Booil Jung

micro-ROS

로봇 운영체제(Robot Operating System, ROS)는 그 이름에도 불구하고 전통적인 의미의 운영체제(OS)가 아니다.1 ROS는 운영체제 위에 설치되어 로봇 애플리케이션 개발을 위한 라이브러리와 도구의 집합, 즉 소프트웨어 프레임워크 또는 미들웨어(middleware)로서 기능한다.2 이 프레임워크는 이기종 하드웨어 간의 통신을 표준화하고, 소프트웨어 컴포넌트의 재사용성을 극대화하며, 복잡한 로봇 시스템의 개발을 가속화하는 데 핵심적인 역할을 수행해왔다.4

초기 ROS 1 시대에는 마이크로컨트롤러(MCU)와 같은 저사양 임베디드 장치를 ROS 네트워크에 연결하기 위해 rosserial이라는 패키지가 사용되었다.6 rosserial은 시리얼 통신을 통해 ROS 메시지를 래핑하고 전송하는 프로토콜을 제공했지만, 이는 본질적으로 MCU를 ROS 시스템의 수동적인 데이터 종단점(endpoint)으로 취급하는 방식이었다.6 MCU는 ROS의 핵심 개념인 노드(node), 서비스(service), 파라미터(parameter) 등을 직접적으로 이해하거나 실행할 수 없었으며, 단지 호스트 PC와의 브릿지(bridge)를 통해 제한적인 데이터만 교환할 수 있었다. 이로 인해 MCU는 ROS 생태계의 완전한 구성원, 즉 ‘일등 시민(first-class citizen)’으로 인정받지 못했다.9

이러한 한계를 극복하고 산업계의 요구사항을 반영하기 위해 등장한 ROS 2는 실시간성(real-time), 보안, 분산 시스템 지원 등 상용화 수준의 기능을 대폭 강화했다.2 데이터 분산 서비스(Data Distribution Service, DDS)를 기본 미들웨어로 채택하여 노드 간의 통신 성능과 안정성을 높였다.2 하지만 이러한 기능 강화는 상당한 리소스 요구를 동반했다. ROS 2는 최소 수백 메가바이트(MB)의 RAM을 필요로 하므로, 수십에서 수백 킬로바이트(KB)의 RAM을 가진 일반적인 MCU에는 직접 배포하는 것이 불가능했다.5 이로 인해 로봇 시스템의 가장 말단에서 센서를 읽고 액추에이터를 제어하는 핵심적인 역할을 수행하는 MCU는 여전히 ROS 2 생태계와 분리되어 있었다.

이러한 기술적 간극을 메우기 위해 탄생한 것이 바로 micro-ROS이다. micro-ROS의 핵심 개발 목표는 리소스가 극도로 제한된 MCU에 ROS 2를 이식하여, 임베디드 장치를 ROS 2 생태계의 완전한 구성원으로 통합하는 것이다.13 이는 단순히 메시지를 전달하는 것을 넘어, MCU가 자체적으로 ROS 2 노드로서 동작하며, 발행(publication)/구독(subscription), 서비스, 액션(action) 등 ROS 2의 모든 통신 패러다임을 완벽하게 지원하는 것을 의미한다.7

micro-ROS의 개발 철학은 세 가지 핵심 원칙에 기반한다. 첫째, ROS 2와의 완벽한 호환성 및 통합이다. micro-ROS는 기존 ROS 2 도구(예: Rviz, RQT)와 API를 그대로 사용하여 접근하고 제어할 수 있어야 한다.9 둘째, ROS 2 코드의 MCU로의 손쉬운 이식성이다. 표준 ROS 2 애플리케이션 코드를 최소한의 노력으로 micro-ROS 환경으로 이식할 수 있도록 API 호환성을 유지한다.9 셋째, 장기적인 유지보수성 확보이다. 이를 위해 micro-ROS는 독자적인 스택을 구축하는 대신, ROS 2의 핵심 라이브러리인 RCL(ROS Client Library), RMW(ROS Middleware Interface) 등을 최대한 재사용하여 ROS 2의 발전과 보조를 맞출 수 있도록 설계되었다.2

