십 대를 위한 영화 속 로봇인문학 여행

십 대를 위한 영화 속 로봇인문학 여행

전승민 지음

팜파스 / 2020년 11월 / 248쪽 / 13,800원



영화 속 로봇으로 보는 미래의 ‘과학 기술’



가장 현실성 있는 웨어러블 로봇을 그려 내다 〈엣지 오브 투모로우〉

입으면 힘이 세지는 로봇. ‘웨어러블 로봇’은 수십 년 동안 흥미진진한 소재였습니다. 아주 오래 전부터 사람들은 웨어러블 로봇이 세상에 등장했으면 좋겠다고 생각한 모양입니다. 제가 영화에서 웨어러블 로봇을 처음 본 것은 1986년이었습니다. 당시 개봉한 영화 <에일리언> 2편에서 주인공 여전사(시고니 위버 분)가 웨어러블 로봇을 입고 외계 종족과 싸우는 모습이 나왔습니다. 2013년에 개봉한 영화 <엘리시움>에서도 이런 ‘착용형 로봇’이 등장하지요. 웨어러블 로봇 영화들 중 가장 대표적인 영화로는 아마도 <아이언맨>이겠지요. <아이언맨>의 원작 만화책이 처음으로 발간된 것이 1963년이었으니, 이미 반세기도 전에 사람들은 웨어러블 로봇을 꿈꿔온 셈입니다.

슈트? 외골격? 입는 로봇도 종류가 여러 가지!: 웨어러블 로봇의 미래를 가장 잘 보여 주는 영화로 2014년 나온 <엣지 오브 투모로우>가 있습니다. 이 영화는 일본 작가 사쿠라자카 히로시가 쓴 소설이 원작입니다. 미국 할리우드에서 일본 소설을 영화로 만든 최초의 작품이지요. 유명 배우 톰 크루즈가 주연을 맡았습니다. 영화 <엣지 오브 투모로우>에 나오는 전투용 웨어러블 로봇은 아이언맨처럼 형태가 멋지고 아름답진 않습니다. 쇠막대기(?)로 만든 것 같은 뼈대를 사람 몸 바깥쪽에 연결해 두고, 거기에 각종 기계장치를 붙여 놓아, 마치 실험실에서 개발하다가 만 것 같지요.

웨어러블 로봇을 부르는 이름도 여러 가지입니다. 인체 기능을 강화시켜 주는 장치이니 강화복이라고 부르는 사람도 있고, 사람의 몸을 감싸는 형태이니 ‘엑소슈트(Exosuit)’라고 부르는 사람도 있습니다. 이 밖에 몸 바깥에 새로운 골격을 입는다는 뜻에서 ‘엑소스켈레톤 로봇’이라고 부르기도 합니다. 한국말로는 ‘외골격 로봇’이지요. 웨어러블 로봇 중 가장 보편적인 것이 아마도 ‘외골격 로봇’ 종류일 것입니다. 사람의 육체를 대신해 힘을 써야 할 때, 굳이 갑옷처럼 만들 필요는 없지요. 무거워지고, 모터 등을 붙이기도 불편해니까요. 따라서 몸 바깥쪽에 모터나 유압식 구동장치를 붙인 뼈대를 만들어 주는 것이 가장 유리하겠지요. 지금까지 개발된 대부분의 웨어러블 로봇이 이런 형태랍니다. <엣지 오브 투모로우>에 나온 군사용 로봇은 ‘외골격 형태’ 웨어러블 로봇을 아주 잘 보여 줍니다.

영화에서 묘사된 성능은 꽤 대단합니다. 달리는 자동차를 정면에서 두 팔의 완력만으로 부숴버릴 수 있으며, 양팔과 어깨에 기관총과 미사일을 달고 있습니다. ‘클레이모어’라는 폭파장치를 사용하기도 하지요. 모두 현대에 이미 개발된 무기라는 점에서 설득력이 있어 보입니다. 이런 장치를 주렁주렁 매달고 다니기에 아이언맨 같은 매끈한 디자인으로는 사실 어려운 점이 많습니다. 영화 제작진은 웨어러블 로봇의 구조와 성능의 한계를 잘 알고, 가장 현실적인 디자인을 선택한 것 같습니다.

