더 나은 재활용 로봇을 만들기 위한 Apple의 노력

TechCrunch는 지난주 Apple의 텍사스 오스틴 제조 시설을 방문했습니다. 2013년부터 Apple은 오스틴 시내에서 북쪽으로 약 20분 거리에서 Mac Pro 데스크톱을 제조해 왔습니다. 40만 평방피트 규모의 이 시설은 여러 산업 단지가 밀집한 지역에 자리 잡고 있으며, 현재 건설 중인 Apple의 기업 캠퍼스에서 남쪽으로 조금만 가면 나옵니다. 오스틴은 최근 몇 년 동안 인근 텍사스 오스틴 대학교를 중심으로 거대한 인재 풀이 형성되면서 기술 혁신의 중심지로 변모했습니다.

2019년에는 10억 달러 규모의 새로운 캠퍼스 건설이 시작되었습니다. 2022년 1단계가 완료된 직후, Apple은 2025년 3월에 완공될 예정인 추가 확장 계획을 발표했습니다. 오스틴 캠퍼스는 총 133에이커 규모로, 175에이커 규모의 쿠퍼티노 본사와 맞먹는 규모입니다.

이미지 출처: Brian Heater

한편 Mac Pro의 존재는 미국 내 제조업 확장을 위한 Apple의 노력과 직접적인 관련이 있습니다. 이러한 움직임으로 이 지역에 약 900개의 일자리가 창출되었으며, Apple의 가장 프리미엄급 데스크톱인 악명 높은 “휴지통” 버전이 생산되었습니다. 팬데믹 직전에 Apple은 이 모델의 후속 제품도 오스틴에서 생산할 것임을 확인했습니다.

입구에서 간단한 보안 검색을 마치면 수백 대의 대형 “치즈 강판” 데스크톱으로 가득 찬 조립 라인이 방문객을 맞이합니다. 그 너머에는 바닥부터 천장까지 닿는 산업용 선반 장치가 줄지어 늘어서 있으며, 그 안에는 고가의 시스템이 가득 든 눈에 띄지 않는 골판지 상자가 쌓여 있습니다.

슈트와 조각

이미지 출처: Apple

그 너머에는 소규모 재활용 시설이 있습니다. 이곳에는 중간 규모의 산업용 전자 폐기물 분류 시스템이 있습니다. 미로처럼 얽힌 금속 슈트는 고출력 자석을 사용하여 수명이 다한 Apple 기기에서 금속과 희토류를 추출합니다. 실제 전자 폐기물 분류는 대부분 다른 제3자 전자 폐기물 관리 시설에서 이루어집니다. 이 특정 시스템은 Apple이 진행 중인 프로세스 개선 노력에 활용됩니다.

이러한 프로젝트는 Apple이 공급망 프로세스를 2030년까지 탄소 중립화하려는 노력의 핵심 요소입니다. 이 캠페인은 글로벌 기업 운영에서 탄소 중립을 달성하기 위한 Apple의 기존 노력과 유사합니다. 이러한 노력을 기울이는 것은 Apple만이 아닙니다. Microsoft, Samsung, Google과 같은 경쟁업체들도 배출량 감 reduction을 위한 유사한 목표를 발표했습니다.

앞으로 로봇 공학은 이러한 노력에서 점점 더 중심적인 역할을 맡게 될 것입니다. Amp Robotics 및 Glacier와 같은 스타트업이 최근 몇 년 동안 등장하여 자동화와 AI 기반 비전 시스템을 결합하여 분류 효율성을 높이고 전자 폐기물의 순환 루프를 구축하는 데 도움을 주고 있습니다. 물론 훌륭한 목표이지만, 기술적 효율성과 소비자 참여는 아직 갈 길이 멉니다.

매우 특별한 기술 세트

Liam 1.0

이미지 출처: Brian Heater

Apple의 대외적인 로봇 공학 노력은 Amazon과 같은 기업에 비해 상대적으로 미미했지만, 자동화는 10년 이상 기기 재활용 노력에서 일정 부분 역할을 해왔습니다. 팀 쿡은 2016년 3월 iPad Pro 키노트에서 Apple의 최신 지속 가능성 노력을 분석하며 행사의 시작을 알렸습니다. 뉴스 중에는 Apple이 분류 노력에 최첨단 로봇 공학을 활용하려는 최신 시도인 Liam이 있었습니다. 해당 이벤트에서 데뷔한 로봇은 실제로 Apple이 2013년부터 비공개로 시험 운영하기 시작한 로봇을 업데이트한 Liam 2.0이었습니다.

