피지컬 컴퓨팅 입문: 로봇으로 물리 세상 제어하기 > 초보자를 위한 로봇 프로젝트

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피지컬 컴퓨팅 입문: 로봇으로 물리 세상 제어하기

피지컬 컴퓨팅(Physical Computing)은 디지털 기술과 물리적 세상을 연결하는 다리 역할을 합니다. 쉽게 말해, 컴퓨터(혹은 마이크로컨트롤러)로 코드를 짜서 센서로 물리적인 정보를 감지하고, 모터나 LED 같은 물리적인 장치를 움직여 우리 주변의 실제 세상을 제어하는 활동입니다. '로봇으로 물리 세상 제어하기'는 피지컬 컴퓨팅의 가장 흥미로운 형태이자, 미래의 모든 기술과 밀접하게 연결되어 있습니다.

1. 피지컬 컴퓨팅, 왜 중요할까요?

실제 세상과의 상호작용: 화면 안의 가상 세계에 머물던 코딩을 넘어, 센서로 빛, 소리, 온도, 움직임 등을 감지하고, 모터나 LED로 실제 로봇을 움직여 물리적인 반응을 만듭니다.

추상적인 개념의 구체화: "만약 온도가 25도 이상이면 선풍기를 켜라"와 같은 추상적인 논리(조건문)를 실제 작동하는 장치(선풍기)로 시각화하여 훨씬 쉽고 직관적으로 이해할 수 있습니다.

문제 해결 능력 향상: 실제 세상의 문제(예: 어두우면 자동으로 불이 켜지게 하기, 로봇이 장애물을 피하게 하기)를 코딩과 하드웨어로 해결하는 경험을 제공합니다.

창의성 발현: 코드를 통해 다양한 아이디어를 실제 세상에 구현하며 무한한 창의력을 발휘할 수 있습니다.

미래 기술의 핵심: 사물 인터넷(IoT), 인공지능(AI), 로봇 공학 등 모든 미래 기술의 기본이 되는 역량을 길러줍니다.

2. 피지컬 컴퓨팅의 핵심 3요소

피지컬 컴퓨팅은 항상 다음 세 가지 요소로 구성됩니다.

입력 (Input): 물리적인 세상을 감지하고 정보를 받아들입니다. (로봇의 '감각 기관')

예시: 센서 (온도, 습도, 빛, 소리, 거리, 터치), 버튼, 스위치.

처리 (Process): 입력된 정보를 코드를 통해 해석하고, 어떤 행동을 할지 결정합니다. (로봇의 '두뇌')

예시: 마이크로컨트롤러 (아두이노, 라즈베리 파이), 컴퓨터에서 실행되는 코드.

출력 (Output): 처리된 정보에 따라 물리적인 반응을 만듭니다. (로봇의 '행동 기관')

예시: 모터 (회전, 이동), LED (빛, 색상), 버저 (소리), 서보 모터 (각도 제어), 액추에이터 (움직임).

3. 피지컬 컴퓨팅 입문을 위한 '로봇 프로젝트'

피지컬 컴퓨팅을 시작하는 가장 좋은 방법은 로봇을 만드는 것입니다. 로봇은 위의 세 가지 요소를 모두 갖추고 있기 때문입니다.

3.1. 필요한 준비물 (기본 세트)

마이크로컨트롤러: 아두이노 우노 (Arduino Uno)

선택 이유: 사용이 쉽고, 교육 자료가 풍부하며, 다양한 센서와 액추에이터를 제어할 수 있어 피지컬 컴퓨팅 입문에 가장 적합합니다.

USB 케이블: 아두이노와 컴퓨터 연결용.

브레드보드: 회로 연결을 위한 필수품.

점퍼 케이블: 부품 연결용 (수-수, 수-암 종류별).

저항: LED 보호, 센서 회로 구성 등.

기본 센서:

버튼 (접촉 센서): 가장 기본적인 입력.

LED: 가장 기본적인 출력.

조도 센서 (CdS Cell): 빛 감지.

초음파 센서 (HC-SR04): 거리 감지.

