[기고]피지컬 AI 시대, 초정밀 광학센서가 로봇 액추에이터 미래를 바꾼다

피지컬 인공지능(AI)과 휴머노이드 로봇 시대가 본격화되면서 로봇 산업의 경쟁력은 더 이상 AI 소프트웨어(SW)만으로 결정되지 않는다. AI의 판단을 실제 움직임으로 구현하는 하드웨어(HW) 기술이 뒷받침돼야 완성도 높은 로봇이 가능하다. 그 중심에는 로봇의 '근육'으로 불리는 액추에이터(Actuator)가 있다. 업계는 액추에이터가 전체 로봇 원가의 약 70%를 차지하는 핵심 부품으로 보고 있다.

최근 글로벌 휴머노이드 로봇 기업들은 전동 준직접구동(QDD·Quasi Direct Drive) 방식의 액추에이터를 빠르게 채택하고 있다. QDD 액추에이터는 높은 토크밀도와 우수한 역구동성, 낮은 백래시를 구현할 수 있어 사람과 유사한 자연스러운 동작과 정밀 제어에 적합하다. 특히 차세대 피지컬 AI 플랫폼에서는 초정밀 제어 성능이 더욱 중요해지고 있다.

이러한 액추에이터의 성능을 결정하는 핵심 부품이 엔코더(Encoder)다. 엔코더는 모터의 위치와 회전량을 실시간으로 검출하는 센서 시스템으로, 로봇의 동작 정확도와 안정성을 좌우한다. 현재는 높은 해상도와 우수한 노이즈 내성을 갖춘 광학식 엔코더가 산업용 로봇과 휴머노이드, 의료기기 등 고정밀 분야에서 빠르게 확산되고 있다.

광학식 엔코더는 적외선 발광다이오드(LED·IRED), 포토다이오드(PD), 포토트랜지스터 등 광반도체 소자로 구성되며, 발광 효율과 수광 감도, 신호 증폭 성능이 시스템 전체의 정밀도를 결정한다. 글로벌 시장에서는 로옴, 브로드컴, 하마마쓰 등이 핵심 광센서 부품을 공급하고 있으며 완성형 엔코더 시장은 일본의 오므론·니덱과 유럽의 하이덴하인·레니쇼 등이 주도하고 있다.

시장 성장성도 높다. 글로벌 휴머노이드 로봇용 액추에이터 시장은 2024년 약 1억5000만달러에서 2031년 98억달러 이상으로 성장할 것으로 전망된다. 로봇용 엔코더 시장 역시 꾸준한 성장이 예상되며, 피지컬 AI와 서비스 로봇의 확대는 엔코더와 광센서 반도체 시장까지 동반 성장시키는 구조를 만들고 있다.

국내에서도 핵심 부품 국산화가 활발하다. 특히 시지트로닉스는 엔코더용 IRED, 포토다이오드, 포토트랜지스터, 필터 일체형 포토다이오드, 플립칩 구조 센서 등 초정밀 광센서 제품군을 구축하고 양산 단계에 진입했다. 기존 제품 대비 발광 효율과 신호 증폭 성능을 높여 로봇 액추에이터의 소형화와 정밀 제어 성능 향상에 기여할 것으로 기대한다.

업계는 앞으로 휴머노이드 시장의 경쟁력이 완성형 로봇뿐 아니라 핵심 부품 공급망 확보 여부에 달려 있다고 보고 있다. 결국 AI 시대 로봇 산업의 승부는 액추에이터와 초정밀 센서 기술이 좌우할 것이다. 엔코더용 광센서 반도체는 피지컬 AI 시대를 이끌 새로운 핵심 전략 부품으로 자리매김하고 있다.

조덕호 시지트로닉스 연구소장 dhcho@sigetronics.com