Liam 2.0

이미지 출처: Brian Heater

Liam 1.0은 아직 한창 개발 중인 로봇이었고(지금까지 Apple의 모든 로봇 공학 노력에 쉽게 적용할 수 있는 레이블), Apple은 이제 1세대 시스템을 “연구 프로젝트”라고 부릅니다. 케이지형 시스템인 Liam은 Fanuc 산업용 로봇 팔을 활용하여 폐기된 iPhone 5의 부품을 분리하도록 설계되었으며, 작업을 완료하는 데 12분이 걸렸습니다.

10분 이상 걸리는 프로세스는 그 해 미국인들이 버린 휴대폰 1억 3,300만 대(이 중 11%가 재활용됨)를 생각하면 큰 의미가 없습니다. Liam 1.0을 실제로 가동하는 데 있어 잠재적인 가능성은 시스템의 확장성이 떨어진다는 사실 때문에 더욱 제한적이었습니다.

흡착판이 있는 Liam 2.0

이미지 출처: Brian Heater

Liam 2.0은 2015년 1월부터 비공개로 가동되기 시작했습니다. 이 시스템은 눈에 띄는 개선을 이루었습니다. 이전 모델보다 크기는 작아졌지만 프로세스 시간을 11초로 대폭 단축했습니다.

“자동 분해 시스템은 연간 120만 대의 iPhone을 분해할 수 있는 기능을 갖춘 iPhone 6용으로 맞춤 제작되었습니다.”라고 Apple은 2016년 백서에서 언급했습니다. “Liam의 출력 구성 요소는 현재 원하는 규모나 순도로 회수할 수 없는 재료를 회수하기 위해 최종 처리 재활용 기술 조사에 사용됩니다. Liam은 사전 처리 기술에 대한 Apple의 투자를 보여줍니다.”

하지만 효율성이 크게 개선되었음에도 불구하고 Liam 2.0은 2016년 5월에 짧은 수명을 마감했습니다. Apple이 후임 로봇을 배치하기까지는 6개월이 더 걸렸습니다.

120만 대를 위해 제작된 로봇

이미지 출처: Brian Heater

Apple 대변인에 따르면 Apple 로봇의 이름은 모두 사내 유머에서 시작됩니다. Liam의 경우처럼 처음에는 매우 의아스러운 약어로 만들어진 경우도 있습니다.

“기본적으로 우리는 모두 환경이나 로봇 공학에 열광하는 사람들입니다.”라고 환경 및 공급망 혁신 담당 부사장인 Sarah Chandler는 TechCrunch에 말했습니다.

“아마도 Apple에서 유일하게 괴짜들이 이름을 지을 수 있는 분야일 것입니다.”라고 재활용 혁신 엔지니어인 Patrick Wieler가 덧붙였습니다. “마케팅 부서에서는 이름을 짓지 않았습니다.”

Apple이 이후 기기에서 탭틱 엔진을 추출하기 위해 “Dave”라는 시스템을 배치했음에도 불구하고, Apple은 두 로봇 모두 아서 C. 클라크의 로봇 경고 이야기인 _2001 스페이스 오디세이_를 참조한 것이 아니라고 단언합니다.

최신 로봇은 프로세스에 약간의 시간을 더 추가하여 현재 4초가 소요됩니다.

그러나 Daisy는 100피트에 걸쳐 29대의 로봇이 필요했던 Liam의 전체 설치 공간을 4개의 기본 모듈로 대폭 줄이는 동시에 재료 출력 스트림 수를 8개에서 15개로 늘렸습니다. 하지만 가장 큰 개선 사항은 단일 iPhone 모델(Liam 2.0의 경우 iPhone 6)에서 여러 모델로 호환성이 향상되었다는 것입니다. Apple은 Daisy가 출시된 이후 7년 반 동안 이 수치를 지속적으로 업데이트해 왔습니다. 이 로봇은 현재 1년 반 전 18개 모델에서 증가한 29개 모델을 처리합니다.

Liam 1.0과 Daisy의 사이클 시간이 크게 다른 이유 중 하나는 분리 프로세스를 근본적으로 재고했기 때문입니다. 최초 로봇은 다양한 구성 요소를 조심스럽게 나사를 풀어 분리했지만, 최신 버전은 일종의 무차별 대입 방식을 사용합니다. 이제 로봇이 구성 요소를 “펀치 아웃”합니다. 휴대폰을 효과적으로 분해하는 것이 훨씬 빠르다는 것이 밝혀졌고, 결과물은 훨씬 덜 예쁘지만 폐기된 휴대폰이 어떻게 생겼는지는 아무도 신경 쓰지 않습니다. 어차피 수리되는 것이 아니라 용해되기 때문입니다.