이러한 접근 방식은 로봇 아키텍처 설계 철학의 근본적인 변화를 의미한다. 과거 중앙 집중식 고성능 컴퓨터가 주변의 저사양 MCU들을 ‘제어’하던 ‘Master-Slave’ 모델에서, 이제는 센서와 액추에이터에 가장 가까운 MCU조차도 분산 시스템의 ‘지능형 노드’로서 독립적으로 참여하는 ‘Peer-to-Peer’ 모델로의 전환을 가능하게 한다. 이는 각 컴포넌트의 모듈성과 독립성을 높이고, 저수준 제어 로직을 하드웨어에 더 가깝게 배치하여 통신 지연을 줄이며, 시스템 전체의 실시간성과 고장 감내(fault tolerance) 능력을 향상시키는 중요한 진보다. 따라서 micro-ROS는 ‘ROS 2를 MCU에 이식하는 기술’을 넘어, ‘차세대 분산 지능형 로봇 시스템을 구축하기 위한 핵심 아키텍처 패턴’을 제시하는 것으로 평가할 수 있다.

micro-ROS는 단순한 서드파티 프로젝트가 아니다. 이는 ROS 2 기술 운영 위원회(Technical Steering Committee) 산하의 공식 워킹 그룹인 ‘임베디드 워킹 그룹(Embedded Working Group)’의 지원을 받으며 개발되는 공식 프로젝트이다.16 또한, eProsima 사의 Vulcanexus와 같이 주요 ROS 2 배포판에는 기본 임베디드 툴킷으로 포함되어, 그 공식적인 위상을 공고히 하고 있다.17 이는 micro-ROS가 ROS 2 생태계의 미래 발전 방향과 긴밀하게 연결되어 있으며, 지속적인 지원과 업데이트가 보장됨을 시사한다.

micro-ROS의 아키텍처는 ROS 2와의 긴밀한 통합을 유지하면서도 임베디드 환경의 제약을 극복하기 위한 독창적인 설계를 채택하고 있다. 이는 계층적 구조, 클라이언트-에이전트 모델, 그리고 최적화된 라이브러리를 통해 구현된다.

micro-ROS의 가장 큰 구조적 특징은 ROS 2 아키텍처를 그대로 계승한다는 점이다.17 이는 완전히 새로운 스택을 만드는 대신, 기존 ROS 2의 검증된 구성 요소를 최대한 재사용하여 안정성과 호환성을 확보하기 위함이다. 아키텍처 다이어그램을 보면, 사용자 애플리케이션부터 ROS 클라이언트 라이브러리(RCL), ROS 유틸리티(RCUTILS)에 이르는 상위 계층은 표준 ROS 2와 동일한 코드를 공유한다.2

차이점은 하위 계층에 집중된다. 일반적인 ROS 2가 Linux나 Windows와 같은 범용 운영체제(GPOS)와 표준 DDS 미들웨어 위에서 동작하는 반면, micro-ROS는 실시간 운영체제(RTOS) 또는 베어메탈(bare-metal) 환경과 리소스 제약 환경에 최적화된 DDS-XRCE 미들웨어 위에서 동작한다.16 공식 문서에서 진한 파란색으로 표시되는 컴포넌트(예:

rclc, Micro XRCE-DDS Client)는 micro-ROS를 위해 특별히 개발된 부분이며, 연한 파란색으로 표시되는 컴포넌트(예: rcl, rcutils)는 표준 ROS 2 스택에서 그대로 가져온 부분이다.7 이 구조 덕분에 개발자는 ROS 2에서 사용하던 개념과 API를 거의 그대로 micro-ROS 환경에서도 사용할 수 있다.

micro-ROS는 MCU의 제한된 자원을 효율적으로 사용하기 위해 클라이언트-에이전트(Client-Agent) 모델을 채택한다.8

에이전트의 가장 중요한 역할 중 하나는 계산 집약적인 작업을 MCU 대신 처리하는 오프로딩(offloading)이다. ROS 2 시스템에서 새로운 노드가 네트워크에 참여하거나 다른 노드를 찾기 위해 수행하는 ‘검색(Discovery)’ 프로세스는 상당한 계산과 네트워크 트래픽을 유발한다. MCU가 이 작업을 직접 수행하는 것은 큰 부담이므로, 에이전트가 이 역할을 대신 수행한다.2

