본 교재의 내용을 사용하고자 할 때는
반드시 출처를 밝히고 사용해주십시오.
교재 기획 및 개발팀
백윤수 연세대학교
박현주 조선대학교
한혜숙 단국대학교
민병욱 천안오성고등학교
김어진 경기오산중학교
적용 및 자문 협력진
주홍연 용동중학교
김영수 경기오산중학교
김태석 경기오산중학교
손상돈 경기오산중학교
김연귀 서울혜원여자고등학교
박정훈 서울혜원여자고등학교
이언범 서울혜원여자고등학교
전병구 서울혜원여자고등학교
거꾸로 학습 및 삽화 개발팀
김건희 조선대학교
이은지 조선대학교
남연지 조선대학교
신선희 조선대학교
곽진원 Univ. of Illinois-Urbana Champaign
김나형 조선대학교
백옥주 조선대학교
시뮬레이션 개발
심명훈 연세대학교
장시영 연세대학교
▮ 목차 ▮
1. 인간과 로봇은 친구가 될 수 있을까? (로봇 제작 및 사용에 관한 법률안 만들기) ··· 1
2. 우리집은 내가 지킨다! (로봇의 작동원리 탐구 및 로봇 제작) ··· 23
3. 내 꿈의 도우미 로봇! (내 꿈 실현을 도와줄 로봇을 디자인으로 표
현하기) ··· 51
인간과 로봇은 친구가 될 수 있을까?
(로봇 제작 및 사용에 관한 법률안 만들기)
1~3 차시
중학교
[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]
[학생용]
학습목표
가. 다양한 로봇의 용도와 기능을 알고 로봇을 분류할 수 있 다.
나. 로봇을 생산하는 사람과 사용하는 사람이 가져야할 도 덕적, 법적의무를 근거를 들어 설명할 수 있다.
다. 로봇의 생산과 설계, 로봇과 인간의 관계에 따른 로봇의 지위 및 사용에 관한 법률을 작성할 수 있다.
■ 거꾸로 학습 [Flipped Learning]
거꾸로 학습은 이전의 교실에서 이루어졌던 수업 학습 활동을 수 업 전 학습 활동과 교실 수업으로 나누어, 교실 수업의 공간적, 시 간적 제한을 뛰어넘어 학습의 효과를 최대화하는 교수학습방법이 다. 거꾸로 학습은 기존 학습의 순서와 내용을 바꾸는 것이다. 교사 는 교실 수업 전 학습 활동을 인터넷, 스마트폰 등의 다양한 스마 트 매체를 통하여 제공한다. 그리고 학생들은 교사가 제공한 학습 내용을 수업 전에 미리 학습하고, 교실 수업 시간에서는 집에서 수 행하던 과제 활동을 진행하는 것이다. 거꾸로 학습은 교실 수업의 100% 시간을 온전히 학생들과의 상호작용에 사용하며 학습의 목적 을 수업에서 학생 중심의 자기 주도적 학습을 실현하는 것에 있다 고 할 수 있다.
학생 여러분은 교실 수업 전에 선생님께서 안내하신 방법에 따라
수업 내용이나 활동과 관련된 내용을 미리 학습하고 교실 수업에 참여합니다. 이때 수업 내용은 인터넷, 스마트폰, 파일 공유 등의 다양한 스마트 매체를 통하여 제공됩니다. 수업을 위한 자료를 보 면서, 친구들과 함께 공유하고 재미있는 점이나 의문점을 메모해 주세요.인간과 로봇은 친구가 될 수 있을까?
(로봇 제작 및 사용에 관한 법률안 만들기)
STEAM
학생용
<미래의 가사도우미 로봇>
Ⅰ. 상황제시
2051년 어느 비가 많 이 내리는 아침, 늦잠을 잔 세영이가 분주하게 움직입니다. 바쁘게 교 복을 챙겨 입고 나가는 세영이에게 어머니께서 는 아침을 먹고 가라고 말씀하십니다. 하지만 세영이는 아침을 먹을 수 없습니다. 왜냐하면 학교에 일찍 가기로 담 임선생님과 약속한 날 입니다.
세영이는 어머니께 인사를 하고 대문을 나왔습니다. 현관에는 가 사도우미 로봇이 세영이를 기다리고 있습니다. 가사도우미 로봇이 지만, 등굣길 안전 때문에 등하교를 같이 하며 세영이를 돌보는 역 할도 합니다. 더구나 오늘처럼 비가 많이 오는 날은 로봇에 자기장 을 이용한 첨단 우산이 내장되어 있어, 로봇의 도움이 더욱 필요합 니다. 세영이는 로봇과 함께 분주하게 학교로 갑니다.
갑자기 ‘번쩍’거리는 것과 동시에 귀가 찢어질 듯 천둥 번개가 내 리칩니다. 그리고 로봇이 이상해졌습니다. 로봇은 세영이를 보호하 는 임무를 잊어버린 채, 마구 이곳저곳 돌진하며 부딪히더니, 어느 자동차에 부딪친 후 멈추었습니다. 그리고는 로봇은 작동이 중지되 었습니다.
세영이 가족은 로봇 제작회사에게 로봇의 수리비와 로봇의 이상 작동으로 인한 자동차 파손에 대한 손해배상을 청구했습니다.
자동차 주인은 자동차 파손에 대하여 세영이 가족에게 손해배상 을 요구했습니다. 로봇의 소유자인 세영이 가족이 자동차의 수리비 를 변상해야한다는 주장입니다.
로봇 제작회사는 그 사고는 로봇의 결함 때문이 아니며, 로봇 인 공지능시스템의 업그레이드 도중 천둥번개에 의해 잠시 데이터 전 송이 끊겨 발생한 시스템 오류이며, 그것은 천재지변으로 발생한 사고이므로 책임이 없다고 주장합니다.
과연 이 사건은 누구의 책임일까요?
II. 활동과 내용
1. 상황분석
위 상황을 분석하여 다음 표를 완성해 봅시다.
로봇제작회사 세영이네 자동차주인
권 리
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의 무
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침해 당한 권 리
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의 무 위 반
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<다양한 형태의 드론>
■ 드론(Drone)의 두 얼굴(로 봇 사 용 에 대 한 가 치 판 단 )
드론(Drone)이라는 말을 들어본 적이 있나요? 드론은 미국이 개 발한 무인 정찰기입니다. 드론은 지속적인 개발과 업그레이드를 통 해 현재는 다양한 분야와 목적을 위해 사용되고 있습니다. 두 영상 을 시청한 후, 다음 주제에 대하여 조사하고 토론해 봅시다.
1. 드론이란 무엇일까요?(조사)
2. 드론은 어떤 기능이 있나요?(조사)
3. 사람들은 드론을 주로 어떻게 사용하고 있나요?(조사)
거꾸로 학습 (Flipped learning) 자료를 학습하고 오세요.
4. 드론 사용에 대한 장점과 단점을 분석하고, 드론 개발에 대한 자 신의 의견을 정리하여, 다른 친구들과 토론해 봅시다. (토론)
장점 단점
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<드론 개발에 대한 나의 의견>
■ 로봇의 개발․생산 및 사용에 관한 법률안 만들기
모든 도구가 그러하듯이, 도구를 올바로 사용하면 인간에게 매우 유용하지만, 인간을 해치는 용도로 쓰여 진다면 큰 재앙을 낳게 됩 니다. 예를 들면, 칼은 요리사에 손에 있으면 맛있는 음식을 만드는 데 사용되는 고마운 도구이지만, 범죄자의 손에 들어가면 사람을 위협하는 무기가 됩니다.
‘드론의 두 얼굴’ 활동을 통하여 로봇은 인간이 만든 도구 중 가 장 편리하고, 한편으로는 가장 위험한 도구가 될 수 있음을 알았습 니다. 로봇이라는 도구는 칼과 비교가 되지 않을 만큼 편리함을 가 지고 있습니다. 그러나 그와 동시에 인류에게 커다란 위협이 될 수 있습니다.
그렇다면 로봇을 잘 사용하기 위해서는 어떻게 해야 할까요? 로 봇을 생산하는 사람은 인간의 안전과 행복을 위한 로봇을 생산해야 할 것입니다. 로봇을 사용하는 사람은 다른 사람의 안전과 행복을 해치지 않는 범위 내에서 로봇을 사용해야 할 것입니다. 그렇지만 이러한 생각들을 인간의 양심과 도덕에만 맡길 수만은 없습니다.