4개의 챔버

이미지 출처: Brian Heater

Daisy는 작은 추출 부품으로 점차 채워지는 높은 골판지 상자 두 줄 앞 바닥의 차단된 구역에 있습니다. 이 시스템은 작동 시 금속을 펀칭하는 소리와 유압 장치의 쉿 소리가 섞여 시끄럽습니다. 귀마개를 착용해야 할 정도로 시끄럽지는 않지만(물론 착용하는 것이 좋습니다), 근처에서 인터뷰를 시도하는 것은 권장하지 않습니다.

Daisy는 이전 로봇보다 크기가 훨씬 작지만 여전히 위압적이며, 길이가 33피트에 달합니다. 많은 산업용 로봇과 마찬가지로 구성 요소는 보호 구조물 내부에 보관되어 크고 육중한 금속 시스템과 연약한 사람의 살이 부딪히는 것을 방지합니다. 하지만 사람이 여전히 개입하여 3~4명이 각기 다른 스테이션을 관리합니다. 이 시스템은 산업용 금속 프레임이 있는 4개의 대형 유리 상자로 구성되어 있습니다.

프로세스는 작업자가 iPhone 한 바구니를 슈트에 넣으면 시작되고, 그러면 Daisy가 iPhone을 컨베이어 벨트에 한 번에 하나씩 올려놓습니다. 그런 다음 온보드 이미징 시스템이 모든 기기를 스캔합니다. 기기가 뒤집힌 상태로 시스템에 들어온 것이 감지되면 처음부터 다시 시작합니다. 로봇 시스템을 사용하여 기기를 바로 세우는 대신, 각 기기는 앞면이 아래로 향할 때까지 이 프로세스를 반복하며, 예상대로 확률은 50%입니다.

기기가 올바른 방향으로 시스템에 들어오면 이미징과 머신 러닝을 함께 사용하여 모델 유형을 식별하고, Daisy는 그에 따라 처리합니다. Liam의 Fanuc 암은 Mitsubishi 모델로 교체되었습니다. 대부분의 산업용 로봇 팔과 마찬가지로 이 암도 처음에는 자동차 제조를 염두에 두고 설계되었습니다.

자동차 산업은 산업 자동화를 구축한 지 수십 년이 되었기 때문에 다른 모든 산업보다 앞서 있습니다. 첫 번째 로봇 팔이 휴대폰을 집어 패드에 올려놓으면 두 번째 로봇 팔이 이를 집어 금속 브래킷에 넣은 다음 기기에서 디스플레이를 떼어냅니다.

두 번째 챔버는 -80°C(-112°F)로 유지되는 산업용 냉각 장치에서 나오는 안개가 육안으로 확인되어 4개의 챔버 중 가장 시각적으로 눈길을 끕니다. 물론 이는 Apple에서 iPhone에 권장하는 주변 온도인 32°~95°F(0°~35°C)보다 훨씬 낮습니다. 사실 배터리 접착제가 떨어질 정도로 춥습니다. Daisy는 극저온에 기기를 노출시킨 후 배터리를 강제로 빼냅니다. 두 번째 작업자가 이 스테이션에 서서 작업을 모니터링하고 폐기된 배터리를 회수합니다.

세 번째 챔버 내부에서 Daisy는 작은 나사를 빼내어 개별 부품을 분리하는 작업을 수행합니다. 여기서 무차별 대입 방식이 진정한 효력을 발휘합니다. 펀칭은 로봇을 사용하여 각 부품의 나사를 하나씩 푸는 것보다 훨씬 빠릅니다. 네 번째이자 마지막 챔버에 들어가면 회전 도구가 개별 부품을 긁어내어 진동 스크린 메시 위로 떨어뜨립니다. 그러면 부품이 분리됩니다.

그런 다음 부품은 크고 회전하는 표면으로 떨어지고, 다른 작업자가 부품을 다른 부품 더미로 분류하는 작업을 수행합니다. 더미가 가득 차면 근처의 골판지 상자에 비워지고, 상자가 가득 차면 전자 폐기물 처리 시설로 운송됩니다.

그립 잡기

이미지 출처: Brian Heater

사실 Liam과 마찬가지로 Daisy도 대부분 기성품으로 구성되어 있습니다. 이는 로봇 공학 분야의 표준이며, 이 분야에서는 굳이 새로 발명할 필요 없이 기존 기술을 활용하는 것이 일반적인 접근 방식입니다. 특히 2대가 생산된 Daisy의 경우 더욱 그렇습니다. 소수의 자체 제작 부품 중 하나는 iPhone을 특별히 수용하도록 설계된 엔드 이펙터입니다.