웨어러블 로봇이 실용화되기 위한 두 가지 숙제: 웨어러블 로봇을 개발할 때 가장 중요한 것은 바로 사람이 몸을 움직이려고 할 때, 로봇이 그 몸동작을 정확하게 따라 할 수 있게 만드는 ‘동조’ 기술입니다. 과학자들은 이를 위해 금속 로봇을 입고 있는 사람의 팔이나 다리를 움직일 때 로봇의 내벽 피부가 눌리면서 생기는 압력을 이용하는 ‘감압 센서’ 방식, 인간의 근육에서 발생하는 미세한 전기인 ‘근전도’나 힘을 줄 때 근육이 딱딱해지는 ‘근육 경도’를 감지시키는 방식을 사용하고 있습니다. 무릎 등을 구부릴 때 생기는 힘을 측정하고, 여기에 맞춰 발목이나 고관절을 움직여 착용자의 다리 힘을 보조하는 ‘토크 측정’ 방식도 최근 많이 쓰입니다. 아직은 실용화하기에 무리가 있지만 뇌파를 측정하는 연구도 일부 성과를 거두고 있지요.

이 기술을 바탕으로 이미 어느 정도 실용화된 기술이 개발돼 있습니다. 미국 록히드마틴이 개발한 군사용 웨어러블 로봇 ‘헐크’도 유명합니다. 최근에는 산업 현장에서 쓸 수 있는 ‘포티스’라는 모델도 새롭게 개발했습니다. 유럽이나 일본 등에서는 웨어러블 로봇을 의료용으로 활용하려는 시도가 많습니다. 일본 기업 ‘사이버다인’은 하체 근육이 약한 노인들을 대상으로 하체 보조용 로봇 ‘HAL’을 공급합니다. 우리나라의 한국생산기술연구원도 대형 웨어러블 로봇 ‘하이퍼’를 2010년 개발한 데 이어 2011년 이를 한층 간소하게 만든 하이퍼2를 개발했습니다. 최근에는 이 로봇을 기본으로 소방대원들이 화재 현장에서 사용하는 웨어러블 로봇도 개발했습니다. 이 밖에도 현대자동차, 국방과학연구소, LIG넥스원 등도 산업용 군사용 웨어러블 로봇 개발을 추진하고 있습니다.

또한 웨어러블 로봇을 실용화하는 데 큰 숙제 중 하나가 바로 배터리 문제입니다. 미국 레이시온사가 개발한 웨어러블 로봇 ‘엑소스(XOS)’는 대단히 강한 힘을 낼 수 있고, 복싱이나 축구 동작을 흉내 낼 정도로 날렵하게 움직입니다. 하지만 너무 무겁고 커서, 소모 전력도 굉장히 많은 것이 단점입니다. 매번 전선을 통해 계속 에너지를 공급해야 합니다. 이런 로봇을 실제 전쟁 상황에 쓰기는 어렵기 때문에 연구진은 배터리를 장착한 후속 버전을 개발하고 있다고 하는군요.

만약 충전식 배터리의 성능이 지금보다 수십 배 이상 높아진다면, 이 같은 형식의 웨어러블 로봇은 실제로 쓰일 가능성이 높아집니다. 지금 전 세계 수많은 연구 기관에서 배터리의 효율을 높이는 연구를 하고 있습니다. 그래핀이나 탄소나노튜브 등 미래에 쓰일 것으로 주목받는 첨단 신소재를 배터리에 적용하려는 연구도 많습니다. 이런 기술을 이용하면 배터리 용량이나 전압을 지금의 몇 배로 늘릴 수도 있을 것 같습니다. 최근 한국 연구진도 배터리 용량을 5배로 늘리는 전극 개발에 성공했습니다.

더 뛰어난 동조 기술, 더 성능이 뛰어난 배터리 시스템만 개발된다면, 영화 <엣지 오브 투모로우>에서 본 웨어러블 로봇은 적어도 수십 년 이내에 따라잡을 수 있을 것 같습니다. 여기에 더 가벼워진 소재, 더 튼튼한 모터 등이 개발된다면 로봇의 성능은 더 높아지겠지요. 영화 속 로봇은 허구의 것들이 많지만 이 영화에서 본 로봇만큼은 가까운 미래에 충분히 실용될 것으로 보입니다.