법은 로봇을 개발․생산․사용하는 사람들이 지켜야할 최소한의 한 계를 결정하는 것입니다. 이번 활동에서는 우리가 직접 국회의원이 되어서 법을 만들고, 그 법에 의해서 상황을 분석·정리하여 재판을 해보도록 하겠습니다.
■ 법의 종류
1. 헌법
헌법은 한 나라에서 최상위의 법 규범으로, 국민의 권리ㆍ의무 등 기본권에 관한 내용과 국가기관 등의 통치기구 구성에 대한 내 용을 담고 있으며, 모든 법령의 기준과 근거가 됩니다. 따라서 법 률, 대통령령 등 법령은 헌법정신과 이념에 따라야 하고, 헌법이 보 장하고 있는 국민의 기본권을 침해하지 않아야 합니다.
법령이 헌법에 위배되면 헌법재판소에서 위헌 결정을 하여 그 효 력을 없애기도 합니다.
2. 법률
보통 우리가 말하는 법은 법률을 가리킵니다. 법률은 헌법에 비 해 보다 구체적으로 국민의 권리ㆍ의무에 관한 사항을 규율하며, 행정의 근거로 작용하고 있기 때문에 법체계상 가장 중요한 근간을 이루고 있다고 할 수 있습니다.
3. 조약
국제법 아래에서, 두 개 이상의 국가 사이에 맺어진 계약 또는 서면 약속을 조약이라고 합니다. 조약이 국민의 권리ㆍ의무에 관한 사항이나 국가 안보에 관한사항을 담고 있으면 법률과 동등한 효력 을 갖고 있다고 봅니다.
우리나라 헌법은 대통령이 다른 국가와 맺은 조약에 대하여 국제 법상 효력뿐만 아니라 국내법적 효력을 인정하고 있습니다.
4. 대통령령, 총리령, 부령
국민의 권리ㆍ의무에 관한 사항은 법률에 규정해야 합니다. 그러 나 법률에서 그에 관한 모든 사항을 정하는 것이 아닙니다. 법률에 서는 국민의 권리ㆍ의무에 관한 기본적인 사항만을 정하고, 그에 관한 구체적인 내용은 국가 정책을 집행하고 담당하는 중앙행정기 관에서 정할 수 있도록 위임해주는 경우가 많습니다. 이와 같이 법 률에서 위임한 사항을 결정하는 하위 규범이 대통령령, 총리령, 부 령입니다.
헌법도 법률에서 위임한 사항과 법률의 집행에 필요한 사항을 대 통령령 또는 총리령과 부령으로 정할 수 있도록 하고 있습니다.
5. 지방자치 단체의 조례와 규칙
조례는 지방자치단체가 법령의 범위 안에서 그 권한에 속하는 사 무에 관하여 지방의회가 정하는 규범이며, 규칙은 지방자치단체의 장이 정하는 규범입니다.
조례와 규칙은 자치법규라고 하며, 자치법규의 효력은 관할 지역 에 한정된다는 점이 다른 법령과 다른 점입니다.
■ 법안의 체계(출처: 법제처 홈페이지 자료)
1. 조·항·호
-법안은 여러 개의 “조(條)”로 이루어진다.
-각 “조” 뒤에는 조의 내용을 나타내는 소제목을 붙여 쓴다.
<예시> 제1조, 제2조, 제3조 ...
-각 “조”는 여러 개의 “항”(숫자 동그라미)으로 이루어진다.
<예시> ①, ②, ③ ...
- 각 “항” 아래에는 “호”(숫자)를 쓴다.
<예시> 1, 2, 3 ...
■ 법제정의 실제 (출처: 법제처 홈페이지 자료)
지 능 형 로 봇 개 발 및 보 급 촉 진 법 (일 부 발 췌 )
[시 행 2 01 4 .7 .1 5.] [법 률 제 1 2 24 8 호 , 2 01 4 .1 .1 4., 타 법 개 정 ]
산 업 통 상 자 원 부 (기 계 로 봇 과 ) 04 4 -20 3 -43 1 4제 1 장 총 칙
제 1조 (목 적 ) 이 법 은 지 능 형 로 봇 의 개 발 과 보 급 을 촉 진 하 고 그 기 반 을 조 성 하 여 지 능 형 로 봇 산 업 의 지 속 적 발 전 을 위 한 시 책 을 수 립 ㆍ 추 진 함 으 로 써 국 민 의 삶 의 질 향 상 과 국 가 경 제 에 이 바 지 함 을 목 적 으 로 한 다 .
제 2조 (정 의 ) 이 법 에 서 사 용 하 는 용 어 의 정 의 는 다 음 과 같 다 .
1. "지 능 형 로 봇 "이 란 외 부 환 경 을 스 스 로 인 식 하 고 상 황 을 판 단 하 여 자 율 적 으 로 동 작 하 는 기 계 장 치 를 말 한 다 .
2. "지 능 형 로 봇 윤 리 헌 장 "이 란 지 능 형 로 봇 의 기 능 과 지 능 이 발 전 함 에 따 라 발 생 할 수 있 는 사 회 질 서 의 파 괴 등 각 종 폐 해 를 방 지 하 여 지 능 형 로 봇 이 인 간 의 삶 의 질 향 상 에 이 바 지 할 수 있 도 록 지 능 형 로 봇 의 개 발 ㆍ 제 조 및 사 용 에 관 계 하 는 자 에 대 한 행 동 지 침 을 정 한 것 을 말 한 다 .
3. "지 능 형 로 봇 투 자 회 사 "란 제 28조 에 따 라 자 산 을 운 용 하 여 그 수 익 을 주 주 에 게 배 분 하 는 것 을 목 적 으 로 설 립 된 회 사 를 말 한 다 . 4. "로 봇 랜 드 "란 제 30 조 에 따 라 지 정 된 조 성 지 역 으 로 서 지 능 형 로
봇 의 개 발 및 보 급 을 위 하 여 각 종 지 능 형 로 봇 이 활 용 되 는 시 설 과 그 밖 의 부 대 시 설 이 설 치 된 지 역 을 말 한 다 .
제 3조 (국 가 및 지 방 자 치 단 체 의 책 무 ) 국 가 및 지 방 자 치 단 체 는 지 능 형 로 봇 의 개 발 및 보 급 을 촉 진 하 기 위 하 여 필 요 한 예 산 을 확 보 하 고 관 련 시 책 을 종 합 적 이 고 효 과 적 으 로 수 립 ㆍ 추 진 하 여 야 한 다 .
제 4조 (다 른 법 률 과 의 관 계 ) 지 능 형 로 봇 의 개 발 ㆍ 보 급 에 대 하 여 는 다 른 법 률 에 특 별 한 규 정 이 있 는 경 우 를 제 외 하 고 는 이 법 으 로 정 하 는 바 에 따 른 다 .
제 3 장 지 능 형 로 봇 의 보 급 촉 진
제 9조 (지 능 형 로 봇 제 품 의 품 질 인 증 등 ) ① 산 업 통 상 자 원 부 장 관 은 지 능 형 로 봇 제 품 의 품 질 확 보 및 보 급 ㆍ 확 산 을 촉 진 하 기 위 하 여 지 정 한 인 증 기 관 (이 하 "인 증 기 관 "이 라 한 다 )으 로 하 여 금 지 능 형 로 봇 제 품 에 관 한 품 질 인 증 (이 하 "인 증 "이 라 한 다 )을 실 시 하 게 할 수 있 다 .
< 개
정 2 0 13 .3 .2 3 .>
② 산 업 통 상 자 원 부 장 관 은 인 증 제 품 의 보 급 ㆍ 확 산 을 위 하 여 필 요 한 지 원 시 책 을 마 련 할 수 있 으 며 , 대 통 령 령 으 로 정 하 는 공 공 기 관 에 대 하 여 인 증 제 품 구 매 를 요 청 할 수 있 다 .
< 개 정 20 1 3.3.23 .>
③ 산 업 통 상 자 원 부 장 관 은 인 증 기 관 으 로 지 정 받 은 자 가 다 음 각 호 의 어 느 하 나 에 해 당 하 는 경 우 에 는 그 지 정 을 취 소 하 거 나 6 개 월 의 범 위 에 서 기 간 을 정 하 여 업 무 의 정 지 를 명 할 수 있 다 . 다 만 , 제 1호 에 해 당 하 는 경 우 에 는 그 지 정 을 취 소 하 여 야 한 다 .