또한, ROS 2의 강력한 기능인 서비스 품질(Quality of Service, QoS) 설정은 다양한 통신 시나리오에 맞춰 신뢰성, 내구성 등을 조절하는 복잡한 메커니즘을 포함한다. 에이전트는 이러한 QoS 관리를 담당하여 클라이언트가 더 가볍고 단순하게 동작할 수 있도록 돕는다.2 이 외에도 에이전트는 ROS 2 그래프(graph) 관리와 같은 특정 기능을 확장하여 제공하기도 한다.17

이 클라이언트-에이전트 아키텍처는 MCU의 부담을 획기적으로 줄여 저사양 하드웨어에서도 ROS 2를 구동할 수 있게 만드는 핵심 설계 결정이다. 하지만 이 설계는 본질적인 트레이드오프를 내포한다. 클라이언트의 경량화를 위해 에이전트에 대한 의존성이 극도로 높아지면서, 에이전트와 둘 사이의 전송 계층(예: UART, UDP)이 시스템 전체의 단일 실패점(Single Point of Failure) 및 성능 병목 지점이 될 수 있다. 실제 사용자 포럼에서는 에이전트가 내부 상태를 알 수 없는 ‘블랙박스’처럼 동작하여, 클라이언트와의 연결이 끊어졌을 때 이를 감지하고 안전하게 대처하기 어렵다는 심각한 문제가 제기된다.24 이는 프로토타입 수준을 넘어 상용 제품을 개발할 때, 개발자가 에이전트와 클라이언트 간의 연결 상태를 지속적으로 확인하는 ‘하트비트(heartbeat)’나 ‘워치독(watchdog)’과 같은 메커니즘을 반드시 직접 구현해야 함을 시사한다. 이 문제는 커뮤니티에서도 인지하고 있으며, HARD_LIVELINESS_CHECK와 같은 기능 도입이 논의되고 있다.24

micro-ROS의 사용자 API는 C 언어 기반의 클라이언트 라이브러리를 통해 제공된다. 이는 두 개의 패키지, rcl과 rclc의 조합으로 구성된다.26

rclc의 가장 중요한 최적화는 메모리 관리에 있다. rclc는 초기화 단계 이후에는 런타임 중에 동적 메모리 할당을 전혀 사용하지 않도록 설계되었다(zero dynamic memory allocation at runtime).2 모든 필요한 메모리는 컴파일 시점에 정적으로 할당되거나 초기화 시점에 미리 할당된 풀(pool)에서 관리된다. 이는 메모리 단편화를 방지하고, 메모리 할당에 걸리는 시간이 예측 불가능해지는 문제를 원천적으로 차단하여 시스템의 결정론적(deterministic) 동작과 실시간성을 보장하는 데 결정적인 역할을 한다. 또한,

rclc는 임베디드 시스템에서 널리 사용되는 스케줄링 패턴(예: Sense-Plan-Act)을 효율적으로 구현할 수 있도록 세밀한 제어가 가능한 전용 실행기(Executor)를 제공한다.5

ROS 2와 마찬가지로 micro-ROS도 미들웨어 교체가 가능한 RMW(ROS Middleware) 인터페이스를 가지고 있다.17 기본 미들웨어로는 eProsima사가 개발한

Micro XRCE-DDS가 사용된다.2 이는 국제 표준화 기구 OMG(Object Management Group)가 제정한

DDS-XRCE(DDS for eXtremely Resource Constrained Environments) 표준을 준수한 구현체다.20

DDS-XRCE는 표준 DDS가 가진 풍부한 기능을 경량화하여 리소스가 극도로 제한된 환경에서도 DDS의 데이터 중심(data-centric) 통신 모델을 사용할 수 있도록 설계되었다. 주요 특징은 다음과 같다 16:

이처럼 micro-ROS는 ROS 2의 검증된 아키텍처를 계승하면서도, 클라이언트-에이전트 모델과 최적화된 라이브러리, 경량 미들웨어를 통해 임베디드 환경의 제약을 극복하는 정교한 시스템 설계를 보여준다.

