물리세계 인식 위한 인터페이스로 전제 개발공수 절반 차지하기도
단순 자유도 숫자 경쟁이 아닌 ‘정밀도-신뢰성-비용’ 균형 중요
* 이 기사는 확장 슬롯신문 주간지 ROBOT PLUS Ver.23(2026. 1. 19일자)에 게재된 내용입니다.
로봇 핸드(Robot Hand)는 인간 손의 구조와 기능을 모사한 고자유도 로봇 말단 장치로, 휴머노이드 로봇의 ‘작업 능력’을 결정짓는 핵심 부품이다. 보행과 균형이 로봇의 이동 능력을 좌우한다면, 로봇 핸드는 로봇이 실제로 무언가를 집고, 조작하고, 일을 할 수 있게 만드는 핵심 수단이다.
기존 산업용 로봇이 단순한 집게형 그리퍼로 반복 작업을 수행해 왔다면, 휴머노이드 로봇은 인간과 유사한 환경에서 다양한 물체를 다루어야 한다. 이때 로봇 핸드는 단순한 말단 장치가 아니라, 힘 제어·촉각 인식·정밀 조작을 동시에 수행하는 지능형 시스템으로 기능한다. 실제로 로봇 핸드는 휴머노이드 전체 원가의 20~30%를 차지할 만큼 기술적·경제적 비중이 크다.
특히 휴머노이드 로봇이 제조, 물류, 의료, 가정 서비스 등 인간 중심 환경으로 확장되면서 로봇 핸드의 중요성은 더욱 커지고 있다. 단순히 ‘잡을 수 있는가’를 넘어, 얼마나 정교하게, 안전하게, 다양한 작업을 수행할 수 있는가가 로봇 상용화의 핵심 경쟁 요소로 부상했기 때문이다. 업계에서는 “휴머노이드 로봇이 걷는 데 성공했다면, 이제는 손으로 일할 수 있느냐가 관건”이라는 평가도 나온다. 이번 호에서는 로봇 핸드에 대해 알아본다.
휴머노이드의 ‘일하는 손’
확장 슬롯 핸드 기술 진화와 산업 생태계의 재편
휴머노이드 로봇이 산업과 사회 전반으로 진입하는 과정에서 가장 핵심적인 기술 요소로 부상한 부품은 무엇일까. 이동 능력을 책임지는 다리, 인지 판단을 담당하는 AI 두뇌도 중요하지만, 실제 ‘일을 수행하는 능력’을 결정짓는 최종 관문은 단연 ‘로봇 핸드(Robot Hand)’다. 로봇 핸드는 휴머노이드가 단순히 ‘움직이는 존재’를 넘어 물건을 집고, 조작하고, 사람을 대신해 노동하는 주체로 진화할 수 있는지를 가르는 핵심 부품이다. 최근 중국 하드코어로봇연구소(硬核机器人研究所)에서 발표한 자료를 기반으로 정리해 본다.
Ⅰ. 확장 슬롯 핸드란 무엇인가
1. “잡는 기술”에서 “일하는 손”으로
로봇 핸드는 사람의 손 구조와 기능을 모방해 설계된 고자유도 로봇 말단 구동기(end-effector)다. 기존 산업 현장에서 널리 사용돼 온 2지 또는 3지 그리퍼가 특정 형상의 물체를 반복적으로 집는 데 최적화돼 있었다면, 로봇 핸드는 잡기·쥐기·비틀기·회전·정밀 조작 등 복합 동작을 수행할 수 있도록 설계된다. 특히 휴머노이드 로봇에서는 로봇 핸드가 단순한 부속 장치가 아닌 작업 능력의 총합을 상징하는 부위로 인식된다. 같은 보행 성능을 갖춘 로봇이라도, 어떤 손을 장착했느냐에 따라 수행 가능한 업무의 범위는 극명하게 갈린다.