< 신 설 20 1 4.5.20 .>
1. 거 짓 이 나 그 밖 의 부 정 한 방 법 으 로 지 정 을 받 은 경 우
2. 정 당 한 이 유 없 이 1년 이 상 계 속 하 여 인 증 업 무 를 하 지 아 니 한 경 우 3. 제 4항 에 따 른 지 정 기 준 에 적 합 하 지 아 니 하 게 된 경 우
4. 인 증 을 한 제 품 에 하 자 가 있 는 경 우 로 서 그 원 인 이 해 당 인 증 기 관 의 고 의 또 는 중 대 한 과 실 로 인 하 여 발 생 하 였 다 고 인 정 된 경 우
④ 인 증 기 관 의 지 정 기 준 ㆍ 지 정 절 차 ㆍ 운 영 , 인 증 의 절 차 및 인 증 대 상 품 목 , 인 증 기 준 , 인 증 신 청 의 절 차 등 에 관 하 여 필 요 한 사 항 은 대 통 령 령 으 로 정 한 다 .
< 개 정 2 0 14 .5 .2 0 .>
제 17 조 (사 회 적 약 자 에 대 한 지 능 형 로 봇 보 급 촉 진 ) 정 부 는 장 애 인 ㆍ 노 령 자 ㆍ 저 소 득 자 등 사 회 적 약 자 들 이 지 능 형 로 봇 을 자 유 롭 게 이 용 할 수 있 는 기 회 를 누 리 고 혜 택 을 향 유 할 수 있 도 록 하 기 위 하 여 지 능 형 로 봇 의 사 용 편 의 성 향 상 등 을 위 한 개 발 및 보 급 촉 진 에 필 요 한 대 책 을 마 련 하 여 야 한 다 .
제 18 조 (지 능 형 로 봇 윤 리 헌 장 의 제 정 등 ) ① 정 부 는 지 능 형 로 봇 개 발 자 ㆍ 제 조 자 및 사 용 자 가 지 켜 야 할 윤 리 등 대 통 령 령 으 로 정 하 는 사 항 을 포 함 하 는 지 능 형 로 봇 윤 리 헌 장 (이 하 "헌 장 "이 라 한 다 )을 제 정 하 여 공 표 할 수 있 다 .
② 정 부 는 대 통 령 령 으 로 정 하 는 바 에 따 라 헌 장 의 보 급 및 확 산 을 위 한 필 요 한 조 치 를 마 련 하 여 야 한 다 .
③ 관 계 중 앙 행 정 기 관 의 장 은 헌 장 의 효 율 적 인 운 영 을 위 하 여 필 요 한 경 우 에 는 다 른 중 앙 행 정 기 관 의 장 에 게 관 련 자 료 의 제 출 이 나 그 밖 에 필 요 한 협 조 를 요 청 할 수 있 다 .
④ 헌 장 의 제 정 ㆍ 개 정 에 관 한 절 차 , 홍 보 , 그 밖 에 필 요 한 사 항 은 대 통 령 령 으 로 정 한 다 .
제 19 조 (지 능 형 로 봇 에 대 한 홍 보 ) 국 가 또 는 지 방 자 치 단 체 는 지 능 형 로 봇 관 련 단 체 등 에 대 하 여 지 능 형 로 봇 의 보 급 을 확 대 하 기 위 하 여 필 요 한 홍 보 활 동 의 시 행 을 요 청 할 수 있 다 .
제 4 장 지 능 형 로 봇 투 자 회 사
제 20 조 (지 능 형 로 봇 투 자 회 사 의 설 립 등 ) ① 지 능 형 로 봇 투 자 회 사 는
「 자 본 시 장 과 금 융 투 자 업 에 관 한 법 률 」 에 따 른 투 자 회 사 로 본 다 .
< 개 정 2 0 12 .1 .2 6 .>
② 지 능 형 로 봇 투 자 회 사 는 「 자 본 시 장 과 금 융 투 자 업 에 관 한 법 률 」 제 2 3 0조 제 1 항 에 따 른 환 매 금 지 형 집 합 투 자 기 구 로 한 다 .
< 개 정 2 01 2 .1 .2 6.>
③ 지 능 형 로 봇 투 자 회 사 는 이 법 으 로 특 별 히 정 하 는 경 우 를 제 외 하 고 는 「 자 본 시 장 과 금 융 투 자 업 에 관 한 법 률 」 의 적 용 을 받 는 다 .
< 개 정 2 01 2 .1 .2 6.>
④ 이 법 에 따 른 지 능 형 로 봇 투 자 회 사 가 아 닌 자 는 지 능 형 로 봇 투 자 회 사 또 는 이 와 유 사 한 명 칭 을 사 용 하 여 서 는 아 니 된 다 .
제 25 조 (지 능 형 로 봇 투 자 회 사 에 대 한 감 독 ㆍ 검 사 등 ) ① 산 업 통 상 자 원 부 장 관 은 다 음 각 호 의 자 에 게 , 금 융 위 원 회 는 제 1 호 및 제 2 호 의 자 에 게 지 능 형 로 봇 투 자 회 사 의 업 무 와 관 련 된 해 당 회 사 의 업 무 와 재 산 에 관 한 자 료 의 제 출 이 나 보 고 를 요 구 할 수 있 다 .
< 개 정 2 0 13 .3 .2 3 .>
1. 지 능 형 로 봇 투 자 회 사
2. 지 능 형 로 봇 투 자 회 사 의 자 산 운 용 회 사 ㆍ 자 산 보 관 회 사 및 일 반 사 무 관 리 회 사
3. 지 능 형 로 봇 투 자 회 사 로 부 터 자 금 을 지 원 받 은 지 능 형 로 봇 기 업 4. 그 밖 에 산 업 통 상 자 원 부 령 으 로 정 하 는 기 관
② 산 업 통 상 자 원 부 장 관 은 금 융 감 독 과 관 련 하 여 필 요 한 경 우 금 융 위 원 회 에 제 1 항 제 1호 및 제 2호 의 자 의 업 무 와 재 산 (제 1 항 제 2 호 의 경 우 에 는 지 능 형 로 봇 투 자 회 사 와 관 련 된 업 무 와 재 산 에 한 한 다 . 이 하 이 항 에 서 같 다 )에 관 한 검 사 를 요 청 할 수 있 다 . 이 경 우 금 융 위 원 회 는 금 융 감 독 에 관 하 여 필 요 하 다 고 인 정 하 는 때 에 는 그 소 속 직 원 또 는 「 금 융 위 원 회 의 설 치 등 에 관 한 법 률 」 제 2 9 조 에 따 른 금 융 감 독 원 의 원 장 으 로 하 여 금 제 1항 각 호 의 자 의 업 무 와 재 산 에 관 하 여 검 사 하 게 할 수 있 다 .
< 개 정 2 0 13 .3 .2 3 .>
③ 제 2 항 에 따 라 검 사 를 한 금 융 위 원 회 는 산 업 통 상 자 원 부 장 관 에 게 그 결 과 를 지 체 없 이 알 려 야 한 다 .
< 개 정 20 1 3.3.23 .>
부 칙
< 제 1 26 1 4호 , 20 1 4.5.20 .>
이 법 은 공 포 한 날 부 터 시 행 한 다 .
■ 법은 누가 어떻게 만들지?
법률은 보통 국회에서 제정합니다. 국회의원의 본연의 임무 중 하 나가 바로 입법부로서 법률을 제정하는 일입니다.
국회에서 법률을 제정하는 절차는 아래의 표와 같습니다.