초기 버전의 Liam은 공압 흡입 컵 시스템에 의존했는데, 이는 지난 10년 동안 산업 분야에서 점점 더 많이 사용되는 옵션입니다. 하지만 Apple은 Daisy를 통해 다시 단단한 그리퍼를 사용했습니다. 소프트 로봇보다 안정적이지만 이러한 시스템은 순응적이지 않습니다.

이는 제품과 같이 크기와 모양이 제각각인 물체를 잡으려고 할 때 큰 장점입니다. iPhone과 같이 크기 변형이 제한적인 물체를 집어 올리도록 시스템을 설계한 경우, 순응형 그리퍼의 이점은 덜 두드러집니다.

오스틴 시스템은 북미 기기를 처리하고, 네덜란드 브레다에 있는 시스템은 유럽에서 폐기된 iPhone을 관리합니다. 현재 아시아, 아프리카, 남미 또는 오세아니아에는 이에 상응하는 시스템이 없습니다. 하지만 Apple은 중국에 있는 제조 시설 근처에 햅틱 및 오디오 부품을 휴대폰에서 추출하도록 특별히 설계된 Dave와 Taz라는 두 가지 시스템을 배치하고 있습니다.

겉핥기

2023년 11월 30일 아랍에미리트 두바이에서 열린 COP28에서 부서진 iPhone이 전시되어 있습니다.

이미지 출처: Beata Zawrzel/NurPhoto via Getty Images / Getty Images

현재 속도라면 Daisy는 연간 최대 120만 대의 iPhone을 분해할 수 있습니다. 이전 모델에 비해 크게 개선된 수치이지만, 2023년에 폐기된 1억 5천만 대의 스마트폰(하루 약 41만 6천 대)에 비하면 빙산의 일각에 불과합니다. 이는 전 세계적으로 버려지는 6,800만 톤의 전자 기기 중 극히 일부에 불과합니다. UN에 따르면 이 중 약 22%가 재활용되고 있지만, 전자 기기가 폐기되는 속도는 “문서화된 재활용 속도보다 5배 빠르게 증가하고 있습니다.”

Daisy와 같은 재활용 로봇은 좋은 출발이지만, 작년에 재활용되지 않고 버려진 620억 달러 상당의 천연 자원에 의미 있는 영향을 미치려면 상당한 규모 확장이 필요합니다.

이 문제의 대부분은 전자 제품 재활용에 대한 교육이나 이니셔티브 부족에서 비롯됩니다. 너무 많은 사람들이 오래된 기기를 서랍에 영원히 보관하거나(저도 그렇습니다) 그냥 쓰레기통에 버립니다.

“우리 보고서를 보셨기를 바랍니다.”라고 Chandler는 말합니다. “웹사이트와 기타 장문의 보고서를 게시했습니다.” 저는 물론 봤고, 여기까지 읽으셨다면 여러분도 보셨을 가능성이 큽니다. 반면에 일반적인 iPhone 구매자는 제한된 자유 시간에 Apple 백서를 읽기 위해 앉아 있지 않습니다.

Chandler는 “메시지를 가지고 놀면서 사람들에게 더 공감을 얻을 수 있는 방법을 찾으려고 노력하고 있습니다.”라고 덧붙였습니다.

Apple은 Daisy를 재활용 노력의 일종의 홍보 대사로 보고 있습니다. 속도와 효율성 면에서 아직 갈 길이 멀지만, Apple의 수명 만료 노력에 더 많은 관심을 불러일으키는 헤드라인을 장식할 만한 요소입니다.

“Daisy에서 회수한 재료 1톤은 2,000톤의 채굴을 방 prevent합니다.”라고 Chandler는 말합니다. “고객 참여를 위해 계속해서 더 많은 노력을 기울여야 한다고 생각합니다. 그래서 오늘이 Daisy에게 가장 생산적인 날은 아닐 것입니다. [시설 투어]에 맞춰 조금 느리게 작동하고 있습니다. 하지만 그만한 가치가 있습니다. 이렇게 해야 메시지를 전달할 수 있습니다.”

Daisy의 처리량을 개선하고 잠재적으로 새로운 지역과 기존 지역에 더 많은 로봇을 구축하는 것 외에도, 진정한 숙련도는 더 많은 제품 포트폴리오를 관리하는 시스템을 만드는 것을 의미합니다. Apple은 이러한 시스템을 MacBook이나 iPad와 같은 iPhone 이외의 제품을 관리하도록 조정할 수 있다고 생각하지만, 향후 계획에 대해서는 밝히지 않고 있습니다.