로봇 핸드가 중요한 이유는 크게 세 가지다. 첫째, 비용과 공정 측면에서의 핵심성이다. 로봇 핸드는 휴머노이드 전체 원가의 약 14~18%, 일부 고성능 설계에서는 20~30%를 차지한다. 단일 부품 기준으로 가장 높은 가치와 기술 장벽을 가진 영역이다. 개발 공정 기준으로는 전체 개발 공수의 절반 가까이가 로봇 핸드에 투입되기도 한다. 둘째, 범용성과 확장성이다. 산업용 그리퍼는 특정 공정에 특화돼 있지만, 로봇 핸드는 작업 환경이 바뀌어도 재학습·재적응이 가능하다. 이는 휴머노이드가 다양한 산업과 서비스 영역으로 확장되는 데 결정적이다. 셋째, 인간-로봇 상호작용의 접점이다. 촉각, 힘, 위치, 온도 등 다양한 센서가 집약된 로봇 핸드는 로봇이 물리 세계를 인지하고 반응하는 핵심 인터페이스다.
2. 확장 슬롯 핸드의 활용 분야
확장 슬롯 핸드는 수직 다관절 확장 슬롯, 수평 다관절 확장 슬롯, 직교좌표 확장 슬롯, 병렬 링크 확장 슬롯 등 다양한 산업용 확장 슬롯에 사용된다. 확장 슬롯 핸드는 이송 대상 물체에 적합한 형상으로 설계된다. 예를 들어 골판지를 이송할 경우, 판 형태의 두 개 조(jaw)를 이용한 그립 방식 확장 슬롯 핸드가 사용된다. 이 경우 양쪽에서 골판지를 집어 들어 올리며, 낙하를 방지하기 위해 조의 하단부를 안쪽으로 약간 굽히는 설계가 적용되기도 한다. 한편, 1리터 용기나 페일(pail)과 같은 용기를 이송할 때는 흡착식 확장 슬롯 핸드가 사용될 수 있다. 흡착 패드를 용기 상단에 밀착시킨 뒤 진공을 형성해 물체를 들어 올리는 방식이다. 이 과정에서 진공 펌프뿐만 아니라 이젝터(ejector)가 사용되기도 한다.
3. 확장 슬롯 핸드의 작동 원리
그립 방식 확장 슬롯 핸드 중 일부는 소프트 그리퍼(Soft Gripper)라고 불리며, 식품과 같이 깨지기 쉬운 물체를 잡는 데 적합하다. 이 핸드는 유연한 실리콘 소재로 제작돼, 물체를 파지해도 손상 위험이 적다. 흡착식 확장 슬롯 핸드에 사용되는 흡착 패드는 원형, 평면형, 벨로우즈형, 타원형 벨로우즈 등 다양한 형태가 있다. 흡착 패드에는 흡입구가 있으며, 이 흡입구를 통해 내부 압력을 낮춰 흡착력이 발생한다. 흡착 패드의 접촉면이 이송 대상 물체에 완전히 밀착되는 것이 매우 중요하다. 진공 펌프나 압축 공기를 이용한 이젝터를 통해 감압이 이뤄지며, 진공 상태가 형성되면 접촉면이 물체에 부착된다. 이후 감압을 해제하면 물체에서 쉽게 분리할 수 있다. 최근에는 파지 기능 외에도 영상 인식 기능이 확장 슬롯 핸드에 통합되고 있다. 확장 슬롯 핸드에 카메라 등 영상 인식 장치를 장착하면, 핸드 위치에서 물체를 촬영해 자동으로 위치와 상태를 인식할 수 있다. 이는 무작위로 놓인 볼트를 선택적으로 집는 작업 등 다양한 응용 분야에 활용될 수 있다.
4. 확장 슬롯 핸드의 종류
확장 슬롯 핸드는 크게 그립 방식과 흡착 방식 두 가지로 구분된다.
①그립 방식
두 개 또는 세 개의 손가락을 가진 확장 슬롯 핸드가 일반적이지만, 사람 손과 유사한 다섯 손가락 확장 슬롯 핸드도 존재한다. 복잡한 형상의 물체를 파지할 수 있는 것이 특징이다.