제안 (제출)
-제안권자(국회의원), 제출(정부) -국회의원 10인 이상 찬성
-국회 소속 관련 위원회: 법률안 제안
-정부: 국무회의 심의를 거쳐 대통령, 국무총리, 관계 국무위원 들이 서명하여 제출
회부 -국회의장은 법률안이 제출되면 인쇄하여 의원에게 배부하고, 국회의 본 회의에 보고한 후 소관위원회에 회부하여 심사
위원회 심사
-위원회는 회부된 법률에 대하여 위원회 상정, 제안자 취지 설 명, 전문위원 검토 보고, 대체 토론, 소위원회 심사 보고, 축조심 사, 찬반 토론, 의결(표결)의 순서로 심사
법 제 사 법 위 원 회 체 계 자 구 심 사
-위원회의 심사를 마친 법률안은 법제 사법위원회에 회부되어 체계·자구 심사를 거침
전인위원회 심사
-위원회의 심사를 거친 의안 또는 위원회가 제안하는 의안 중 정부 조직에 관련한 법률안, 조세, 국민에게 부담을 주는 법률 안 등 주요 의안
-당해 안건의 본회의 상정 전이나 상정 후 재적의원의 1/4이 상의 요구가 있으면 의원 전원으로 구성되는 전원위원회 심사 를 거침
본회의 심의 의결
-체계, 표현 등의 심사를 마친 법률안은 본 회의에 상정되어 심사 보고, 질의 토론을 거침
-재적의원 과반수의 출석과 출석의원의 과반수로 의결됨
정부 이송 -국회에서 의결된 법률안은 정부에 이송 -15일 이내에 대통령이 공표함
대통령 거부권 행사
-법률안에 이의가 있을 경우, 대통령은 정부 이송 후 15일 이 내에 이의서를 붙여 국회로 환부, 재의를 요구할 수 있음 -재의 요구된 법률안에 대하여 국회가 재적의원의 과반수 출 석과 출석의원의 2/3이상이 찬성할 경우, 법률로 확정됨 -정부 이송 후 15일 이내에 대통령이 공표하지 않거나 재의를 요구하지 않는 경우도 법률로 확정됨
공표
-대통령은 법률안이 이송된 지 15일 이내에 공표하여야 함 -법률로 확정되거나 확정법률의 정부 이송 후 5일 이내에 태 통령이 공표하지 않을 경우, 국회의장이 공표함
-법률은 특별한 규정이 없으면 공표한 날로부터 20일을 경과 함으로서 효력을 발생함
제1조(로봇개발자)
제2조(로봇사용자)
제3조(로봇에 의한 피해자)
■ 나도 국회의원! 법을 만들자!
법률을 만드는 방법과 절차에 대하여 알아보았습니다. 이제는 여 러분들이 상황제시의 상황을 합리적으로 해결하기 위한 법률을 제 정해 보도록 하겠습니다.
법률을 제정하는 모든 절차를 수행하기 어려우므로, ‘제안’ ‘토론 및 표결,’ 등 과정을 중심으로 수행하도록 하겠습니다.
1. 제안
앞에서 분석된 상황을 이용하여 사건을 합리적으로 판단할 수 있 는 공정한 법을 제정해 봅시다.
가사 도우미 로봇 개발 제작 및 사용에 관한 법률제정
2. 토론 및 표결 (본회의)
국회에서 표결을 진행하는 절차를 온전하게 따르기 어렵겠지만 학급 회의를 통하여 법안을 상정 표결하는 절차를 진행하도록 하겠 습니다. 회의 진행에 관한 임무와 절차를 아래와 같습니다.
가. 임무 부여
1) 국회의장 : 학급반장 또는 학급회장 2) 국회의원 : 학급구성원
나. 회의(심의) 절차
상임위원회를 거치지 않은 법률이므로, 제시된 절차에 따라 표결 을 합니다. 표결 시 어느 국회의원이 찬성했는지 또는 반대했는지 알 수도 있지만, 예민한 법안의 경우 비밀 투표로 하는 경우도 있 습니다. 본 법안은 PingPong이라는 어플리케이션을 통해 비밀 투 표로 진행하겠습니다.
제안자 취지 설명(모둠장)
↓ 질의
↓ 토론
↓
표결
로봇 생산·개발 사용에 관한 법률 제1조(로봇 개발자)
제2조(로봇 사용자)
제3조(로봇에 의한 피해자) 다. 법안 점검 체크리스트
법안을 표결하기 위해서는 ‘좋은 법’을 알아야 합니다. 좋은 법이 란 사회구성원이 합의하고, 공평하게 적용되는 법을 의미합니다. 법 은 국민의 권리를 보호하고, 국민으로서 합당한 의무를 지게 할 수 있어야 합니다. 특정 계층 또는 성별이나 나이에 의하여 차별이 존 재하는 법은 좋은 법이라 할 수 없습니다.
‘법안 점검 체크리스트’를 통하여 제안자 취지 설명 시 법률이 가 지고 있는 특징을 분석하고, 좋은 법률과 좋지 않은 법류로 구별하 여, 좋은 법률을 통과시키기 위해 노력합니다.
점검항목 수준 점수
1. 로봇생산자, 사용자, 피해자의 권리가 모두 보장되었는가?
3주체 모두 보장 3
2주체 보장 2
1주체 보장 1
2. 로봇생산자, 사용자, 피해자의 의무가 모두 명시되었는가?
3주체 모두 명시 3
2주체 명시 2
1주체 명시 1
3. 법조항이 생산자, 사용자, 피해자 모두 에게 공평한가?
매우 공평함 3
일부 공평함 2
전혀 공평하지 않음 1
라. 법률안 공표
표결하여 통과된 법률을 국회의장이 공표함으로서 법률로서 효력 을 가지게 됩니다. 국회의장(학급반장)은 의결된 법률을 공표하여 국민들이 모두 법률을 알 수 있도록 합니다.
■ 평가
학생 평가와 교사 자체 평가는 다음과 같은 체크리스트를 이용하여 실시합니다.
단
계 평가항목 평가기준
평가 평 정
학 생
교 사
문 제 인 식
제시된 상황을 올바로 분석했는가?
해결해야할 상황을 모두 찾아내었다.
상
해결해야할 상황을 반 정도 찾아내었다.중
해결해야할 상황을 반 미만으로 찾아내었다하
분석한 상황에서 문제를 제대로 인식했는가?
상황분석에 대한 문제인식이 타당성을 갖는다.
상
상황분석에 대한 문제인식이 일부 타당성을
갖는다.
중
상황분석에 대한 문제인식이 타당성을 갖지
못한다.
하
해 결 방 안 계 획 및 실 행
드론을 통한 로봇 사용에 대한 윤리적·도덕적 분석이 올바로
이루어 졌는가?
분석이 매우 잘 이루어졌다.
상
분석이 보통으로 이루어졌다.
중
분석이 제한적으로 이루어졌다.
하
구상한 법률이 창의적이며 실현 가능한가?
창의적이며 실현가능하다.
상
창의적이나 실현가능성이 낮다. (또는 실현가 능성은 있으나 창의적이지 못하다.)
중
창의적이지 못하고 실현가능성이 낮다.하
모둠원 간 협의가 충분히 이루어졌는가?
다양한 법조문이 법률에 많이 기록되어있다.
상
법조문이 법률에 적당히 기록되어있다.중
법조문이 법률에 거의 기록되어있지 않다.하
지 식 산 출
학급회의(국회본회의)가 제대로 이루어졌는가?
매우 제대로 이루어졌다.
상
보통이다.
중
제대로 이루어지지 못했다.
하
표결된 법률은 합리적이고 공정한가?
합리적이고 공정하다.
상
합리성과 공정성 중 1가지만 만족한다.
중
합리적이지도, 공정하지도 못하다.하
<아이작 아시모프>
<카렐 차페크>
■ 로봇 너는 누구냐?
로봇이라는 말은 1921년 체코슬로바키아의 극작가 ‘카렐 차 페크’의 ‘로섬의 만능로봇(R.U.R)’이라는 희곡에서 처음 사용되 었다고 합니다. 로봇의 어원은 체코어 ‘로보타’에서 나왔는데 그 의미는 노동이라고 합니다. 카렐 차페크는 R.U.R에서 로봇 이 인간의 지배를 받으며 인간의 노동을 대신하면서 지능과 반 항정신이 발달되어 인간을 멸망시켜 버리는 비관적인 내용을 담고 있습니다.
현대에서 말하는 로봇의 사전적 의미는 인간의 모습과 비슷하게 만들어 인간의 행동이나 작업을 자동적으로 할 수 있게 만든 기계 장치 또는 인조인간입니다.
1950년 ‘아이작 아시모프’의 장편소설 ‘Runaround’에서 자신 의 작품에서 로봇을 작동하는 원리로 로봇 3원칙을 제안합니다.
제 1원칙 ‘로봇은 인간에 해를 가하거나, 혹은 행동을 하지 않음으로써 인간에게 해가 가도록 해서는 안 된다.’
제 2원칙 ‘로봇은 인간이 내리는 명령들에 복종해야만 한다.
