사과 깎고 와인잔 잡는 로봇들…‘피지컬 AI’ 승패 쥔 관절과 근육 [피지컬 AI 핵심 밸류체인]

로봇 원가의 40% 차지하는 '액추에이터'…엔비디아부터 테슬라까지 '손·관절 전쟁'

엔비디아가 6월 발표한 ‘아이작 GR00T 레퍼런스 로봇’. 중국 유니트리, 싱가포르의 샤르파와 손을 잡았다. 사진=엔비디아 유튜브 캡처

지난 6월 2일 피지컬 AI 생태계의 절대강자인 엔비디아가 자사의 차세대 휴머노이드 로봇 표준 플랫폼인 ‘아이작 GR00T(Isaac GR00T) 레퍼런스 로봇’을 발표하며 글로벌 최고 수준의 파트너와 손을 잡았다.

세계적인 운동 제어 능력을 갖춘 중국 유니트리가 로봇의 몸체(H2 Plus)를 담당했다. 시장을 놀라게 한 대목은 따로 있었다. 엔비디아가 유니트리 자체의 로봇 손이 아닌 싱가포르의 스타트업 ‘샤르파(Sharpa)’의 촉각 로봇 손 ‘샤르파 웨이브’를 최종 선택해 결합한 것이다. 글로벌 로봇 선두주자인 유니트리의 손을 물리치고 설립된 지 단 2년 남짓 된 샤르파가 엔비디아 로봇의 ‘공식 손’ 자리를 꿰찬 순간이었다.

1X vs 샤르파, ‘손’들의 전쟁

CES 2026 샤르파 부스. 사진=샤르파

샤르파는 올해 초 CES 현장에서도 시장의 관심을 한 몸에 받았다. 전시장에 우뚝 선 거대한 로봇 손 조형물 아래 수많은 인파로 발 디딜 틈이 없었던 부스.

샤르파의 로봇 손(자유도 22)

샤르파의 로봇 손은 사람과 완벽하게 랠리를 주고받으며 탁구를 치고 손가락을 미세하게 조율해 포커 카드를 한 장씩 깔끔하게 넘기는 시연을 펼쳤다. 카드를 넘길 정도로 정교한 손가락 제어력은 현장에 있던 글로벌 로봇 전문가들에게 강력한 충격을 안겼다. 지난 3월에는 양팔에 총 63개 관절을 가진 로봇이 두 손으로 직접 사과 껍질을 깎는 데 성공하며 CES 이후 3개월 만에 진화한 기술력을 선보였다.

이 회사 로봇손의 핵심은 22에 달하는 ‘로봇 자유도(DOF, Degree of Freedom)’에 있다. 자유도는 관절이 독립적으로 움직일 수 있는 수를 의미한다. 인간의 손이 가진 평균 자유도가 27이다. 2023년 11월 공개된 테슬라 옵티머스 2세대의 손 자유도가 11 수준이고 향후 22까지 올리겠다고 밝힌 점을 감안하면 샤르파의 기술력이 얼마나 앞서 있는지 실감할 수 있다. 여기에 손가락 끝마다 1000개 이상의 촉각 픽셀을 탑재해 0.005뉴턴의 미세한 압력 차이까지 감지해낸다. “전 세계 모든 로봇이 우리 제품을 쓰게 만드는 것”이라는 창업자의 비전이 결코 허황으로 들리지 않는 이유다.

엔비디아는 왜 로봇의 ‘손’에 공을 들였을까. 답은 피지컬 AI의 본질에 있다. 피지컬 AI 생태계에서 로봇의 두뇌가 시각과 언어를 처리하는 소프트웨어라면 관절과 근육은 그 명령을 현실의 물리력으로 구현해내는 하드웨어의 핵심이다.

이 물리적 구동부를 로봇 공학에서는 ‘액추에이터(Actuator)’라고 부른다. 인간의 뼈를 잇는 관절과 이를 움직이는 근육 역할을 동시에 수행하는 부품이다. 초소형 모터, 감속기, 감응 기어, 그리고 정밀 제어 회로가 결합된 액추에이터는 휴머노이드 로봇 전체 원가의 약 30~60%, 평균적으로 40%를 차지한다. 로봇 제조에서 가장 비싸고, 설계하기 까다로우며, 가장 견고한 ‘기술 장벽’으로 꼽힌다.

그중에서도 로봇 손은 본질적으로 초소형 액추에이터(근육)와 미세 촉각 센서(피부)가 극도로 밀집된 하드웨어 기술의 집약체다. 센서가 물체의 감촉과 압력을 읽어내면 손가락 관절 내부의 초소형 액추에이터가 0.1초 단위로 힘을 조율한다. 걷거나 뛰는 대형 동작은 전체적인 균형 제어로 어느 정도 구현이 가능해졌다.

그러나 물체를 잡고, 도구를 다루며, 정교하게 상호작용하는 미세 동작은 완전히 다른 차원의 기술적 난제다. 로봇의 두뇌(AI)가 “앞에 있는 와인잔을 잡아라”라고 판단하더라도 관절과 근육이 미세한 힘을 조율하지 못하면 와인잔은 손아귀 안에서 산산조각 나고 만다. 생성형 AI 모델이 인체의 ‘손가락’을 제대로 묘사하지 못해 애를 먹었던 것처럼 피지컬 AI의 최종 진화 역시 ‘가장 완벽한 관절과 근육의 구현’에 달려 있다. 최근 로봇 업계에서 “로봇 몸체보다 손이 더 비싸다”는 말이 나오는 까닭이다.