micro-ROS는 특정 하드웨어에 종속되지 않고 다양한 플랫폼에서 동작할 수 있도록 설계되었으며, 광범위한 하드웨어 및 소프트웨어 생태계를 지원한다.

micro-ROS를 구동하기 위한 하드웨어의 가장 중요한 제약 조건은 프로세서 아키텍처와 메모리 용량이다.

micro-ROS 프로젝트는 다양한 벤더의 개발 보드를 공식적으로 지원하며, 이는 장기적인 지원(Long-Term Support, LTS)과 안정적인 동작을 보장함을 의미한다.13 이 외에도 커뮤니티에 의해 지원되는 다양한 보드들이 존재하지만, 이에 대한 공식적인 지원은 보장되지 않는다.13

공식 지원 보드는 프로젝트 계획 단계에서 어떤 하드웨어와 소프트웨어 스택을 선택할지 결정하는 데 매우 중요한 기준이 된다. 아래 표는 주요 공식 지원 보드의 사양과 지원 환경을 정리한 것으로, 개발자가 자신의 프로젝트 요구사항(예: 최소 RAM, 특정 RTOS 지원, 이더넷 통신 필요 여부)에 맞는 최적의 보드를 신속하게 선택할 수 있도록 돕는다. 이 표는 여러 문서에 흩어져 있는 정보를 통합하여 실용적인 의사결정 매트릭스를 제공한다.13

보드 이름 (Board Name) MCU (Core @ Speed) RAM (kB) 플래시 (Flash) 공식 지원 RTOS 지원 통신 방식 (Transports)  
Renesas EK-RA6M5 ARM Cortex-M33 @ 200 MHz 512 2 MB FreeRTOS, ThreadX, Bare-metal UDP, UART, USB-CDC  
Espressif ESP32 Xtensa LX6 Dual-core 520 4 MB FreeRTOS UART, WiFi UDP, Ethernet UDP  
Arduino Portenta H7 ARM Cortex-M7 + M4 Dual-core 8192 (8 MB) 16 MB - (Arduino) USB, WiFi UDP  
Raspberry Pi Pico ARM Cortex-M0+ Dual-core 264 Up to 16 MB - (Pico SDK) USB, UART  
ROBOTIS OpenCR 1.0 ARM Cortex-M7 (STM32F7) 320 1 MB - (Arduino) USB, UART  
Teensy 4.0/4.1 ARM Cortex-M7 (iMXRT1062) 1024 2 MB - (Arduino) USB, UART, Ethernet UDP (4.1)  
Crazyflie 2.1 Drone ARM Cortex-M4 (STM32F405) 192 1 MB FreeRTOS Custom Radio Link  
STM32L4 Discovery kit IoT ARM Cortex-M4 (STM32L4) 128 1 MB Zephyr USB, UART, Ethernet UDP  
Olimex STM32-E407 ARM Cortex-M4F (STM32F407) 196 1 MB Zephyr, FreeRTOS, NuttX USB, UART, Ethernet UDP  

표 1: 공식 지원 micro-ROS 하드웨어 플랫폼 및 구성 13

micro-ROS는 특정 운영체제나 개발 환경에 종속되지 않고 높은 이식성을 제공한다.

이처럼 micro-ROS는 다양한 하드웨어와 소프트웨어 플랫폼을 아우르는 폭넓은 생태계를 구축함으로써, 개발자에게 높은 유연성과 선택의 폭을 제공하고 있다.

micro-ROS의 기술적 위상과 특징을 명확히 이해하기 위해서는 기존의 유사 기술 및 관련 기술과의 비교 분석이 필수적이다. 여기서는 ROS 1 시대의 표준이었던 ROSserial과의 차이점, 그리고 IoT 생태계의 핵심 프로토콜인 MQTT와의 관계를 심층적으로 분석한다.

ROS 1 기반의 임베디드 시스템을 개발해 본 경험이 있는 개발자에게는 rosserial이 익숙한 도구일 것이다. micro-ROS는 rosserial의 개념적 후계자로 볼 수 있지만, 두 기술 사이에는 단순한 버전 차이를 넘어서는 근본적인 차이가 존재한다. 이는 ROS 1에서 ROS 2로의 패러다임 전환을 그대로 반영한다.