단, 이 명령들이 첫번째 법칙에 위배될 때에는 예외로 한다.’
제 3원칙 ‘로봇은 자신의 존재를 보호해야만 한다. 단, 그러한 보호가 첫 번째와 두 번째 법칙에 위배될 때에는 예외로 한다.
3원칙을 요약하면, 로봇을 제작하거나 사용을 할 때 인간에게 해가 되어선 안되며 로봇 스스로도 자신을 파괴하도록 내버려 두지 말아야 한다는 내용입니다.
1987년 맥칼란은 로봇을 다음과 같은 5가지 특징을 가진 도구로 정의합니다. (1) 스스로 움직일 수 있는 작동성, (2) 주어진 일을 철저하게 수행하는 업무수행의 정교성, (3) 다른 물 체나 사물 또는 도구를 들어서 운반할 수 있는 운반성, (4) 데이터와 프로그램에 의한 인공 지능, (5) 비디오∙오디오 센서 및 기타 센서들을 이용한 감각능력
이러한 정의는 로봇이라고 하는 다소 추상적인 개념을 도구적 차원에서 자세하게 풀어 설 명하여 로봇의 정의를 구체화시켰다고 할 수 있습니다. 여기서 ‘인공지능’이란 지능형 로봇 이 가지고 있는 능력으로서 외부 환경을 인식하고, 스스로 상황을 판단하여 자율적으로 동 작하게 하는 능력을 말합니다.
현재까지 실용화된 지능형 로봇은 매우 간단한 수준이지만, 영화나 소설에서 등장하는 지 능형 로봇은 인간과 교감할 만큼 매우 진보된 모습을 보여주고 있습니다. 멀지 않은 미래에 는 로봇과 인간이 함께 생활하는 세상이 기대할 수 있을 것입니다.
<HRP-4C, 일본>
<Ever-2, 대한민국>
■ 로봇의 분류(인간과 유사성)
로봇은 여러 가지 기준으로 분류할 수 있습니다. 로봇의 외형, 기능, 임무로 분류하는 방 법 등이 있습니다. 인류와 얼마나 유사한 특징을 가지고 있는지를 이용하여 로봇을 분류하 기도 합니다.
1. 안드로이드
안드로이드(Android)는 모습 과 행동이 인간과 닮은 형태 를 취하는 휴머노이드 로봇을 포괄하는 개념입니다. 그리스 어에서 남성인간이라는 뜻에 서 어원을 찾을 수 있고, 인 간형을 의미합니다. 영어로 'man'이 남성만 뜻하여, 여 성형은 가이노이드(Gynoid) 페미노이드(female+android) 입니다.
안드로이드의 개념은 1886 년 프랑스의 작가 오귀스트 드 비예르 드 빌라당의 소설 《미래의 이브》에 등장하여 널리 알려지게 되었습니다. 또한 공 상과학 소설이나 영화를 통해 기계 로봇보다는 원형질 배양과 기계와의 조합을 통하여 인간 과 똑같은 외형 및 기능을 가진 로봇을 통칭하는 개념으로 발전하였습니다.
초기의 로봇을 개발할 당시 로봇의 기능은 사람의 일을 대신해 주는 것 정도였습니다. 그 러나 현대 또는 미래에는 인간에게 지식이나 정보를 주거나 인간과 감정을 교류하고 즐거움 을 주는 것까지 확대되고 있습니다. 그렇기
때문에 로봇의 개발에 있어서 주변을 인식하 고 행동을 판단하는 지능적인 요소와 감성 교류와 같은 인간과의 상호작용이 매우 중요 한 요소로 부각되고 있습니다.
현재까지 가장 발전된 안드로이드 로봇은 일본에서 개발한 HRP-4C와 한국에서 개발한 ever-2가 있습니다. 이 두 로봇에 대한 동영 상은 유튜브에 많이 소개되어 있으니 참고하 시면 됩니다.
안드로이드 로봇을 소재로 한 영화는 가위 손, 블레이드 러너, 터미네이터, A.I. 등이 있 습니다.
<영화 로보캅>
<영화 아이언맨>
2. 사이보그
사이보그(Cyborg)는 사이 버네틱스 (Cybernetics)와 생물(Organism)의 합성어 입니다. 이 용어는 1960년 맨프레드 클라인즈
(Manfred Clynes)와 나단 클라인(Nathan Kline)의 공 저 《사이보그와 우주》를 통해 제안되었습니다. 클 라인즈와 클라인은 우주 진출에는 인간과 기계가 결합된 형태가 더 유리할 것이라는 주장을 하였습니다.
오늘날 사이보그는 기술을 이용하여 능력을 개선한 생명으로 그려지기도 합니다. 따라서 사이보그라는 말에는 단순히 인간을 닮은 기계라는 뜻보다, 생명과 기계가 합쳐진 새로운 형태라는 뜻이 더 강합니다.
사이보그는 크게 의료복지 사이보그와 슈퍼맨 사이보그의 두 종류로 나뉩니다. 첫째, 의료 복지 사이보그는 질병, 재해, 고령 등으로 인하여 결함이 생긴 인체에 인공장치를 부착하여 정상적인 작용을 가능하게 하는 것으로 인공장기, 전자팔 및 다리 등 입니다. 이러한 장치는 인간이 가지고 있던 본래의 기능을 가진 장치 그 이상을 말합니다. 둘째, 슈퍼맨 사이보그는 정상적인 사람에게 여러 가지 장치를 부착시켜서 정상인 이상의 활동을 가능하게 하는 것 입니다. 그 예로는 우주복을 입고 달 표면을 걷거나 우주유영을 하는 우주비행사를 들 수 있습니다. 그 밖에 해저용, 수중용, 군사용, 이상 환경용 등의 슈퍼맨 사이보그가 있습니다.
사이보그와 로봇과의 차이는, 사이 보그는 인간의 기능을 기계의 시스템 을 활용하여 인공적으로 보완하거나 향상시킨 인간과 기계의 하이브리드 유형이며, 로봇은 인간이 설정한 프로 그램에 의하여 주어진 상황을 판단하 고 그에 따라 적절한 대응을 하는 기 계 유형이다.
사이보그를 소재로 한 영화는 로보 캅, 아이언맨 시리즈 등이 있습니다.
이 두 작품을 보면 인간이 기계와 하 나가 되어 해나가는 모습이 그려집니
다. 하지만 두 영화 모두 인간과 기계 사이에서 정체성을 고민하는 주인공의 모습이 그려지 며 이러한 장면은 사람들에게 인간과 기계의 관계를 생각해 보는 계기를 마련해 줍니다.
<어린이와 인사하는 휴머노이드>
3. 휴머노이드
휴머노이드(humanoid, 인간형 로봇)란, 인간의 형태를 모습으로 한 로봇을 의미합니다. 휴 머노이드는 인간 정도의 크기와 인간의 모습을 닮은 지능형 로봇으로 정의합니다.
휴보는 한국에서 개발한 초기 단계의 휴머노이드입니다. 사고 능력을 가진 휴머노이드는 학습이 가능하며, 병렬 계산을 통해 일반적인 사고를 인간보다 더 빨리 처리할 수 있습니다.
예를 들어, 임무수행 중에 환경이 바뀌어도 환경에 빠르게 적응하여 임무를 수행할 수 있 는 것을 의미합니다.
휴머노이드는 현재 이족보행을 위주로 연구되고 있습니다. 또한 인간의 다양한 작업을 수 행하는 동작제어에 관한 연구로 발전할 것입니다.
우리집은 내가 지킨다!
(로봇의 작동원리 탐구 및 로봇 제작)
4~8 차시
중학교
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[학생용 학생용] 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용 학생용]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]
<현재 운용중인 보안로봇>
학습목표
가. 인간이 행동하는 방식과 로봇의 작동원리를 비교 분석할 수 있다.
나. 로봇의 작동원리를 이용하여 간단한 경비로봇을 제작할 수 있다.
다. 경비로봇 제작과정을 통하여 보안 및 안전에 대한 중요 성을 인식할 수 있다.
I. 상황제시
2050년 12월 14일 오늘은 부모님께서 결혼하신지 꼭 15년 되는 날입니다. 부모 님께서는 결혼 15주년 기 념을 위해 오늘 저녁 데이 트를 하기로 하셨습니다.
