건설 산업에서의 휴머노이드 로봇: 미래 비전 Inside China’s race to dominate humanoid robotics

Humanoid robots are still at the pilot stage but could emerge as the solution to the construction sector’s productivity problem. How can industry leaders prepare for their entry into the workforce?

For decades, the construction industry has wrestled with both rising demand and shrinking labor capacity. Productivity has stagnated, and the situation could soon worsen: Many workers are nearing retirement, and fewer young people are entering the field because of safety concerns, uncertainty about future prospects, and the physical intensity of construction work. To alleviate the labor crunch, some businesses have already automated a few common activities, including bricklaying and concreting, using purpose-built robots. A logical next step might involve the use of general-purpose robots, which can perform diverse, unrelated tasks across multiple settings.

https://www.mckinsey.com/industries/engineering-construction-and-building-materials/our-insights/humanoid-robots-in-the-construction-industry-a-future-vision

휴머노이드 로봇은 아직 시범 단계에 있지만 건설 부문의 생산성 문제를 해결할 수 있는 핵심 기술로 떠오를 가능성이 있습니다. 업계 리더들은 휴머노이드 로봇의 현장 투입에 어떻게 대비해야 할까요?

수십 년 동안 건설업계는 증가하는 수요와 줄어드는 노동력이라는 두 가지 문제에 직면해 왔습니다. 생산성은 정체되었고, 상황은 곧 악화될 수 있습니다. 많은 근로자들이 은퇴를 앞두고 있고, 안전 문제, 미래에 대한 불확실성, 그리고 건설 작업의 육체적 강도 때문에 젊은이들이 건설업에 진출하는 비율이 줄어들고 있기 때문입니다. 이러한 노동력 부족 문제를 완화하기 위해 일부 기업들은 이미 특수 제작된 로봇을 사용하여 벽돌 쌓기나 콘크리트 타설과 같은 몇 가지 일반적인 작업을 자동화했습니다. 다음 단계는 다양한 환경에서 서로 관련 없는 여러 작업을 수행할 수 있는 범용 로봇을 사용하는 것이 될 수 있습니다.

범용 로봇은 무거운 콘크리트 블록 운반부터 용접 및 배관 작업에 이르기까지 다양한 건설 활동에 유용하게 사용될 수 있습니다. 이러한 로봇은 여러 형태로 존재하지만, 크기와 모양이 사람과 유사한 휴머노이드 로봇이 가장 큰 주목을 받고 있습니다. 휴머노이드 로봇은 아직 개발 초기 단계에 있지만, 개발자와 관련 이해관계자들이 기술적, 규제적, 재정적, 운영적 난관을 극복할 수 있다면 산업 전반에 혁신적인 변화를 가져올 잠재력을 지니고 있습니다.

건설 분야에서 휴머노이드 로봇의 대규모 도입은 아직 10년 후쯤에나 가능할 것으로 예상됩니다. 부분적으로는 로봇이 복잡하고 불규칙한 작업 현장을 이동하는 데 여전히 어려움을 겪고 있기 때문입니다. 하지만 최근 기술 발전으로 도입 시기가 앞당겨질 가능성이 있으므로, 건설 업계의 리더들은 지금부터 휴머노이드 로봇 도입을 준비해야 합니다. 기업 리더들의 최우선 과제는 휴머노이드 로봇이 작업자를 대체하는 것이 아니라 지원하는 역할을 하는 미래의 작업 환경을 조성하는 것입니다. 이는 여러 가지 우선순위를 동시에 처리해야 하는 관리자, 과중한 업무에 시달리는 현장 작업자, 그리고 프로젝트 완료 속도를 원하는 고객 모두에게 이익이 될 것입니다.

건설 적용의 딜레마

지난 20년간 건설 기술은 크게 발전했지만, 건설 산업 생산성은 2000년부터 2022년까지 연평균 0.4% 증가에 그쳤습니다.1이는 같은 기간 동안 연평균 3.0%의 성장률을 기록한 제조업과 같은 다른 산업에 비해 훨씬 낮은 수치입니다(표 1). 건설 생산성 증가는 대부분 신흥 시장의 활동에서 비롯되었습니다.