기본 액추에이터:

DC 모터: 움직임 구현.

모터 드라이버 (L298N): DC 모터 제어용.

서보 모터 (SG90): 각도 제어용.

전원: AA 배터리 홀더, AA 배터리, (선택 사항) 9V 배터리.

3.2. 피지컬 컴퓨팅 실습 (예시: 초음파 센서로 물체 감지 시 LED 켜기)

개념: 초음파 센서가 20cm 이내의 물체를 감지하면 LED를 켜서 경고하고, 멀리 있으면 끄는 로봇(혹은 장치)을 만듭니다.

회로 연결:

아두이노 전원: USB 케이블로 PC와 아두이노 연결.

브레드보드 전원: 아두이노 5V → 브레드보드 + 라인. GND → 브레드보드 - 라인.

초음파 센서 (HC-SR04):

VCC → 브레드보드 + 라인 (5V)

GND → 브레드보드 - 라인 (GND)

Trig → 아두이노 핀 4

Echo → 아두이노 핀 7

LED:

LED 긴 다리(+) → 220Ω 저항 → 아두이노 핀 13 (아두이노 내장 LED 사용 가능).

LED 짧은 다리(-) → 브레드보드 - 라인 (GND).

아두이노 코드:

cpp

// 초음파 센서 핀

const int trigPin = 4;

const int echoPin = 7;

// LED 핀

const int ledPin = 13; // 아두이노 내장 LED (핀 13)

// 거리 임계값 (20cm)

const int thresholdDistance = 20;

void setup() {

  pinMode(trigPin, OUTPUT);

  pinMode(echoPin, INPUT);

  pinMode(ledPin, OUTPUT);

  Serial.begin(9600);

}

void loop() {

  // 1. 입력 (Input): 초음파 센서로 거리 감지

  digitalWrite(trigPin, LOW); delayMicroseconds(2);

  digitalWrite(trigPin, HIGH); delayMicroseconds(10);

  digitalWrite(trigPin, LOW);

  long duration = pulseIn(echoPin, HIGH);

  long distance_cm = duration * 0.034 / 2; // 거리 계산

  Serial.print("Distance: ");

  Serial.print(distance_cm);

  Serial.println(" cm");

  // 2. 처리 (Process): 거리 값 판단

  if (distance_cm < thresholdDistance) {

    // 3. 출력 (Output): LED 켜기

    digitalWrite(ledPin, HIGH); // LED 켜기

    Serial.println(" -> Obstacle detected! LED ON.");

  } else {

    // 3. 출력 (Output): LED 끄기

    digitalWrite(ledPin, LOW);  // LED 끄기

    Serial.println(" -> No obstacle. LED OFF.");

  }

  delay(100); // 0.1초마다 반복

}

4. 피지컬 컴퓨팅 활용 꿀팁

작은 프로젝트부터 시작: 너무 복잡한 로봇을 만들려 하기보다는, 버튼 하나로 LED를 켜거나, 센서 값에 따라 모터를 제어하는 간단한 프로젝트부터 시작하세요.

점진적 확장: 간단한 로봇을 만들고 작동하는 것을 확인한 후, 새로운 센서나 액추에이터를 추가하며 기능을 확장해 보세요.

시리얼 모니터 적극 활용: 센서가 제대로 값을 읽는지, 코드가 예상대로 작동하는지 Serial.print()를 통해 컴퓨터로 출력되는 값을 보면서 확인하는 것이 매우 중요합니다.

오류는 배움의 기회: 문제가 발생했을 때는 당황하지 말고, 오류 메시지를 분석하고 문제 해결 과정을 통해 배우세요.

안전: 전기를 다루는 만큼, 항상 배선 시 전원이 없는 상태에서 작업하고, 모든 연결이 정확한지 확인한 후에 전원을 인가합니다.

피지컬 컴퓨팅은 단순히 '로봇을 만드는 기술'을 넘어, '나의 아이디어를 실제 세상에 구현하는 마법'입니다. 로봇을 통해 물리 세상을 제어하는 경험을 하면서 당신의 상상력을 현실로 만들어가는 즐거움을 만끽하세요!