2019 드림아트랩 4.0 - 피지컬 컴퓨팅 이해하기

2019 드림아트랩 4.0

피지컬 컴퓨팅 이해하기

<매체탐구 Playful Learning 피지컬컴퓨팅> 수업은 컴퓨터와 현실 세계가 데이터를 통하여 대화하는 것을 중점으로, 특히 이 수업에서는 ‘아두이노’라는 미니컴퓨터를 활용하여 자신만의 로봇을 만들어보았다.

첫 번째 시간에는 앞으로 진행할 수업에 관한 개괄로, 우리가 살고 있는 시대와 또 앞으로 어떤 시대에 살아갈지, 그러고 우리의 수업이 어떤 의미를 갖는지 이야기 들어보는 시간을 가졌다. 우리는 어떤 시대를 살고 있고, 살아갈까? 현재를 대표하는 가장 큰 키워드인 ‘4차 산업혁명’의 개념과 배경, 키워드를 알아보았다. 또한, 사람들이 과거에는 어떤 ‘로봇’을 상상했는지 영화<바이센테니얼맨>을 통해 알아보았다. 그럼 우리는 어떻게 로봇을 만들어 볼 수 있을까? 아두이노는 오픈 소스를 기반으로 하여 현실 세계의 다양한 감각을 비교적 쉽게 받아들일 수 있기 때문에 우리는 로봇을 만들어보는데 필요한 아두이노 기초를 배우는 시간을 가졌다.

“4차 산업혁명”은 무엇일까?

어느샌가 TV나 유튜브, 거리의 광고들, 백화점에서 파는 가전제품과 같은 우리의 일상 속으로 “사물인터넷, 가상현실, 인공지능, 3D 프린터”와 같은 말을 발견하곤 한다. 그리고 위와 같은 말들과 함께, “우리는 4차 산업혁명 시대에 살고 있습니다.”라는 말을 보기도 한다. 그렇다면 대체 4차 산업혁명이란 무엇일까?

오늘날과 같은 4차 산업혁명이 생기기 이전 1차, 2차, 3차 산업혁명을 거쳐왔기에 지금의 시대가 존재할 수 있었다. 그렇다면 이전에는 어떠한 혁명을 거쳐왔을까? 먼저 1차 산업혁명은 증기기관 기반의 기계화 혁명을 이야기한다. 이로 인해 농업 시절과는 비교할 수 없을 만큼 수준 높은 기계들이 등장했고, 이는 인간을 노동에서 해방시켜 주었다. 그 이후 2차 산업혁명은 전기 에너지를 기반으로 하여 대량생산을 불러올 수 있었다. 전기를 통해 전력을 생산하고 이를 공장의 동력 에너지로 바꾸면서 이전보다 효율적인 생산이 가능해졌고, 이로 인해 더 많은 사람들이 소비의 주체가 될 수 있는 환경이 조성되었다. 그리고 반세기가 조금 넘는 시간이 지난 후 나타난 3차 산업혁명은 컴퓨터와 인터넷 기반으로 하여 지식 정보 혁명을 불러왔다. 3차 산업혁명으로 인해 컴퓨터와 인터넷이 대중화되고, 그에 따라 대중들은 정보에 쉽게 접근할 수 있게 되었으며, 공장들은 생산 시스템을 자동화할 수 있었다.

그렇다면 지금 우리는 어떤 시대에 살고 있는 것일까? 우리가 살고 있는 4차 산업혁명 시대는 IoT(사물인터넷), 인공지능을 기반으로 우리 주위의 모든 물체가 더 이상 수동적인 명령에만 작동하는 것이 아닌 사용자를 위한 최적의 상태를 유지할 수 있도록 지능화된 혁명 시대를 말한다. 2016년 1월, 스위스에서 열린 세계경제포럼에서 최초로 언급되어 데이터에 의한 인공지능을 기반으로 모든 사물이 지능화되고 그에 따라 개인화되며, 다양한 융합의 가능성 등을 함께 이야기했다. 이러한 데이터 기반의 혁명은 경제, 사회문화, 교육 전반에 영향을 주었으며, 또한 인간은 과거의 기술 발전에 비루어 현재 우리가 어떤 시대에 살고 있는지 선언하기에 이른 것이다.