영화, 과학과 허구 사이에서 상상의 나래를 펼치다



하늘을 나는 궁극의 웨어러블 로봇이 존재할 수 있을까? 〈아이언맨〉

영화 <아이언맨>의 주인공은 육체적으로는 그저 평범한 인간입니다. 그런데 그는 천재적인 공학지식을 이용해 로봇을 만드는 데 성공합니다. 의복처럼 몸에 착용하는 ‘입는(웨어러블) 로봇’이지요. 이 로봇만 입으면 하늘을 자유자재로 날 수 있고, 보통 사람보다 더 민첩해지고, 힘도 훨씬 강해집니다.

영화 <아이언맨>의 원작은 미국 만화책으로, 만화 잡지 출판사인 ‘마블 코믹스’에서 1963년 3월 처음으로 나왔고, 이후 큰 인기를 끌며 만화영화 등으로 여러 차례 만들어졌습니다. 영화 <아이언맨>은 2008년 1편을 시작으로 2013년 3편까지 개봉됐습니다. <아이언맨>을 제작한 영화사 ‘마블 스튜디오’은 캡틴아메리카, 헐크, 토르, 앤트맨 등 여러 슈퍼히어로 영화를 만들고 또 이런 슈퍼히어로들이 하나의 팀으로 뭉쳐 싸우는 <어벤저스> 시리즈도 개봉했지요. 이 시리즈의 인기는 아주 대단해서 국내에서도 1,000만 명의 관객들이 몰려들었습니다. <어벤저스> 시리즈는 여러 슈퍼 영웅들이 함께 등장하는데 이들 중 중심이 되는 인물은 웨어러블 로봇을 입고 싸우는 ‘토니 스타크’입니다. 로봇의 힘으로 초능력자와 슈퍼영웅들 틈에서 중심적인 역할을 훌륭히 해 내는 독특한 캐릭터인 셈입니다.

얼핏 보면 과학적인 설정인데…: 마블 영화에 등장하는 히어로들은 대부분 현실에 존재할 수 없는 이들입니다. 헐크는 갑자기 사람의 체구가 몇 배나 커지고, 온몸이 초록색으로 변하는 데다, 한번 변신하면 자아를 잃고 마치 짐승처럼 싸우지요. 방사선의 일종인 감마선에 노출돼서 그렇게 됐다는데, 아무리 강력한 방사선에 노출돼도 사람이 그렇게 되지는 않습니다. 또 다른 슈퍼히어로인 캡틴아메리카는 ‘슈퍼세럼’이라는 혈청을 맞고 신진대사가 높아지고 힘도 강해진 인물인데, 현실적으로 이런 약은 개발된 적이 없습니다. 스칼렛 위치는 염력으로 물체를 움직이는 초능력을 가지고 있으며, 스파이더맨은 거미의 능력과 괴력을 가졌습니다. 이런 등장인물들은 모두 과학적인 검증을 거치지 않은 공상의 산물로, 실현 가능성이 거의 없는 설정입니다.

어벤져스의 멤버 중 그나마 가장 현실성이 있어 보이는 인물은 아이언맨인 것 같습니다. 앞으로 기술만 점점 좋아진다면 언젠가는 가능할지도 모릅니다. 물론 영화만큼 높은 성능은 아니지만 이미 다양한 연구 기관에서 군사용 혹은 소방대원용으로 실용화할 로봇들을 연구를 하고 있습니다.

아이언맨은 날개도 없이 어떻게 하늘을 날까?: 아이언맨에서 과학적으로 가장 불가능한 것 중 하나가 빠른 속도로 날아다니는 놀라운 비행 능력이었습니다. 하지만 영화처럼 사람이 종횡무진 하늘을 날며 활약하는 모습에는 과장된 설정이 꽤 있습니다. 헬리콥터는 날개가 빙빙 돌면서 공기를 아래쪽으로 밀어 보내 하늘로 솟아오릅니다. 또 여객기나 전투기처럼 양옆에 날개가 붙어 있는 비행기는 빠른 속도로 나아가면서 날개로 바람을 받기 때문에 떠오를 수 있습니다. 결국 하늘을 장시간 날아다니기 위해서는 반드시 날개가 있어야 합니다. 하지만 아이언맨은 무슨 원리로 하늘을 날아다니는 걸까요?