지난 20년간 건설업계의 생산성 증가는 미미했습니다.

건설 회사들은 빌딩 정보 모델링(BIM)과 컴퓨터 지원 설계(CAD)를 포함한 디지털 도구를 적용하여 생산성 향상을 어느 정도 달성했습니다. 그러나 전반적으로 건설 산업은 다른 산업 분야에 비해 디지털화 속도가 느려 수작업에 대한 의존도가 높고 효율성 향상 효과가 미미합니다. 노동력 부족으로 인해 신규 인력 채용도 어려운 상황입니다. 설상가상으로 도시화, 인구 증가, 노후 시설 교체 또는 확충 필요성으로 인해 전 세계 주택 및 인프라 수요가 급증하고 있습니다. 예상되는 공급 부족 규모는 수요에 비해 약 40조 달러에 달할 것으로 전망됩니다.2

건설 부문의 자동화는 디지털화보다 훨씬 더디게 발전해 왔습니다. 자동화의 대부분은 건설 현장이 아닌 벽, 바닥, 보와 같은 프리캐스트 및 프리패브 요소의 공장 외부 제조에 적용됩니다. 현장 자동화는 각 프로젝트가 고유하고 끊임없이 변화하며, 작업장 레이아웃이 바뀌고, 수많은 기계와 인력이 움직이며, 안전 위험이 높기 때문에 특히 어렵습니다. 게다가 건설 현장은 네트워크 연결이 불안정하고 디지털 인프라가 부족한 경우가 많습니다.

몇몇 기업들은 철근 결속이나 배치, 또는 기계, 전기, 배관 시스템 설치를 위한 천장 천공과 같은 단일 작업을 자율적으로 또는 반자율적으로 수행하는 단순한 비인간형 로봇을 활용한 시범 사업을 진행해 왔습니다. 그러나 이러한 솔루션들은 아직 대규모 도입 단계에 이르지 못했습니다. 반면, 토공사 및 도로공사 분야의 시범 사업은 특히 무인 포장 로봇이나 자율 롤러와 같은 고도로 전문화된 로봇을 활용하여 더욱 성공적인 결과를 보여주었습니다.

훌륭한 발전이며 앞으로 더 성장할 여지가 있습니다.

휴머노이드 로봇은 아직 건설 현장에 보편적으로 도입되지는 않았지만, 생산성 위기를 해결할 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다. 휴머노이드 로봇의 강점은 실시간 의사결정을 가능하게 하는 인공지능(AI) 기술에 있습니다. 특수 목적 로봇은 정해진 환경에서 단일 작업을 반복적으로 수행하는 반면, 개발자들은 휴머노이드 로봇의 활용도를 높이기 위해 노력하고 있으며 최근 몇 가지 중요한 진전을 이루었 지만, 여전히 발전의 여지가 많습니다(측면 설명, "대규모 휴머노이드 도입을 위한 요소" 참조).

점점 더 정교해지는 AI 기반 모델

시각-언어-행동 기반 모델은 휴머노이드 로봇이 시각적 단서를 해석하고 음성 지시를 따를 수 있도록 하여 활용도를 크게 높입니다. AI 모델과 센서 기술이 더욱 발전하면 휴머노이드 로봇은 복잡한 건설 작업을 수행할 수 있게 될 것입니다. 인간 견습생이 감독 하에 관찰하고 연습하는 데 수년이 걸리는 반면, 휴머노이드 로봇은 수백만 개의 건설 영상, 지침, 시연 자료를 빠르게 분석하여 기술을 훨씬 신속하게 습득할 수 있습니다. 이러한 기능을 구현하려면 개발자는 방대한 양의 건설 데이터가 필요합니다.

Humanoid robots in the construction industry: A future vision

향상된 이동성과 손재주

개발자들은 휴머노이드 로봇의 이동성을 크게 향상시켰지만, 건설 현장과 같은 불규칙한 작업 환경에서 로봇이 능숙하게 이동할 수 있으려면 더 많은 발전이 필요합니다. 인간은 경험, 관찰, 동료의 안내 또는 지도를 활용하여 이동하는 반면, 휴머노이드 로봇은 센서 입력 및 기타 상황 정보를 포함한 주변 환경에 대한 방대한 데이터를 처리하여 이동합니다.