로봇이 감정을 가질 수 있을까? - 영화 ‘바이센테니얼 맨’

인간 형태를 가진 가사용 로봇을 당연하게 모두가 사용하는 미래 시대를 배경으로 하는 영화 ‘바이센테니얼 맨’은 앤드류라는 애칭을 가진 NDR-114 타입의 로봇이 점점 인간과 같은 모습을 가지게 되는 이야기를 보여준다. 앤드류는 기존의 로봇과 다르게 ‘창의성’을 가지고 있어 고용주의 딸에게 나무 조각품을 선물해 주기도 한다. 사람들과 교류하며 기쁨, 슬픔, 사랑 등 다양한 감정을 느끼게 된 로봇 앤드류는 자기 자신을 인간이라 스스로 선언하고 인간과 더 닮아지기 위해 점점 더 사람과 가까운 모습을 가지게 된다. 영화 ‘바이센테니얼 맨’을 통해 우리들은 인간과 로봇의 차이점에 대해 고민해보고 감정을 표현하는 로봇에 대해 생각해보는 시간을 가졌다.

나를 닮은 로봇 만들기

인간도 로봇도 우리가 살아가는 환경 속에서 데이터를 얻고, 그것에 반응하고, 문제가 생기면 해결한다. 로봇과 같은 기계는 어떤 과정을 통해, 어떻게 반응할 수 있는 걸까? 그래서 우리는 데이터에 의한 반응을 직접 알아보기 위해 외부 데이터를 기반으로 움직이고 반응하는 로봇을 4번의 수업에 걸쳐 만들어보는 시간을 가졌다. 첫 번째 수업에서는 네오픽셀을 통한 눈을, 두 번째 시간에서 센서를 통한 감각기관, 세 번째 시간에서 무선통신을 통한 소통, 마지막 수업에서는 모터를 통한 몸의 움직임을 구현하고, 이러한 센서를 통해 움직일 수 있는 로봇 본체를 만드는 것을 계획하였다.

”HELLO WORLD!” 아두이노와 친구가 되어보자!

직접 감정을 표현하는 로봇 기관을 만들어보기에 앞서, 우리들은 먼저 아두이노란 무엇인지, 그리고 아두이노를 이루고 있는 다양한 부품들과 코딩을 배우는데 활용하는 사이트 ‘tinkercad’에 대해 알아보았다. 일반인들도 쉽게 다양한 장치나 로봇을 만들 수 있도록 제작된 아두이노는 오픈 소스를 기반으로 한 단일 보드 마이크로 컨트롤러이다. 우리들은 여러 가지 함수를 통해 아두이노에게 작동 명령을 내리고, 노트북과 연결하여 전원을 공급해 직접 입력된 코드가 수행되는 모습을 지켜볼 수 있었다. pinMode, digitalWrite, digitalRead 등 아두이노를 작동시키는데 주로 사용하는 핵심 함수들에 대해 공부하고, 아두이노가 받을 수 있는 신호인 아날로그와 디지털 신호의 차이점을 알아보았다.

어려운 코드도 척척 ! ‘tinkercad’

아두이노를 작동시키는 코드와 명령어는 영어로 이루어져 있어 처음부터 코드를 보고 아두이노를 공부하기란 쉬운 길이 아니다. 우리는 이러한 코드의 짜임새와 구조를 쉽게 이해하기 위해 ‘tinkercad’라는 사이트(https://www.tinkercad.com/)를 이용하였다. 다양한 명령어들을 이해하기 쉽도록 블록 코딩의 형태로 설명해주고, 여러 가지 센서들을 작동시킬 수 있는 아두이노 연결에 대한 예시를 그림으로 한눈에 보여주는 ‘tinkercad’를 통해 브레드보드, LED, 버튼 등의 센서를 알아보고, 이를 작동시키는 코드의 원리를 파악하는 시간을 가졌다.

네오픽셀을 이용하여 나만의 표정을 만들어보자!

기본적인 센서들을 다루는 코드들에 대해 살펴본 후, 다양한 표정을 나타낼 수 있는 감각기관 중 하나인 ‘눈’을 만들기 위해 우리는 네오픽셀이라는 센서에 대해서 알아보았다. 네오픽셀은 한 가지 색깔만을 출력하는 기본적인 LED와는 다르게 많은 LED를 제어할 수 있고, 이를 통해 다양한 색깔을 표현할 수 있는 센서이다. 우리는 네오픽셀을 제어하기 위해 라이브러리가 설치된 코드 파일을 함께 보며 작동원리에 대해 이해하는 시간을 가진 후, 코드를 일부분 수정하여 출력되는 LED의 개수와 색깔 등을 조정하여 직접 나만의 표정을 만들어보는 시간을 가졌다.

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