[논문 리뷰] Internet of Robotic Things: Current Technologies, Applications, Challenges and Future Directions

Davide Villa, Xinchao Song외 2명|arXiv (Cornell University)|2021. 01. 15.

Robotics and Automated Systems참고 문헌 29인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 IoT와 로봇공학의 융합으로서 인터넷 오브 로봇 테이츠(Internet of Robotic Things, IoRT)를 제안하며, 분산 컴퓨팅을 통해 성능이 향상된 저비용의 클라우드 기반 로봇 시스템을 가능하게 한다. 세 층으로 구성된 아키텍처를 제시하고, 실제 응용 사례를 분석하며, 핵심 기술적 및 윤리적 과제를 규명하고, 스마트 시티와 인더스트리 4.0에서 확장 가능하고 안전하며 상호운용 가능한 IoRT 도입을 가능하게 하기 위한 표준화된 규제를 주장한다.

ABSTRACT

Nowadays, the Internet of Things (IoT) concept is gaining more and more notoriety bringing the number of connected devices to reach the order of billion units. Its smart technology is influencing the research and developments of advanced solutions in many areas. This paper focuses on the merger between the IoT and robotics named the Internet of Robotic Things (IoRT). Allowing robotic systems to communicate over the internet at a minimal cost is an important technological opportunity. Robots can use the cloud to improve the overall performance and for offloading demanding tasks. Since communicating to the cloud results in latency, data loss, and energy loss, finding efficient techniques is a concern that can be addressed with current machine learning methodologies. Moreover, the use of robotic generates ethical and regulation questions that should be answered for a proper coexistence between humans and robots. This paper aims at providing a better understanding of the new concept of IoRT with its benefits and limitations, as well as guidelines and directions for future research and studies.

연구 동기 및 목표

• IoRT를 IoT와 로봇공학의 융합으로서 이해하고, 그 개념을 종합적으로 파악하는 것.
• 물리적, 네트워크, 제어, 서비스/응용 구성 요소를 포함한 IoRT의 아키텍처 레이어를 분석하는 것.
• IoRT 시스템 개발 과정에서 발생하는 주요 기술적, 윤리적, 규제 과제를 규명하고 논의하는 것.
• 스마트 제조, 헬스케어, 도시 환경에서 IoRT의 능력을 입증하는 실제 응용 사례를 제시하는 것.
• 안전하고 상호운용적이며 지속 가능한 사회 통합을 보장하기 위해 표준화된 규제 및 윤리적 프레임워크를 도입할 것을 주장하는 것.

제안 방법

• 세 층으로 구성된 IoRT 아키텍처를 제안함: 물리 계층(센서 및 액추에이터), 네트워크 계층(IP 기반 통신, IPv6 사용), 제어/서비스 계층(작업 오프로딩 및 의사결정을 위한 클라우드 및 엣지 컴퓨팅).
• 클라우드 로봇공학을 IoT 원칙과 융합하여, 컴퓨팅 자원, 데이터 스토리지, 머신러닝 능력에 대한 on-demand 액세스를 가능하게 한다.
• 스마트 제조, 원격 헬스케어, 재난 대응, 스마트 시티 인프라 등 실제 응용 사례를 활용하여 IoRT의 실용적 도입을 설명한다.
• 네트워크 지연, 데이터 손실, 에너지 소비, 보안 취약성, 이질적인 로봇 및 IoT 기기 간의 상호운용성 문제 등 기술적 과제를 분석한다.
• 사이버-물리적 시스템에서의 로봇 자율성, 인간-로봇 상호작용, 책임 소재와 관련된 윤리적 우려 사항을 검토한다.
• 특히 사이버-물리적 IoRT 시스템을 대상으로 제품 및 서비스 규제를 통합하는 새로운 규제 프레임워크의 필요성을 제안하며, 책임 소재 및 표준화 격차를 해소한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 IoRT를 통해 IoT와 로봇공학을 융합함으로써 로봇 시스템의 성능 향상과 확장성은 어떻게 향상될 수 있는가?
• RQ2 효율적이고 저지연의 IoRT 시스템을 가능하게 하는 핵심 아키텍처 구성 요소와 통신 프로토콜은 무엇인가?
• RQ3 IoRT 도입을 저해하는 주요 기술적 과제들—지연, 보안, 상호운용성 등—은 무엇인가?
• RQ4 자율성, 개인정보 보호, 인간-로봇 상호작용과 같은 윤리적 우려 사항은 일상 환경에서 인간과 로봇의 공존에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 스마트 시티와 인더스트리 4.0에서 IoRT의 안전하고 확장 가능한 도입을 지원하기 위해 필요한 규제 및 표준화 프레임워크는 무엇인가?

주요 결과

• IoRT 아키텍처는 로봇 시스템이 계산 자원이 집약적인 작업을 클라우드 및 엣지 네트워크로 오프로딩함으로써 성능을 향상시키고, 현지 하드웨어 제약을 줄일 수 있도록 한다.
• IPv6 기반 IP 통신을 통해 실시간 데이터 처리 및 의사결정이 가능해져 이질적인 로봇 및 IoT 기기 간의 원활한 통합이 가능하다.
• 스마트 제조 및 스마트 시티 분야에서의 현재 IoRT 구현 사례들은 자동화, 효율성 향상, 서비스 접근성 향상 측면에서 뚜렷한 개선 효과를 보이고 있다.
• 기술적 잠재력에도 불구하고, 표준화된 인터페이스의 부재로 인해 보안, 데이터 프라이버시, 네트워크 지연, 상호운용성 문제로 인해 IoRT 시스템은 심각한 과제에 직면해 있다.
• GDPR 및 기계 지침 등 기존 규제(예: 기계 지침)는 IoRT의 고유한 사이버-물리적 및 복합적 특성으로 인해 충분하지 않다.
• IoRT에 대한 통합된 규제 프레임워크의 부재로 책임 소재에 대한 모호성이 발생하고 대규모 도입이 저해되며, 이에 따라 새로운 전용 표준 및 정책이 필요로 한다.