저에게도 같이 갈 것을 권 유하셨지만 저는 부모님께 서 오랜만에 두 분 만의 시간을 가지실 수 있도록 같이 외출하는 것을 사양 하였습니다. 부모님께서는 괜찮다고 하시며 재차 같 이 가자고 하셨지만 저는 집을 지키겠다고 말씀드렸습니다. 얼마 후 부모님께서 외출하시며 식사와 간식이 어디 있는지 알려주셨습 니다. 오랜만에 집에 혼자 있게 된 나는 집에서 자유로운 시간을 보내기로 하였습니다. 일단 어머니께서 차려놓으신 저녁식사를 하 며 재미있는 TV 프로그램을 시청하였습니다. 식사 후 애완용 강아 지 로봇과 함께 장기를 두었습니다. 로봇에게 초급모드로 장기를 둘 것을 명령했는데 그런데도 이 녀석의 실력은 제가 좀처럼 따라
`
우리집은 내가 지킨다!
(로봇의 작동원리 탐구 및 로봇 제작)
STEAM
학생용
<집안의 침입자>
잡을 수 없었습니다.
몇 번을 이기기 위해 로봇에게 도전하였으나 결과는 마찬가지 였습 니다. 기분이 상하여 강아지 로봇에게 주방 구석에 가서 서있으라 고 명령 후 방으로 들 어왔습니다. 그리고 방 에서 책을 읽고 있는데 갑자기 집안 전등이 꺼 졌습니다. 그 후 집으 로 누가 침입하는 소리 가 들렸습니다. 집안
전등이 꺼졌다는 것은 집안의 보안 시스템이 해제되었다는 것을 의 미했습니다. 우리 집은 창문과 현관에 적외선 감지장치가 설치되어 있어 외부 침입자가 있을 때 자동으로 경찰서에 신고가 접수되도록 되어있습니다. 전력이 손실되면 원래는 비상 전력으로 적외선 보안 시스템이 복구되어야 하지만 아무래도 침입자가 비상전원을 망가뜨 리고 올라온 것 같습니다. 갑자기 머리가 쭈뼛 서고 너무 무서웠습 니다. 경찰에 신고를 하고 싶었지만 휴대전화 역할을 하는 스마트 와치를 샤워를 하며 욕실에 두고 온 것이 기억이 났습니다. 너무 무섭고 할 수 있는 일이 없어, 방문을 잠그고 가만히 있었습니다.
그런데 얼마 전 주방 구석에 세워 둔 강아지 로봇이 생각났습니 다. 강아지 로봇에게 물기라도 가르칠 걸 그랬다는 생각이 들었습 니다. 어떻게 하면 이 상황을 벗어날 수 있을까요?
II. 활동과 내용
세계 최초의 도둑은 누구일까? 이 질문에 대답할 수 있는 사람을 없을 것입니다. 왜냐하면 생물이 생겨나면서 이미 다른 생물의 소 유물을 무단으로 점유하는 일은 흔한 일이기 때문입니다. 동물 및 식물 사회에서는 이러한 현상이 생존 경쟁이라는 이름으로 이루어 지고 있습니다. 옆의 그림을 보면 관광지에서 관광객의 아이스크림 을 훔쳐 먹는 갈매기의 모습을 볼 수 있습니다. 즉, 동물의 사회에 서는 생존을 위하여 어쩔 수 없이 다른 동물의 먹이를 빼앗거나 심 지어는 다른 동물을 사냥하여 먹이로 삼습니다. 그러나 인간사회는 그렇지 않습니다. 약한 사람의 것이라고 함부로 빼앗지 않고, 약한
<아이스크림을 훔쳐먹는 도둑갈매기>
<첨단 지문인식 시스템>
사람의 권리도 보장 을 해 줍니다. 이러 한 특징이 동물사회 와 인간사회를 구별 짓는 또 하나의 특 징이라고 생각합니 다. 그러나 인간사 회 역시 동물 사회 의 특징을 가지고 있는 사회이므로 간 혹 다른 사람의 소 유를 무단으로 빼앗 거나 몰래 가져가기 도 합니다. 우리는 이러한 행동을 범죄로 생각하고, 그렇게 행동하
지 못하도록 제도와 장치를 개
발해 왔습니다. 이러한 제 도
와 장치가 첨단화 될수록 범
죄도 더욱 첨단화 되고 치 밀
해지게 되었습니다. 막으려 는
자와 뚫으려고 하는 자의 경
쟁은 끊임없이 계속될 것입 니
다. 이러한 경쟁에서 우리 를
보호하기 위한 장치와 제도 는
몹시 중요합니다. 제시된 상황을 다음 표의 기준에 맞추어 분석해 보고 미래 사회에서 우리 집을 지키기 위해 필요한 제도나 장치 또 는 시스템이 무엇인지 생각해 봅시다.
목표:
미래사회에서 침입자로부터 우리집을 지킬 수 있는 보안 로봇 개발상황 분석 해결과제 추출
침입자 예방 및 감시
· 집안 주변 실시간 드론 로봇 관찰
· ·
· ·
침입자 방어를 위한 장치
· 안면 인식 장치를 통한 침입자 경고
· ·
· ·
침입 시 경보 시스템
· 출입문 및 창문 보안경보 해제 시 주인에게 통보 및 관계기관 통보
· ·
· ·
침입자 제압 시스템
· 가정용 로봇에게 침입자 제압을 위한 장치
· ·
· ·
재발 방지 시스템
· 범죄자 인식을 통한 사전 경보 시스템
· ·
· ·
<KUKA의 탁구로봇>
<시각 센서>
■ 로봇 개발의 실제
1. 로봇의 작동원리
옆의 사진은 얼마 전 화제가 되었던
‘KUKA’라는 독일 회 사에서 개발한 산업 용 로봇입니다. 공장 에서 흔히 볼 수 있 는 이 산업용 로봇이 화제가 된 것은 전 세계랭킹 1위였던
‘Timo voll’이라는 탁 구선수와 탁구시합을 펼쳤기 때문입니다. ‘KUKA’라는 회사는 자사가 개발한 로봇의 성능을 홍보하기 위해 탁구시합을 기획했다고 합니다.
인간과 로봇의 대결은 여러 번 시도 되었습니다. 그런데 지금까지의 경쟁은 대부분 카드게임이나 체스와 같은 지능에 관한 것이었습니다.
동영상을 보면 로봇이 처음에 인간을 앞서갑니다. 그러다가 탁구선수 의 역전승으로 끝을 맺는데 광고를 위한 컨셉인지 진정한 승부였는지 잘 모르겠습니다. 하지만 확실한 건 로봇의 기능이 탁구선수에 버금 갈 만큼 발전했다는 것입니다. 어떻게 이러한 발전이 가능했을까요?
로봇의 작동원리는 인간이 환경을 인식하고, 인식한 정 보를 바탕으로 판단을 내리 고, 판단한 결과를 이용하여 몸의 각 부분에 명령을 내려 행동하는 원리와 같습니다.
다만 로봇은 인간과 같은 기 능을 하는 다른 장치를 가지 고 있을 뿐입니다. 예를 들어 인간이 어떤 물건을 집어 들어 옮긴다고 가정하면 시각을 통하여 물 체와 주변 환경에 관한 정보를 뇌에 전달할 것입니다. 그렇게 하면 뇌에서는 물체와 주변 환경 정보를 판단하게 되고, 어떤 행동을 취해 야 할지 결정합니다. 그 결정의 결과를 신경을 통하여 우리 몸의 각 부분으로 명령을 내리고, 우리 몸의 각 부분은 명령을 수행하게 됩니 다. 로봇의 경우 다양한 센서와 입력장치를 이용하여 물체와 주변 환 경을 인식하고 인공지능을 탑재한 컴퓨터로 입력된 정보를 처리하고,
거꾸로 학습 (Flipped learning) 자료를 학습하고 오세요.
<로봇에 사용되는 각종 모터>
판단하여 행동을 결정합니다.
결정된 행동을 수행하기 위해 로봇 몸체에 있는 각각의 모 터에 작동명령을 내려 명령을 수행하게 됩니다. 다음에 제시 된 활동을 통하여 로봇의 작 동 원리를 더욱 자세히 알아 봅시다.
가. 행동 메커니즘(인간 VS 로봇)
비록 사람은 아니지만 강아지와 강아지 로봇을 비교해 봄으로써 인간과 로봇의 공통점과 차이점을 알아봅시다. 아래의 표는 강아지와 로봇 강아지가 주인을 보고 똑같은 행동을 하는 과정입니다. 강아지 와 로봇 강아지의 공통점과 차이점을 비교해 보도록 합시다.