아이언맨은 손과 발에서 붉거나 푸른 불꽃을 내뿜습니다. 우주발사체나 미사일 등에 사용하는 ‘로켓’ 방식이지요. 하지만 이런 로켓 방식은 연료와 산화제(산소)를 몸체에 싣고 일순간에 점화시켜 큰 출력을 내는 것입니다. 따라서 사용 시간이 매우 짧습니다. 우주발사체의 경우 몸체보다 훨씬 큰 연료탱크를 붙여도 겨우 수십~수백 초 동안만 불길을 내뿜으며 간신히 지구를 벗어납니다. 하늘을 날아 적을 공격하는 미사일도 뒷부분은 대부분 연료탱크로 돼 있습니다. 만약 현실 속 아이언맨이 이 방식의 비행장치를 사용한다면, 자기 몸체보다 더 큰 추진장치를 등에 짊어져야 하고, 한 번 비행하고 나면 다시 연료를 보충하고 수리나 점검을 받아야 합니다.

영화 속 아이언맨은 손바닥과 발바닥에 ‘리펄서’라는 압력 발생장치를 달고 있습니다. 이것을 무협지에 나오는 장풍처럼 적에게 내뿜으면 꽤 쓸 만한 무기가 됩니다. 또 이것을 땅을 향해 계속 내뿜으면서 하늘을 날아다닐 수 있습니다. 즉, 리펄서는 비행장치로도 무기로도 쓸 수 있는 만능 장치입니다. 아이언맨을 만들 때 필요한 핵심 기술인 셈입니다.

그렇다면 리펄서는 어떤 원리로 움직이까요. 리펄서는 연료 등을 일체 사용하지 않고, 아이언맨의 몸속에 있는 막대한 전기에너지를 그대로 압력으로 바꿔 쏘아내는 장치입니다. 사실 이런 장치는 아직 지구상에서 개발된 적이 없습니다. 현실에서 가장 비슷한 것을 꼽으라면 몇몇 과학자들이 연구한 적이 있는 ‘EM드라이브’라는 것이 그나마 가장 가까울 것 같습니다. 이 장비는 전기를 이용해 추진력을 만들 수 있을까 생각해서 개발 중인 장치이지요. 이런 종류를 흔히 ‘전자기 추진 엔진’이라고 부르는데, 아주 먼 미래에 우주여행 등을 할 때 쓸모가 있을 것 같아서 연구하는 것입니다. 하지만 과학계에서는 아직 실증되지 않은 기술로 보고 있습니다. 만약 실용화된다고 해도 아주 크기가 커서, 손바닥이나 발바닥에 넣고 사용하긴 불가능할 것 같습니다.

가장 큰 문제는 에너지 확보!: 아이언맨 같은 고성능을 기대하지만 않는다면 기존의 항공기 기술을 이용해 짧은 시간 떠서 하늘을 나는 것은 가능하겠지요. 첫 번째 방법은 ‘작은 비행기’처럼 만드는 것입니다. 이미 이 방법을 시도한 사람들이 있습니다. 얼핏 보기에 성능이 꽤 뛰어나 시속 수백 킬로미터 속도로 날 수도 있습니다. 그런데 이렇게 일반 비행기와 같은 방식으로 만든 소형 비행장치를 입은 사람은 자기 혼자서 하늘로 떠오를 방법이 없습니다. 비행기가 하늘로 떠오르려면, 그 전에 충분한 속력으로 활주로를 달려야 합니다. 이건 사람의 다리로 낼 수 있는 속도가 아닙니다. 그러니 다른 비행기를 타고 하늘에 올라가서(혹은 높은 절벽으로 올라가서) 아래로 뛰어내려야만 하늘을 날아다닐 수 있습니다. 그리고 착륙할 때는 낙하산을 써야 합니다.