현재 많은 휴머노이드 로봇 모델이 불규칙한 모양의 물체를 들어 올리는 것과 같은 비정형적인 작업을 처리할 수 있습니다. 하지만 사람 수준의 정교함으로 작은 도구를 조작하는 것과 같은 더 복잡하거나 섬세한 작업에는 여전히 개선이 필요합니다. 로봇이 사다리나 비계를 오르거나 울퉁불퉁한 지형을 걸을 수 있게 되면 건설 현장에서 더욱 가치 있는 존재가 될 것입니다.

안전과 협업에 대한 관심 증대

센서, 인지 모델 및 기타 기술의 발전으로 일반 로봇과 관련된 많은 위험 요소가 줄어들었습니다. 예를 들어, 과도한 힘을 사용하는 것을 방지할 수 있게 되었습니다. 다음 단계는 휴머노이드 로봇이 특정 구역에 제한되지 않고 작업장 전체를 자유롭게 이동할 수 있는 "울타리 없는" 작업을 가능하게 하는 안전 기능을 개발하는 것 입니다. 개발자들은 또한 휴머노이드 로봇이 인간 작업자와 원활하게 협업하고 모든 음성 명령에 정확하게 반응할 수 있도록 AI 모델을 개선하기 위해 노력하고 있습니다.

건설 분야에서 휴머노이드 로봇의 활용

투자자들은 휴머노이드 로봇 분야에 점점 더 많은 자금을 투자하고 있습니다(측면 기사 "휴머노이드 투자 10억 달러 돌파" 참조). 건설 업계에서는 휴머노이드 로봇이 자율 또는 반자율 단일 작업 로봇보다 훨씬 더 큰 가치를 제공하는 분야에 집중할 것입니다. 더욱이, 휴머노이드 로봇은 작업자를 대체하기보다는 지원하는 역할을 할 것입니다.

건설 현장에 투입된 최초의 휴머노이드 로봇

다양한 산업 분야에서 최초의 휴머노이드 시범 프로그램은 일반적으로 지도화된 식료품점 통로나 동일한 레이아웃으로 꾸며진 실내 공간과 같이 변동성이 적은 환경에서 반복적이고 비교적 복잡한 작업을 수행하는 데 중점을 둡니다. 건설 분야에서는 고무적인 초기 결과가 보고되었습니다. 예를 들어, 일본 연구진은 석고보드를 독립적으로 설치할 수 있는 휴머노이드를 개발했지만, 아직 광범위한 테스트는 진행되지 않았습니다.

향후 몇 년 동안 휴머노이드 건설 로봇은 고도로 구조화된 구역에서 단순하고 반복적인 작업이나 중간 정도의 복잡성을 가진 작업에 집중될 가능성이 높습니다. 이러한 제약에도 불구하고, 작업자와 휴머노이드 로봇 간의 분업은 전반적인 생산성을 향상시켜 기업의 작업 진행 속도를 높일 수 있습니다.

미래에 휴머노이드가 목수들을 어떻게 도울 수 있을지 생각해 보세요. 하루 일과를 시작할 때 휴머노이드가 도구를 준비하고 작업 공간을 청소하면 목수들은 더 고급 작업이나 전문적인 작업에 집중할 수 있을 것입니다. 휴머노이드가 현장에서 수행할 수 있는 다른 간단한 작업으로는 벽 페인트칠이나 트럭 하역 등이 있습니다.

장기적인 휴머노이드 애플리케이션: 더욱 다양한 기능을 갖춘 보조 로봇이 더욱 복잡한 작업을 수행할 수 있도록 지원

향후 10년 이상 동안 휴머노이드 로봇이 수행할 수 있는 건설 작업을 파악하기 위해, 협업 수준, 교육 용이성, 요구되는 손재주, 작업 환경 구조 등을 기준으로 활동을 평가했습니다. 그런 다음, 상대적인 작업 실현 가능성 정도에 따라 사용 사례를 분류했습니다(표 2).