Apple은 또한 다른 회사들이 Daisy IP 특허를 무료로 라이선스하도록 초 invitation했습니다. 기기와 제조 공정 간에 상당한 차이가 있지만, 많은 단계가 다른 스마트폰에도 적용할 수 있습니다. Apple은 일부 경쟁업체와 논의를 진행했지만, 아직 Apple의 제안을 수락한 업체는 없습니다.

수명 연장

이미지 출처: Darrell Etherington / TechCrunch

Apple은 2016년 11월 Daisy를 가동하기 시작했을 때 이 산업용 로봇 시스템이 2~3년 동안 작동할 것으로 예상했습니다. 결국 Daisy 이전에 나왔던 두 대의 Liam은 각각 1~2년 정도밖에 사용되지 않았습니다. Apple은 지난 10년 동안 기술이 얼마나 발전했는지 보여주기 위해 두 로봇의 로봇 팔 부분을 일종의 박물관 전시품처럼 잠시 전시하기도 했습니다.

Daisy는 7년 반이 지난 지금도 여전히 작동하고 있습니다. Apple은 이러한 수명 연장의 이유로 시스템의 적응력을 꼽습니다. 소프트웨어와 하드웨어를 조정하여 로봇이 처리할 수 있는 iPhone의 수를 계속 늘려왔기 때문입니다.

이러한 개선 사항 중 일부는 로봇 공학 연구의 선두 주자인 카네기 멜론 대학교와 자율 주행의 산실 중 하나인 카네기 멜론 대학교와의 파트너십을 통해 이루어졌습니다. 이 특별한 파트너십은 2019년경에 시작되었습니다.

또한 Apple의 여러 부서 간에 상당한 수준의 학습 공유가 이루어지고 있습니다.

“끊임없는 대 dialogue입니다.”라고 Wieler는 말합니다. “신제품을 개발하는 자동화 팀으로부터 많은 것을 배우고 있습니다. 그들은 항상 고유한 과제에 직면해 있기 때문입니다. 우리는 그들의 학습을 기반으로 삼고, 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. Daisy를 프로그래밍하는 방법을 공유하면 그들은 신제품 자동화에 대한 새로운 접근 방식을 생각할 수 있습니다.”

Apple 로봇 공학

이미지 출처: Tamir Kalifa/Getty Images / Getty Images

최근 Apple의 불운한 전기 자동차 프로젝트가 해체되면서 Apple은 악명 높을 정도로 어려운 가정용 로봇 세계를 탐험하게 되었다고 합니다. 2022년 이전에 Apple은 자율 주행 기능을 연구하고 있었지만, “타이탄 프로젝트”라고 불리는 프로젝트에 대한 작업을 축소하면서 결국 계획을 포기했습니다.

Apple은 프로젝트를 포기하기 전에 컴퓨터 비전, 머신 러닝, 자동화와 같이 Daisy와 같은 로봇에 핵심적인 분야의 전문 지식을 갖춘 인상적인 팀을 구성했습니다. 물론 Apple은 이러한 프로젝트가 Daisy 개발에 미쳤을 수 있는 영향에 대한 자세한 내용은 밝히지 않았습니다.

오스틴은 Apple이 막대한 자금을 투자한 지역이라는 점을 고려할 때 Daisy를 위한 논리적인 선택이었습니다. 또한 오스틴은 텍사스 오스틴 대학교 로봇 공학과라는 성장하는 강자에 대한 접근성을 Apple에 제공합니다.

“우리는 여기에 강력하고 오랜 유대 관계를 맺고 있습니다. 분명히 여기에 큰 캠퍼스가 많기 때문에 여기서 많은 재활용을 할 수 있습니다.”라고 Chandler는 말합니다. “그리고 학문적 파트너십을 맺기에도 좋은 곳입니다. 많은 인턴을 구할 수 있습니다. 로봇 공학, 재활용, 자원 회수를 경험해보고 싶어하는 사람들이 많습니다.”

다른 모든 대기업과 마찬가지로 로봇 공학은 앞으로 Apple에서 더욱 중요한 역할을 맡게 될 것입니다. 여기에는 제조, 테스트, 재활용, 그리고 언젠가는 상용화될 제품도 포함됩니다.

“내부적으로 하는 것이 매우 중요합니다.”라고 Wieler는 말합니다. “모든 진 evolution은 자동화를 통해 무엇을 할 수 있는지 가르쳐 주었고, 우리를 크게 발전시켰습니다.”

Chandler는 “[Liam]을 구식으로 만들었듯이 [Daisy]도 구식으로 만들어야 합니다. 항상 더 나아가야 합니다.”라고 덧붙였습니다.