의 제약을 줄이고 전체 구조 설계에 더 많은 선택지를 제공하는 방향으로 개발이 이루어졌습니다.

로봇 손의 설계는 공간 제한이 매우 큰 편입니다. 그래서 구조를 단순화 하고, 반복 동작 환경에서도 안정적인 토크 전달과 빠른 응답성을 확보하는 것이 중요합니다. 단순히 작게 만드는 것이 아니라, 실제 로봇 손 내부에서 작동 가능한 구조를 만드는 데 초점을 맞춰야 하죠. 이것을 위해서 저희가 고려한 1가지 목표가 바로 “토크 밀도”입니다.

토크 밀도란?

토크 밀도는 액추에이터의 크기나 무게 대비 얼마나 큰 힘을 낼 수 있는지를 나타내는 지표입니다. 단순히 힘의 크기만을 의미하는 것이 아니라, 제한된 부피와 질량 안에서 얼마나 효율적으로 힘을 만들어낼 수 있는지를 판단하는 기준이라고 볼 수 있습니다.

이를 이해하기 위해 간단한 예를 들어보겠습니다. 토크 밀도는 액추에이터가 발휘할 수 있는 최대 토크를 무게와 비교해 계산합니다. 몸무게가 100kg인 사람이 100kg의 바벨을 드는 경우와, 몸무게가 50kg인 사람이 80kg의 바벨을 드는 경우를 비교해보면, 절대적인 힘만 놓고 보면 전자가 더 커 보일 수 있습니다. 그러나 자신의 체중 대비 들어 올릴 수 있는 무게를 기준으로 보면, 후자가 훨씬 효율적으로 힘을 발휘하고 있다고 볼 수 있습니다. 로봇 설계자들이 주목하는 액추에이터는 바로 이러한 특성을 가진 구조입니다.

이 차이는 로봇 전체 구조에도 큰 영향을 미칩니다. 로봇 손에 위치한 액추에이터가 무거워질수록, 그 하중을 지탱하기 위해 상위 관절에 사용되는 액추에이터 역시 더 커질 수밖에 없습니다. 이는 프레임 강화와 배터리 용량 증가로 이어지며, 결과적으로 로봇 전체가 불필요하게 커지는 구조적 악순환을 만들어냅니다.

반대로 가볍지만 충분한 토크를 낼 수 있는 액추에이터를 적용하면 상황은 달라집니다. 로봇 손에서 발생하는 하중 부담이 줄어들면서 전체 구조는 더 단순해지고, 로봇은 더 빠르고 안정적인 동작을 구현할 수 있습니다. 그 결과 시스템 효율과 설계 자유도를 동시에 확보할 수 있게 됩니다. 이러한 이유로 토크 밀도는 로봇 기술의 한계를 어디까지 확장할 수 있는지를 가르는 핵심적인 기준으로 작용합니다.

로봇 손의 중요성, 그리고 초소형 액추에이터

많은 사람들이 휴머노이드를 인간과 유사한 형태의 로봇으로 떠올립니다. 그리고 언젠가는 사람이 하는 일을 대신할 수 있을 것이라는 기대를 갖습니다. 대부분의 산업 환경은 인간을 기준으로 설계되어 있기 때문에, 이러한 환경에 휴머노이드를 도입하려면 환경을 로봇에 맞추는 것보다 로봇을 환경에 맞추는 쪽이 훨씬 효과적입니다. 단순한 이야기처럼 보이지만, 실제 제조 현장에서 자동화 기술을 도입할 때 가장 핵심적인 문제이기도 합니다.

자동차 산업을 예로 들어보겠습니다. 이미 자동화 비율이 높은 산업임에도 불구하고, 여전히 사람이 수행하는 작업은 많습니다. 이는 기술이 부족해서가 아니라, 부품 종류가 많고 차종과 옵션이 계속 바뀌며 연식 변경과 모델 체인지가 반복되는 구조적인 특성 때문입니다. 이런 환경에서는 작업 하나하나를 전용 설비로 자동화하는 방식이 한계에 부딪힐 수밖에 없습니다.

전통적인 로봇 자동화는 특정 작업에 대해서는 매우 잘 작동합니다. 하지만 그만큼 변화에는 약합니다. 하나의 작업을 위해 로봇 팔과 전용 도구, 공급 장치, 검사 시스템까지 모두 맞춤 설계해야 하고, 작업이 달라지는 순간 그 설비의 가치는 급격히 떨어집니다.