두 번째 방법은 소형 프로펠러나 제트엔진을 원통형 케이스에 넣은 다음, 이것을 팔이나 다리에 붙여서 추진력을 얻는 방법입니다. 그렇게 하면 사람을 짧은 시간 동안 띄울 힘은 얻을 수 있습니다. 그러나 에너지 효율이 문제입니다. 많은 양의 연료를 사용하니 비행시간이 몇십 분을 넘기기 어렵고, 빠른 속도로 날지도 못하지요, 이런 비행장치를 아이언맨과 비교하긴 어려울 것 같습니다. 결국 하늘을 나는 기계장치를 개발하고 실용화하려면 가정 먼저 고려해야 할 것이 ‘동력’입니다. 아이언맨과 같은 로봇을 입고 자유자재로 장시간 하늘을 날 수 있으려면 엄청나게 많은 에너지가 필요할 것입니다.

그렇다면 아이언맨은 어떤 방법을 써서 에너지를 얻었을까요? 영화 속 아이언맨은 ‘아크 리액터’라는 초소형 발전장치로 이 문제를 해결했습니다. 아크(Are)는 기체 속에서 전기가 방전되며 생기는 밝은 전기 불꽃의 일종을 말합니다. 벼락도 이것과 비슷한 현상이지요. 리액터는 일종의 ‘반응장치’로 번역할 수 있습니다. 따라서 아크 리액터는 ‘특수번개 반응 장치’라고 할 수 있는데, 특수한 물질을 반응시켜 대량의 전기를 만드는 장치입니다. 영화 속 자막에서는 ‘아크 원자로’라고 부르더군요. 이 아크 리액터는 크기가 손바닥보다 작은데, 영화 속에서 아이언맨 초기형에 사용한 모델은 초당 3기가 W(와트) 상당의 에너지를 생산합니다. 아크 리액터는 나중에는 출력이 더 좋아져 12기가 와트 이상을 낸다는 설정도 있습니다. 물론 이것은 현실적으로는 불가능한 수치입습니다.

현실에서 영화 속 아크 원자로와 가장 비슷한 것은 아마 ‘핵융합장치’ 정도인 것 같습니다. 몇십 년 후에는 핵융합장치도 실용화될 것 같습니다. 그리고 크기도 점점 소형으로 변하겠지요. 하지만 핵융합장치를 아무리 작게 만든다 해도 손바닥만 한 크기로 만드는 건 현실적으로 어려울 것 같습니다. 대형 선박이나 잠수함, 혹은 아주 먼 미래에 정말로 기술이 좋아진다면 빌딩용 에너지 공급장치 등으로 사용이 가능하겠지요. 하지만 그보다도 몇 배 이상 성능이 뛰어나며, 크기도 훨씬 작은 아크 리액터 같은 에너지 발생장치는 물리적으로 개발이 불가능해 보입니다.

‘생각하는 로봇’은 사람의 적일까, 친구일까?



인간의 기억을 가진 전자두뇌를 갖고 기계 몸을 입는다 〈공각기동대〉

영화 속에선 로봇으로 보기도, 그렇다고 사람으로 보기도 모호한 존재들이 가끔 나옵니다. 대표적인 사례로 로보캅이 있지요. 인간의 뇌를 지녔지만, 육체의 대부분은 기계장치로 만들어진 이가 주인공이지요. ‘사람으로 태어났지만 로봇의 육신을 갖고 살아가는’ 인물입니다. 이들은 자신이 인간인지, 혹은 로봇인지를 명확히 알지 못해 혼란을 겪고, 또 괴로워하지요. 로봇 기술이 극단적으로 발전한 미래엔 사람과 로봇의 ‘혼종’이 태어날지 모른다는 예상에서 나온 다소 암울한 미래의 모습입니다.

로보캅은 뇌와 신경계, 호흡계 등 신체 일부는 사람이었습니다. 인간의 몸에 기계장치를 이식해 만든 ‘사이보그’의 범주에 들어가지요. 그런데 온몸이 기계이며 두뇌마저도 사실상 기계인 존재가 있다면 어떨까요? 다만 그 존재가 인간의 기억을 갖고 스스로 생각하면서 살아간다면 이 로봇의 존재는 인간일까요, 아니면 로봇일까요? 이 로봇이 가진 지능은 인공지능일까요, 아니면 사람의 지능일까요? 바로 이러한 고민을 그려 낸 영화가 2017년 개봉한 <공각기동대: 고스트 인 더 쉘>입니다.