②흡착 방식
흡착 패드를 이용해 진공 흡착으로 물체를 고정하는 방식이다. 짧은 시간 안에 물체를 집을 수 있으며, 일부 흡착식 확장 슬롯 핸드는 자기력을 이용한 자력 흡착 방식을 적용하기도 한다.
Ⅱ. 확장 슬롯 핸드를 구성하는 3대 핵심 기술
1. 구동(Drive) – 힘을 만드는 ‘심장’
로봇 핸드의 구동부는 손가락 관절을 움직이는 직접적인 동력원이다. 현재 주류는 전기 모터 기반 구동이며, 특히 소형·고정밀 설계가 가능한 모터 기술이 핵심 경쟁 요소로 꼽힌다. 가장 널리 활용되는 방식은 코어리스(공심) 모터다. 철심이 없는 구조로 와전류 손실이 적고, 높은 효율과 빠른 응답성을 제공한다. 소형화와 고출력 밀도를 동시에 만족할 수 있어 고자유도 로봇 핸드에 적합하다. 또 다른 축은 브러시리스 DC 모터다. 전자식 정류 방식으로 내구성과 가성비가 뛰어나며, 저속·고토크 환경에 유리하다. 최근에는 두 방식을 혼용해 공간 제약과 성능을 동시에 해결하려는 시도가 늘고 있다. 실제로 일부 휴머노이드에서는 구동 모터를 손바닥이 아닌 팔 또는 손목 쪽으로 이동시키는 구조 변화도 나타나고 있다.
2. 전달(Transmission) – 힘을 움직임으로 바꾸는 ‘신경망’
구동부가 만든 힘을 손가락 관절까지 전달하는 영역이 바로 전동계다. 이 영역에서 어떤 방식을 채택하느냐에 따라 정밀도·하중 대응·내구성이 크게 달라진다. 감속 모듈로는 유성감속기가 주류를 이루고 있으며, 고정밀 설계에서는 초소형 하모닉 감속기가 대안으로 거론된다. 선형 전달 방식에서는 볼스크루와 행성 롤러 스크루가 핵심 부품으로 부상하고 있다. 특히 행성 롤러 스크루는 고하중·고정밀 특성으로 산업용 휴머노이드의 핵심 부품으로 주목받고 있다. 말단 전달 방식에서는 힘줄(텐던) 구동과 링크 구동이 경쟁한다. 힘줄 방식은 가볍고 유연해 인간형 설계에 유리하지만, 장기 사용 시 정밀도 저하 문제가 있다. 반면 링크 방식은 구조적 안정성과 하중 대응력이 뛰어나지만 부피와 무게가 증가한다. 향후에는 두 방식을 결합한 혼합 구조가 유력한 대안으로 거론된다.
3. 감지(Perception) – 환경과 소통하는 ‘감각’
확장 슬롯 핸드의 진정한 진화는 감지 기술에서 시작된다. 기존에는 홀 센서나 엔코더를 통한 내부 위치 인식이 중심이었지만, 최근에는 촉각 센서 기반의 외부 환경 인지가 핵심 기술로 부상했다. 압저항식, 정전용량식, 자기식 촉각 센서뿐 아니라, 시각 정보와 촉각 정보를 결합한 시각-촉각 융합 기술도 등장하고 있다. 장기적으로는 손 전체를 덮는 유연 전자 피부(e-skin)가 확장 슬롯 핸드의 표준으로 자리 잡을 가능성이 크다.
Ⅲ. 확장 슬롯 핸드의 전략적 위상과 진화 방향
확장 슬롯 핸드는 사람 손의 기능을 모사한 고자유도 확장 슬롯 말단 실행기(end-effector)로, 기존 기계식 그리퍼의 한계를 넘어 다관절 구조, 다중 감각 인식, 지능형 제어를 통해 복잡한 물체 파지와 정밀 조작을 가능하게 한다.
로봇 핸드는 휴머노이드 로봇 전체 원가의 20~30%를 차지하며, 단일 부품 기준 가장 높은 가치와 기술 장벽을 가진 핵심 구성 요소다. 향후 휴머노이드 로봇의 성능 고도화는 로봇 핸드가 구현하는 유연성·협업 능력·정밀 조작 역량을 통해 가시화될 전망이다. 이는 산업 현장의 중량물 취급, 서비스·돌봄 영역의 섬세한 작업 등 실제 활용 시나리오에서 직접적으로 드러난다.