그런데 이러한 작업 공정에 휴머노이드를 적용하면 어떤 변화가 생기게 될까요? 생산 라인을 새로 설계하고 전용 설비를 구축해야 하는 부담이 크게 줄어들 것 같습니다. 인간과 유사한 구조를 가진 휴머노이드는 기존 작업 환경을 유지한 상태로 투입될 수 있기 때문입니다. 공정마다 전용 엔드 이펙터를 새로 설계하거나 교체하는 대신, 사람이 사용하는 도구와 부품을 그대로 활용할 수 있다는 점도 큰 차이를 만들어내겠죠.

물론 현재의 기술 수준으로 이러한 단계에 바로 도달했다고 보기는 어렵습니다. 휴머노이드 로봇에 대한 기대는 당장 현장에 투입할 수 있느냐의 문제가 아니라, 앞으로 자동화가 어떤 방향으로 발전해 나갈 것인가에 대한 기대에 더 가깝습니다. 이러한 기대는 지금의 제조 현장에서 사용되고 있는 자동화 시스템의 구조와 방식이 변화할 수 있음을 가늠하게 하는 기준이 되고 있습니다.

이러한 맥락에서 로봇 손은 휴머노이드의 활용 범위를 결정짓는 핵심 요소로 자리 잡습니다. 섬세한 조작이 요구되는 조립 공정이나, 작업 내용이 자주 바뀌는 현장에서는 손의 자유도와 구동 성능이 곧 자동화 가능성을 좌우하게 됩니다. 최근 휴머노이드 로봇 산업 전반에서 로봇 손 기술에 대한 관심이 높은 이유도 바로 여기에 있다고 생각됩니다.

그리고 이러한 기능을 실제로 구현하기 위해 반드시 필요한 기술이 바로 초소형 액추에이터입니다. 제한된 손 크기 안에 여러 관절을 배치하기 위해서는 작은 크기와 단순한 구조는 물론, 다자유도 구현과 반복 작업 및 작업 환경을 고려한 충분한 내구성까지 함께 확보되어야 합니다. 여기에 현장에서 요구되는 출력 토크 역시 만족해야 합니다.

인간의 손은 작고 가볍지만, 동시에 매우 강한 힘과 섬세한 제어를 요구합니다. 손가락 하나하나가 독립적으로 움직이면서도 협응력이 우수합니다. 문제는 이 모든 것을 제한된 공간 안에 넣어야 한다는 점입니다. 손가락 안쪽에는 구동 장치가 들어가야 하고, 힘을 전달할 구조가 필요하며, 센서와 배선까지 함께 배치되어야 합니다. 조금만 크거나 무거워져도 손 전체의 활용도가 급격히 떨어질 수 밖에 없습니다.

<본시스템즈 로봇 핸드 프로젝트 컨셉 디자인>

그래서 로봇 손은 하드웨어만으로 해결되기 어려운 영역이 됩니다. 손끝 센서의 성능, 접촉을 감지해 힘을 조절하는 제어 안정성, 다양한 물체를 포괄할 수 있는 그립 방식이 모두 함께 작동해야하기 때문입니다.

어떤 물체를 어떤 각도로 잡을지, 미끄러질 때 어떻게 다시 잡을지, 끼우는 과정에서 힘이 걸리면 어떻게 빠져나올지 같은 문제들은 결국 데이터와 학습의 영역으로 넘어갑니다. 그래서 로봇 손은 단순한 부품이 아니라, 범용 조작이라는 목표와 학습 구조를 직접적으로 연결하는 접점이라고 볼 수 있습니다.

작은 크기 안에서 얼마나 효율적으로 힘을 만들어낼 수 있는지는 앞으로 로봇 손 기술의 경쟁력을 가르는 중요한 기준이 될 것이라고 생각합니다. 이번 로봇 손 프로젝트는 그 시작점이며, 향후 실제 구동 영상과 적용 사례를 통해 보다 구체적인 내용을 소개드릴 예정입니다. 로관심 있으신 분들께서는 유튜브 채널 구독을 통해 프로젝트의 진행 과정을 함께 확인해 보시기 바랍니다. 감사합니다.

자주 묻는 질문 (FAQ)

※ 참고 자료

1. “수십억 달러 사라질 것“…‘로봇 대부’ 로드니 브룩스, 휴머노이드 열풍 경고 | 로봇 신문 (2025.12.17.)

2. The Humanoid Mission in Manufacturing | Boston Dynamics Tech Talk | Boston Dynamicd (2025.12.17.)

3. 본시스템즈·한국피아이엠, 휴머노이드 사업 협력 MOU | 서울경제TV (2025.11.03.)