강아지 강아지 로봇
그림
자극
눈을 통해 주인을 봄 내장카메라를 통해 사물 인식자극의 전달
감각신경을 통해 뇌로 신 호 전달
전선을 통해 중앙처리장 치(CPU)로 신호 전달
자극의
처리와 판단
뇌에서 신호를 처리하여 주인임을 인식하여 반가 움을 표시하도록 판단
CPU에서 신호를 처리하 여 주인임을 인식하고 반 가움을 표시하도록 판단
행동명령
꼬리를 흔들라는 명령 꼬리를 흔들라는 명령명령의 전달
운동신경을 통해 꼬리근 육으로 명령 전달
전선을 통해 꼬리에 있는 모터에 명령 전달
행동
꼬리를 흔듦 모터에 연결된 꼬리 흔듦<인간의 뇌구조>
나. 외부 자극의 수용(인간 VS 로봇)
인간은 외부의 자극을 수용하기 위하여 변화를 감지하기 위한 감 각기관이 있습니다. 이러한 감각기관으로부터 정보를 받아들여 변화 에 대처하기 위해서입니다. 로봇 역시 외부의 변화를 인식하며 명령 을 수행해야 하므로 외부의 변화를 감지할 장치가 필요합니다. 아래 의 표를 보고 인간의 감각기관에 해당하는 로봇의 센서를 다양하게 조사해봅시다.
역할 자극
감지기관 및 감지 장치 인간
(감각기 관)
로봇 (센서)
감각 기관 (정보 수집)
빛의 변화 눈
음파(파동)의 변화 귀 화학물질의 변화 혀, 코
압력의 변화
온도의 변화 피부
다. 자극에 대한 정보의 처리와 판단 (인간 VS 로봇)
<뉴런의 구조>
감각기관에서 받아들인 자극은 어디로 가는 걸까요? 눈 이외에 다 른 감각기관에서 받아들인 자극은 모두 뇌로 전달됩니다. 뇌는 대뇌, 소뇌, 간뇌, 중간뇌, 연수 등 여러 부분으로 이루어져 있으며, 각 부 분은 각기 저마다 특별한 역할을 맡고 있습니다. 대뇌는 감각을 인 식하고 운동 명령을 내리며 기억, 추리, 분석 등의 복잡한 기능에 관여합니다. 소뇌는 몸의 평형을 유지하고, 근육운동이 원활하게 일 어나도록 조절합니다. 간뇌는 체온, 혈당량 등을 조절하고, 중간뇌 는 안구 운동과 동공 조절에 관여하며, 연수는 호흡과 심장 박동, 소화 등을 조절합니다. 뇌에서 뻗어 나온 척수는 몇몇 반사 운동의 중추로 작용하거나 뇌와 몸의 각 부분 사이에 정보를 전달하는 통 로 역할을 합니다. 로봇도 뇌와 비슷한 기능을 하는 장치가 있는데 바로 CPU(중앙처리장치)입니다. 중앙처리장치에서는 센서에서 보내 오는 신호를 프로그램대로 처리하도록 설계되어 있습니다. 그리고 신호에 대한 계산 및 판단을 하여 반응을 할 장치에 명령을 내리도 록 되어있습니다.
라. 자극과 명령의 전달 (인간 VS 로봇)
생물의 경우 감각기관에서 받아들인 자극은 신경계를 통해 뇌로 전달되고, 또한 뇌의 명령을 각 운동기관에 전달합니다. 이러한 신경 계는 뉴런이라는 세포들이 모여서 이루어집니다. 뉴런은 자극의 전 달을 위해 특수하게 변형된 세포로 모든 신경계의 구조적·기능적 단위가 됩니다. 뉴런은 핵이 있는 신경 세포체와 여기에서 뻗어 나 온 신경 돌기들로 구성됩니다. 신경 돌기 중 나뭇가지 모양으로 갈 라진 돌기를 가지돌기라고 하며, 이들 중 특히 길게 발달한 돌기를
<로봇에 사용되는 서보모터>
축삭 돌기라고 합니다. 뉴런은 기능에 따라 감각 뉴런, 연합 뉴런, 운동 뉴런의 3 가지 종류로 나눌 수 있습니다. 감각 뉴런은 감각 기관에서 받아들인 자극을 뇌나 척수에 전달하고, 연합 뉴런은 뇌 나 척수를 구성하며 정보를 통합하고 명령을 내리는 역할을 합니 다. 운동 뉴런은 연합 뉴런의 명령을 팔, 다리 등과 같은 운동 기관 으로 전달합니다. 로봇의 경우 이러한 신경세포가 존재하지 않기 때문에 센서의 전기신호 및 CPU에서 발생한 명령을 모터에 전달할 때 전선을 통한 전기신호를 이용합니다.
마. 명령의 수행 (인간 VS 로봇)
인간의 대뇌에서 발생된 명령은 신 체의 각 부분의 근육으로 전달되어 근육의 수축과 이완 작용을 통하여 원하는 행동을 하게 됩니다. 하지만 로봇의 경우 근육을 가지고 있지 않 습니다. 로봇의 경우 로봇을 행동하게 만드는 것은 모터뿐입니다. 모터는 구 조에 따라 여러 가지 종류로 나누어 집니다. DC 모터, 스텝핑 모터, 브러 시리스 모터, 인덕션 모터, 리니어 모 터, 초음파 모터 등으로 구별됩니다. 이러한 모터 중 로봇에 주로 쓰 이는 모터는 서보모터라는 것입니다. 일반 모터와 서보모터의 큰 차 이점이라면 일반 모터는 회전력을 얻는 것이 목적이라면 서보모터는 제어 가능한 행동을 만들어내는 것이 목적입니다. 그래서 서보모터의 경우 모터의 회전속도 및 회전각 제어가 가능합니다. 서보모터는 모 터의 회전을 제어하는 회로와 감속기가 부착되어 있습니다. 감속기란 모터의 회전속도를 줄여주는 역할을 하는 일종의 톱니바퀴를 말합니 다.
<자전거 변속기> <서보모터용 감속기>
감속기가 필요한 이유는 모터에서 발생하는 회전속도는 너무 빨라 제
어하기 어렵습니다. 또한 회전속도가 빠른 대신 큰 힘이 실리지 않아 모터의 회전력만으로 어떠한 작업도 할 수 없습니다. 그래서 감속기 를 통하여 모터의 회전속도를 줄여 제어하기 쉽게 하고, 작업을 할 수 있을 정도로 큰 힘을 내게 합니다. 감속기의 이해를 쉽게 하기 위 해서예를 일상생활에서 찾아보면 자전거 변속기를 볼 수 있습니다.
자전거 앞바퀴의 톱니바퀴와 뒷바퀴의 톱니바퀴가 어떻게 연결되느냐 에 따라 속도가 달라진다는 것을 알 수 있습니다. 뒷바퀴의 작은 톱 니바퀴에 체인이 연결되면 빠른 속력을 낼 수 있으나 페달을 밟는 힘 이 많이 들고, 큰 톱니바퀴에 연결되면 페달을 밟는 힘은 줄어들지만 속력이 많이 줄어드는 것을 볼 수 있습니다. 로봇에 쓰이는 서보모터 의 감속비를 정확하게 알아야 로봇을 정확하게 제어할 수 있기 때문 에 서보모터의 감속비는 무척 중요합니다. 다음 제시되는 활동을 통 하여 감속의 원리를 이해해 봅시다.
<감속의 원리>
오른쪽 그림은 톱니가 12개인 톱니바퀴와 톱니가 18개인 톱니 바퀴가 맞물려 돌아가는 것을 나타낸 것입니다. 아래의 문제를 해결해 보세요.
①12개의 톱니를 가진 톱니바퀴가 1분에 6회 회전한다면 18개 의 톱니를 가진 톱니바퀴는 몇 번을 회전하게 될까요?
②처음 맞물려있던 톱니바퀴의 톱니들이 다시 맞물리기 위해 몇 번을 회전해야 할까요?
