KAIST, AI가 이기종 로봇·설비 통합 운영하는 무인공장 플랫폼 ‘카이로스’ 구축

서로 다른 종류의 로봇과 센서, 설비, 디지털 트윈을 하나의 AI 시스템으로 통합 제어해 공장 전체를 무인으로 운영하는 피지컬 AI 테스트베드가 구축됐다.

KAIST(총장 이광형) 산업및시스템공학과 장영재 교수팀은 이기종 로봇과 자동화 설비를 AI 에이전트 기반 단일 운영체계(OS)로 통합 제어하는 피지컬 AI 플랫폼 ‘카이로스(KAIROS, KAIST AI Robot Orchestration Systems)’를 구축했다고 23일 밝혔다. 카이로스는 센서·제어·데이터 처리 전 구간을 100% 국산 기술로 통합 구축한 국내 최초 수준의 다크팩토리 테스트베드로, 과학기술정보통신부의 지원으로 개발됐다.

‘각개전투’ 하던 공장 자동화를 하나의 AI가 지휘한다

기존 공장 자동화는 각 장비와 로봇이 개별적으로 제어되는 구조였다. 물류를 나르는 로봇, 조립을 맡는 협동로봇, 부품을 운반하는 천장 레일 시스템이 저마다 별도의 소프트웨어로 운영되다 보니, 공장 전체를 하나의 흐름으로 최적화하는 데 한계가 있었다. 카이로스는 이 구조를 근본적으로 바꾼다. AMR(Autonomous Mobile Robot, 자율주행 물류 로봇), OHT(Overhead Hoist Transport, 천장을 따라 이동하며 부품을 운반하는 레일형 로봇), 3D 셔틀, 휴머노이드 로봇, 협동로봇, 자동화 설비를 AI 에이전트 기반의 단일 운영체계(OS) 아래 통합해 공장 전체를 하나의 AI 시스템처럼 운영한다.

이 개념을 가능하게 하는 핵심은 ‘피지컬 AI(Physical AI)’다. 피지컬 AI란 디지털 공간의 AI가 현실 세계의 물리적 장치와 로봇을 직접 인식하고 판단해 제어하는 기술을 가리킨다. 카이로스에서는 공장 운영 AI 에이전트가 센서 데이터를 실시간으로 받아 각 로봇과 설비의 상태를 파악하고, 물류 흐름·작업 배분·안전 관리를 스스로 결정하고 실행한다. 사람이 개입하지 않아도 공장이 돌아가는 ‘다크팩토리(Dark Factory, 조명을 끄고도 운영 가능한 완전 무인 공장)’의 구현이 목표다.

카이로스는 또한 디지털 트윈(Digital Twin, 실제 공장의 상태를 가상 공간에 실시간으로 복제해 시뮬레이션하는 기술)을 통합 운영한다. KAIST가 직접 개발한 시뮬레이터와 AI 기반 통합 운영 시스템, 공장 운영 AI 에이전트로 구성된 이 디지털 트윈은 실제 장비를 가동하기 전에 가상 환경에서 공정을 미리 검증할 수 있도록 한다. 무선충전 시스템과 AI 기반 통합 안전관리 시스템도 포함됐다.

전 구간 국산 기술 통합…K-제조 수출 모델의 기반

카이로스의 또 다른 핵심은 국산화다. 이번 테스트베드는 물류로봇·OHT·3D 셔틀·휴머노이드 로봇·협동로봇·산업용 센서·PC 제어기·무선충전 시스템·디지털 트윈·AI 통합 관제 및 안전관리 시스템 등 다크팩토리를 구성하는 핵심 요소 전체를 국산 기술로 통합 구축했다. 센서에서 제어, 데이터 처리까지 전 구간이 해외 기술 의존 없이 구성된 것이다.

이를 위해 KAIST는 국내 로봇·자동화 기업들과의 협력 체계인 ‘팀 코리아 피지컬 AI(Team Korea Physical AI, TK-PAI)’ 얼라이언스를 구성했다. 카이로스 플랫폼은 국내 기업들이 개발한 로봇과 소프트웨어·디지털 트윈·안전관리 시스템을 통합해 실증하고 운영하는 협업 생태계 역할을 한다. 개별 기업 중심의 기술 개발을 넘어, 다크팩토리를 하나의 통합 시스템으로 구성하고 협업하는 산업 구조를 만드는 것이 목표다.

장영재 교수는 “카이로스는 개별 자동화 기술을 넘어 다양한 로봇과 설비를 하나의 시스템으로 통합하는 공장 운영체계(OS) 개념을 구현한 것”이라며 “국내 기업들이 실제 산업 현장에 적용 가능한 피지컬 AI 기술을 검증하고 글로벌 시장으로 확장할 수 있는 기반이 될 것”이라고 밝혔다. 이광형 KAIST 총장은 “카이로스는 AI가 공장을 직접 운영하는 새로운 산업 패러다임의 시작”이라며 “피지컬 AI를 기반으로 제조 혁신을 선도하고 대한민국이 글로벌 산업 경쟁에서 주도권을 확보할 수 있도록 기여하겠다”고 밝혔다.

로봇 사전 검증 플랫폼·글로벌 수출까지…카이로스의 다음 단계

KAIST는 카이로스를 단순한 연구용 테스트베드에 그치지 않고, 국내 로봇·자동화 기업이 신뢰성 높은 장비를 산업 현장 도입 전에 사전 검증할 수 있는 시험·평가 플랫폼으로도 활용할 계획이다. 로봇 도입을 검토하는 기업이 카이로스에서 먼저 테스트를 수행함으로써 신뢰할 수 있는 장비를 선정할 수 있는 서비스를 제공하겠다는 구상이다. 가상 공장 모델을 실제 로봇 하드웨어와 연동해 학습 및 시험·평가를 수행하는 방식으로 국내 로봇 하드웨어 기술 발전에도 기여한다는 방침이다.

글로벌 시장 진출도 목표로 명시됐다. KAIST는 카이로스를 기반으로 독일 지멘스(Siemens), 일본 파낙(FANUC), 야스카와(Yaskawa) 등 글로벌 공장 자동화 강자들과 경쟁 가능한 피지컬 AI 기반 다크팩토리 솔루션을 개발해 해외 수출을 추진할 계획이다. 카이로스 플랫폼의 핵심은 다크팩토리 설계를 위한 시뮬레이션 소프트웨어, 구축 단계에서의 가상환경 테스트, 운영을 위한 OS 개발·검증의 세 축으로 구성된다.

한편 이날 배경훈 부총리(과학기술정보통신부 장관)가 KAIST를 방문해 국가 피지컬 AI 전략(안)을 발표하고 카이로스 기반 다크팩토리 실증 현장을 공개했다. 행사에서는 전북대 등과의 피지컬 AI 공동 실증 성과와 TK-PAI 얼라이언스 방향도 함께 논의됐다.