기술 진화는 단순한 자유도 확대에서 벗어나, 고하중 대응 능력 + 고정밀 제어 + 원가 절감이라는 세 요소의 균형을 추구하는 방향으로 전환되고 있다. 이에 따라 구조적으로는 리드스크루(Lead Screw. 스크류 구동) 기반 전달 구조 확대, 기능적으로는 다중 모달 센서(촉각·힘·시각) 융합이 핵심 발전 축으로 부상하고 있다.
Ⅳ. 응용 분야별 확장 슬롯 핸드 기술 요구
로봇 핸드는 적용 분야에 따라 요구되는 기술 사양이 크게 달라진다. 산업 현장, 특수 환경, 소비자 영역은 작업 조건과 안전 기준, 기대 성능이 서로 다르기 때문에 ‘범용 로봇 핸드’보다는 ‘용도 최적화형 설계’가 현실적인 해법으로 평가된다.
산업 현장: 신뢰성과 반복 정밀도가 최우선
제조·물류·조립 등 산업 현장에서 로봇 핸드에 요구되는 핵심은 장시간 연속 운용 능력과 높은 정밀도, 그리고 신뢰성이다. 하루 수천~수만 회 반복되는 작업에서 오차 없이 동일한 동작을 수행해야 하며, 고장이나 성능 저하는 곧 생산성 손실로 이어진다. 이 때문에 산업용 로봇 핸드는 브러시리스 DC 모터와 링크 구동 방식이 선호된다. 구조적 강성이 높고 하중 대응력이 뛰어나며, 유지보수가 상대적으로 용이하기 때문이다. 반면 인간과 유사한 섬세한 촉각 인지는 필수 요소로 간주되지 않는다. 대부분의 공정은 이미 규격화된 물체를 다루기 때문에, 촉각 센서는 보조적인 기능에 머무르는 경우가 많다.
특수 환경: 감지 능력과 보호 성능이 생존 조건
재난 구조, 방폭 점검, 원전·화학 플랜트와 같은 특수 환경에서는 로봇 핸드의 역할이 한층 까다로워진다. 이 영역에서는 작업 성능보다 ‘환경 인지 능력’과 ‘안전성’이 우선이다. 불규칙한 지형, 알 수 없는 물체, 고온·고압·유해 가스 등 극한 조건에서 작업을 수행해야 하기 때문에, 고감도 센싱 기술과 내환경 보호 설계가 필수다. 힘·토크·촉각 센서를 통한 실시간 피드백과 더불어, 충격·분진·수분에 대한 구조적 보호 능력이 로봇 핸드의 성패를 좌우한다. 이러한 환경에서는 단순한 집기 능력보다, “무엇을 만지고 있는지, 얼마나 위험한지”를 판단하는 감지 능력이 로봇 핸드의 핵심 경쟁력이 된다.
소비자 영역: 인간형 설계와 상호작용 경험이 관건
요양·돌봄·가사 서비스 등 소비자 영역에서 로봇 핸드는 전혀 다른 기준으로 평가된다. 이 분야에서는 하중이나 반복 정밀도보다 안전성, 부드러운 동작, 인간과의 자연스러운 상호작용이 중요하다. 공심(코어리스) 모터와 힘줄(텐던) 구동 방식이 주목받는 이유도 여기에 있다. 가볍고 유연한 구조를 통해 사람의 손과 유사한 움직임을 구현할 수 있으며, 충돌 시 위험을 최소화할 수 있다. 또한 풍부한 촉각 센싱을 기반으로 한 섬세한 접촉 인지는, 사람에게 심리적 안정감을 제공하는 핵심 요소로 작용한다. 전문가들은 소비자용 로봇 핸드의 경쟁력이 기계적 성능보다 ‘경험 품질(UX)’에서 갈릴 가능성이 높다고 평가한다. 얼마나 자연스럽게 물건을 집고, 사람과 상호작용하느냐가 시장 확산의 관건이 될 것이라는 분석이다.