<①번 질문 해결 방법>
<②번 질문 해결 방법>
바. 인간의 행동과 로봇의 작동 비교(로봇기계공학의 원리)
로봇을 직접 제작한다는 것은 많은 지식과 자본이 필요한 작업입 니다. 그러므로 중학생 신분에서 첨단로봇을 제작하여 실험을 해 본다는 것은 어려운 일일 것입니다. 그러나 로봇이 어떻게 움직이 는지 몸으로 체험을 해 볼 수 있습니다. 아래에 제시되어 있는 활 동을 통해 로봇이 움직일 때 어떤 요소들이 필요한지 알아보도록 합시다.<그림 1>
<그림2>
<산업용 로봇 팔처럼 움직여보기>
오른쪽 그림은 정해진 위치에 팔꿈치를 대고 컵을 다른 위치 로 움직이는 작업을 하는 그림 입니다. 아래의 활동을 하며 문 제를 해결해 보세요.
<활동①>눈을 뜬 상태로 컵을 1의 위치에서 2의 위 치로 움직일 때 팔의 움직임을 분석해봅시 다.(팔이 이동하는 경 로와 팔의 길이를 중 심으로)
<활동②>눈을 가리고 처음 컵 의 위치와 컵의 목표
를 바꾼 후 같은 작업을 해 봅시다. ①의 활동과 비 교했을 때 어떤 점이 더 어려운지 알아봅시다.
<활동③>활동②에서 나타난 문제점을 해결하기 위해 어떻게 해야할지 토의해 봅시다.
<활동①>
<활동②>
<활동③>
<초음파 센서>
<소나를 이용한 이미지>
<초음파를 이용한 비파괴검사>
사. 초음파와 초음파의 사용(로봇의 감각 초음파)
로봇은 다양한 센서를 이용하여 외부환 경 변화를 수집합니다. 음파를 감지하는 센서부터 매우 특이한 화학물질까지 탐색 하는 센서야 말로 로봇의 눈과 귀와 같은 감각기관이라 할 수 있습니다. 이러한 다 양한 센서 중 초음파센서는 다양한 기구 및 로봇에 이용되고 있습니다. 초음파란 파동의 한 가지 형태로 가청진동수(20~20000 Hz)보다 높은 진동수 를 가지고 있는 음파를 말한다. 초음파를 이용하여 박쥐, 나방, 돌 고래 등이 의사소통을 하거나 장애물을 감지한다.
음파의 진동수가 커지면 그 파장은 짧아집니다. 따라서 회절현상 이 일어나기 어렵고 물체의 그늘이 생
기기 쉽습니다. 또, 빛과 같이 한 방향 으로도 가지런히 전달할 수 있게 된
다. 이것을 응용한 것이 초음파 소나 입니다. 소나는 항해 목적에 음파를 이 용하는 것의 총칭이지만, 현재는 초음 파를 발사해서, 그 반사를 수신하고 반
사한 물체(어군·고래·잠수함·선박·기계 수뢰 등)의 위치, 거리, 방향 등을 알아내는 목적의 것도 포함해서 소나라 부르고 있습니다. 이 경우 목적으로 하는 반사물의 종류에 따라서 측심기, 어군 탐지기, 고래 탐지, 대(對)잠수함 소나 등으로 불리며, 각각의 목적에 적합 한 장치로 만들어져 있습니다. 특히 거리를 재기 위해서는 초음파 의 펄스파를 사용합니다. 펄스파란 팽팽한 줄의 한쪽 끝을 아래위 로 빠르게 한번 흔들거나 관의 피스톤을 순간적으로 움직이면, 교 란이 줄이나 피스톤 내부의 공기를 따라 전파합니다. 이와 같이 평 행상태로부터 일어난 순간적인 교란을 펄스파라 합니다. 발사한 다 음에 되돌아오기까지의 시간을 재 면 반사물까지의 거리를 구할 수 있습니다. 소나와 같은 원리로, 고 체내의 정보를 포착하는 장치도 있다. 초음파 탐상기(探傷機)는 물 체를 부수지 않고 내부의 결함을 탐지하는 장치로, 반사되어 오는 초음파로부터 그 결함의 크기나 위치를 알 수가 있습니다. 또 초음파 후도계는 구조물의 한편에서
<초음파를 이용한 진단>
<휴대폰 스케치>
초음파를 보내어 그 두께를 재는 장치입니다. 반대편에서 반사된 초음파와 입사한 초음파로 만들어지는 정상파를 이용하여 물체의 두께를 잽니다.
초음파의 의학 방면에서의 이 용도 활발합니다. 체내의 종기나 담석, 이물질의 발견 등에도 이용 되고 있습니다. 또 심장에 초음파 를 대고, 반사파의 도플러 효과에 따른 파장 변화를 재서, 심장의 운동을 조사할 수도 있습니다. 공
업 방면에서는 단단하면서 깨지기 쉬운 수정·보석 등을 초음파를 이용하여 특수한 모양으로 절단하는 일에도 사용됩니다. 또 시계나 카메라의 부품 등 작은 정밀 부품의 세정에도 이용되고 있습니다.
이 밖에 혼합되지 않는 액체와 액체를 유화시키거나 화학 반응을 촉진시키기도 하고, 초음파로 살균하여 음식물을 보존하는 데에도 도움이 되고 있습니다.(위키백과)
2. 로봇제작을 위한 설계
제품을 개발하기 위해서는 여러 단계를 거쳐야 합니다. 시장조사 를 시작으로 제품의 컨셉트 잡기, 초기 제품디자인, 제품 설계를 위 한 일반적인 정보수집, 리서치, 디자인 방향설정, 아이디어 전개, 디 자인 발전, 디자인 모형제작, 금형 및 기구개발 순서로 진행된다고 합니다. 우리는 이 모든 작업을 다 해볼 수 없으므로 중요한 순서 몇 가지를 추출하여 해보고자 합니다. 컨셉트 회의 이후로 해야할 일은 초기제품 디자인입니다. 컨셉에 가장 적절한 디자인을 스케치
해보고, 디자인 회의를 통하여 가장 좋은 디자인을 선별하도록 합시다.
스케치(sketch)란 설계하는 사람의 머 릿속에 순간순간 떠오르는 이미지를 시 각적으로 나타내는 기법입니다. 아무리 훌륭한 제품이라 하더라도 스케치부터 시작하기 때문에 스케치 작업은 제품 전 반에 걸쳐 매우 중요한 작업이라 할 수 있습니다. 스케치는 크게 2가지 종류가 있습니다. 스크래치 스케치(scratch sketc h)와 프리젠테이션 스케치(presentation s ketch)로 나뉩니다. 스크래치 스케치는
<자동차 스케치 과정>
아이디어를 정교화 시킬 목적으로 하는 스케치이고, 프리젠테이션 스케치는 다른 사람에게 이해를 구할 목적으로 하는 스케치입니다.
프리젠테이션 스케치의 경우 보통 투시도로 작성되며 완성된 형태, 색, 재질 등을 모두 표현해야하기 때문에 상당한 기법이 필요합니 다. 생활용품 정도를 만들 때에는 스크래치 스케치가 많이 쓰이게 됩니다.
스케치를 하는 특별한 기법이 있다기보다는 물체의 이미지를 명 확하게 표현하도록 노력합니다. 스케치는 보통 다음의 과정을 거치 게 됩니다. 첫 단계는 물체의 외관을 대략 그리고, 다음에 불필요한 선을 지우면서 물체를 약간 구체화시킵니다. 마지막으로 명암을 넣 어 물체를 매끄럽게 표현합니다. 하지만 마지막 단계를 꼭 반드시 해야 하는 것은 아닙니다. 스케치를 잘하기 위해서는 다양한 물건 을 그려보는 것이 중요합니다,
특히 원형의 물건의 경우에는 중심선을 그리고 시작하면 쉽 게 그릴 수 있습니다.
간단한 물건이나 아이디어는 스케치와 구상도만으로도 충분 히 제품을 만들 수 있습니다.
제작 도면을 만들기 위해서는
정투상법, 등각투상법, 경사투상법을 그리는 것이 원칙입니다. 구상 도란 스케치를 좀더 정교하게 그린 후 정교한 스케치 도면위에 만 들 치수를 기입한 것을 말합니다. 아래의 빈칸에 제품 구상도를 그 려보도록 합시다.
가. Arduino란 무엇인가? (로봇 제어 모듈)
로봇과 기계의 가장 큰 차이점은 바로 자동으로 움직인다는 것입 니다. 자동으로 움직이게 하기 위해서는 컴퓨터를 이용한 제어가 반드시 필요한데, 이러한 제어장치를 만드는 일은 컴퓨터 소프트웨