14조원 규모 액추에이터 시장

샤르파 이후 로봇 손 기술의 정점을 둘러싼 전쟁은 한층 더 격화되고 있다. 그 중심에 실리콘밸리의 스타트업 ‘1X’가 있다. 노르웨이 공학자가 미국 캘리포니아에 설립한 1X는 자사의 휴머노이드 로봇 ‘네오(Neo)’의 손을 공개하며 샤르파가 쥐고 있던 최고 스펙의 왕좌에 강력한 도전장을 내밀었다.

7월 10일 1X가 공개한 로봇 손의 자유도는 무려 25다. 손가락과 손바닥에 배치된 22개의 능동 운동 관절에 손목의 3개 관절을 더한 수치다. 물리적으로 거의 인간의 손재주에 육박한 셈이다. 1X는 전구를 갈아 끼우고, 와인잔을 완벽하게 제어하며, 사람처럼 옷 지퍼를 여닫는 영상을 공개해 글로벌 로봇 업계를 흔들었다. 1X 측은 이를 “인류 역사상 가장 진화된 로봇 손”이라고 말했다.

현재 관절·근육 파트의 로봇 손 시장은 그야말로 춘추전국시대다. 25 자유도의 1X, 22 자유도의 샤르파 외에도 중국의 우지(20 자유도), 캐나다 샌크추어리 AI, 인공 근육을 모방한 미국-폴란드 합작 클론 로보틱스까지 각양각색의 액추에이터 기술이 자본을 끌어모으고 있다.

이 거대한 기술 전쟁 속에서 한국 스타트업들의 약진도 눈부시다. 착용형 로봇과 액추에이터 기술로 고도화된 힘 제어를 선보이는 위보로틱스(15 자유도), 의수 개발에서 출발해 세계적인 수준의 초소형 정밀 모듈 기술을 확보한 만드로 등이 대표적이다.

손가락 관절에 초소형·초정밀 액추에이터가 들어간다면 로봇의 어깨, 골반, 무릎 등 몸통과 팔다리에는 수십 kg의 하중을 견디고 번쩍 일어서게 만드는 고출력 대형 액추에이터가 필수적이다. 보통 휴머노이드 로봇 한 대에는 위치·속도·힘을 실시간 제어하는 액추에이터가 최소 25~30개 이상 탑재된다.

피지컬 AI 상용화가 가시화되면서 액추에이터 시장도 폭발적 성장이 예상된다. 시장조사업체 밸류에이츠에 따르면 글로벌 휴머노이드 로봇용 액추에이터 시장 규모는 2024년 1억5000만달러(약 2200억원)에서 2031년 98억6000만달러(약 14조7000억원)로 연평균 80%씩 급성장할 전망이다. 시장의 폭발세에 비해 양산 물량이 턱없이 부족해 공급이 수요를 따라가지 못하는 병목 현상마저 빚어지고 있다. 글로벌 투자 공룡 블랙스톤이 자동차용 액추에이터 강자인 퓨트로닉을 전격 인수한 배경에도 로봇 관절 부품 시장의 주도권 확보 전략이 깔려 있다.

대형 액추에이터 시장은 현재 전통적 강자인 일본 나브테스코(감속기)와 스위스 맥슨모터(액추에이터)가 수십 년간 축적한 내구성을 무기로 선두 자리를 사수하고 있다. 이 거대한 기술 전쟁 속에서 한국 기업들의 판도 변화도 거세다. 국내 로봇 부품의 자존심으로 꼽히는 로보티즈는 모터, 감속기, 제어기, 통신을 일체화한 모듈형 액추에이터 브랜드 ‘다이나믹셀’을 앞세워 미 항공우주국(NASA) 국제우주정거장(ISS) 프로젝트 등에 부품을 공급하며 글로벌 신뢰성을 입증받았다. 카메라 렌즈 기술로 액추에이터 원천 기술을 보유한 자화전자 역시 스마트폰 초정밀 구동 부품(OIS)에서 쌓아온 모터 및 제어 기술력을 앞세워 로봇용 액추에이터 시장 진출을 가속화하고 있다.

대기업군에서는 현대모비스의 행보가 단연 파격적이다. 현대모비스는 글로벌 로봇 선도기업 보스턴다이내믹스의 차세대 휴머노이드 로봇 ‘아틀라스’에 들어갈 핵심 액추에이터 공급 파트너로 낙점받으며 연내 시제품 공급 및 본격 양산 체제에 돌입했다. 여기에 가전 시장에서 독보적인 ‘DD(Direct Drive) 모터’ 기술력을 쌓아온 LG전자, 그리고 HL만도, 삼성전기 등도 고출력 구동 모터와 액추에이터를 차세대 핵심 먹거리로 내걸고 출사표를 던진 상태다.

정채희 기자 poof34@hankyung.com