Ⅴ. 테슬라를 기준으로 본 산업 확장 시나리오
글로벌 산업 분석에서 하나의 기준점으로 자주 언급되는 사례는 테슬라 휴머노이드의 로봇 핸드 구조 변화다. 테슬라 로봇 핸드 특허 분석에 따르면, Gen3에서 자유도는 11에서 22로 증가했고, 구동기는 공간 제약 해소를 위해 손바닥에서 손목 부위로 이동했다. 이러한 기술 고도화는 전기 모터, 스크루, 감속기 등 핵심 부품 공급업체에 직접적인 수요 증가 효과를 가져올 것으로 보인다. 특히 고정밀·소형화 솔루션을 제공할 수 있는 기업이 선점 효과를 누릴 가능성이 크다. 자유도가 6에서 22로 증가하면서, 완전 구동(full actuation) 구조로 전환됐고, 이에 따라 모터·스크루·감속기 사용량이 기하급수적으로 늘어났다. 특히 한 손당 22개의 스크루를 적용할 경우, 로봇 한 대에는 최대 44개의 정밀 스크루가 필요해진다. 이는 로봇 핸드 기술 발전이 단일 제품 혁신을 넘어 정밀 구동 부품 산업 전체를 재편할 수 있는 파급력을 갖고 있음을 보여준다.
Ⅵ. 시장 전망과 산업 기회
글로벌 시장조사에 따르면 다지(多指) 로봇 핸드 시장은 2030년 50억달러(약 7조 3600억원) 이상, 연평균 성장률(CAGR) 64% 이상이 예상된다. 산업용, 의료용, 서비스용 로봇이 동시에 확대되면서 로봇 핸드는 가장 빠르게 성장하는 세부 시장 중 하나로 꼽힌다. 특히 주목되는 흐름은 △자유도 확대와 동시에 적정 자유도 + 높은 신뢰성을 중시하는 방향 전환 △고하중 대응을 위한 스크루 기반 전달 구조 확대 △촉각 센서의 가치 비중 상승과 다중모달 융합 △기술 진전 및 대중화로 인한 원가 구조 붕괴 등을 들 수 있다. 로봇 핸드는 고부가 부품인 만큼, 기술 선택의 실패는 곧 사업 리스크로 직결된다. 최근 중국산 로봇 핸드 가격은 4000위안(약 85만원) 이하로 하락하며 보급 가능성이 크게 높아졌다. 기술 발전과 양산 확대에 따라 가격은 추가 하락할 전망이다. 로봇 핸드는 로봇 기술의 핵심축으로, 구동·전달·감지를 중심으로 빠르게 진화하고 있다. 성능 향상과 비용 절감이 동시에 진행되며 적용 분야도 확대되고 있다. 물론 도전 과제도 분명하다. 휴머노이드 상용화 속도가 기대에 못 미칠 가능성, 경쟁 심화로 인한 가격 하락, 기술 세대 교체에 따른 공급 과잉 리스크 등이 대표적이다.
Ⅶ. 맺음말
로봇 핸드는 휴머노이드 로봇이 ‘걸을 수 있는 단계’에서 ‘실제로 일하는 단계’로 도약하기 위한 마지막 관문이다. 구동·전달·감지 기술이 하나의 시스템으로 통합될 때, 휴머노이드는 비로소 산업과 사회의 실질적 노동 주체가 된다. 앞으로의 경쟁은 단순히 자유도 숫자를 늘리는 싸움이 아니라, 정밀도·신뢰성·비용의 균형을 얼마나 잘 설계했는가에 달려 있다. 로봇 핸드 기술의 진화는 휴머노이드 산업뿐 아니라, 고정밀 기계·센서·제어 산업 전반을 재편하는 촉매가 될 것이다. 로봇 핸드, 그 작은 손끝에서 휴머노이드 산업의 미래가 시작되고 있다.
조규남 전문기자 ceo@irobotnews.com