아래 표는 두 기술의 주요 특징을 직접적으로 비교하여, micro-ROS가 제공하는 구체적인 기술적 이점을 명확하게 보여준다. 이 표는 ROS 1에서 ROS 2로의 마이그레이션을 고려하는 개발자에게 왜 micro-ROS를 선택해야 하는지에 대한 강력한 근거를 제공한다.

기능 (Feature) ROSserial micro-ROS  
대상 ROS 버전 ROS 1 ROS 2  
OS 지원 Bare-metal NuttX, FreeRTOS, Zephyr, Bare-metal  
통신 아키텍처 브릿지 방식 (Bridged) 브릿지 방식 (Bridged)  
메시지 포맷 ROS 1 기반 CDR (from DDS) 기반  
통신 링크 UART UART, SPI, IP(UDP/TCP), CAN, WiFi, 6LoWPAN, Bluetooth 등  
통신 프로토콜 커스텀 프로토콜 XRCE-DDS (또는 다른 RMW 구현체)  
기반 코드 독립적 구현 (C++) RCL 기반 (C)  
Node API 커스텀 rosserial API RCL, RCLC 기반 API  
콜백 실행 메시지 수신 순서대로 순차적 실행 ROS 2 Executor 또는 MCU 최적화 Executor 선택 가능  
타이머 미지원 ROS 2 기본 타이머 지원  
라이프사이클 미지원 부분 지원 (전체 지원 예정)  
시간 동기화 커스텀 방식 NTP/PTP 지원  
신뢰성 기본 미지원 Reliable QoS 지원 (XRCE-DDS)  

표 2: 기능 및 프로토콜 비교: micro-ROS vs. ROSserial 6

micro-ROS와 MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)는 경쟁 관계가 아니라, 현대 로보틱스 시스템에서 각기 다른 역할을 수행하는 상호 보완적인 관계에 있다. 이 둘을 결합하는 아키텍처는 시스템의 통신 능력을 로봇 내부에서부터 클라우드까지 확장하는 효과적인 방법을 제시한다.

이러한 계층적 통신 스택 설계는 현대 로보틱스 시스템이 요구하는 다양한 통신 요구사항을 효과적으로 해결하는 성숙한 엔지니어링 접근 방식을 보여준다. 즉, ‘하나의 프로토콜이 모든 것을 해결한다’는 접근법 대신, 각 통신 계층의 역할(실시간 제어, 로컬 데이터 교환, 원격 모니터링)에 가장 적합한 기술을 지능적으로 조합하는 것이다. 이는 micro-ROS가 단독으로 사용되는 기술이 아니라, 더 큰 분산 시스템의 ‘실시간 엣지(real-time edge)’ 계층을 담당하는 핵심 컴포넌트임을 명확히 보여준다.

micro-ROS의 실용성을 평가하기 위해서는 통신 성능, 메모리 사용량, 그리고 실시간성과 같은 정량적인 성능 지표를 분석하는 것이 중요하다. 공식 문서 및 관련 연구에서는 이러한 성능 특성에 대한 다양한 벤치마킹 결과를 제공한다.

통신 성능은 시스템의 반응성과 데이터 처리 능력에 직접적인 영향을 미친다.

리소스가 제한된 MCU 환경에서 메모리 점유율은 시스템 구현 가능성을 결정하는 중요한 척도다.

micro-ROS의 핵심적인 장점 중 하나는 실시간 시스템을 지원하는 것이다.

하지만, micro-ROS를 사용한다고 해서 실시간성이 자동으로 보장되는 것은 아니다. 이는 프레임워크 자체의 기능뿐만 아니라, 개발자가 선택하는 전송 계층, RTOS 설정, 그리고 애플리케이션 설계 방식에 의해 크게 좌우되는 ‘시스템 전체의 속성’이다. 예를 들어, 한 연구에서는 micro-ROS의 기본 실행 모델이 작업의 우선순위를 고려하지 않아, 높은 우선순위의 작업이 낮은 우선순위의 작업 때문에 지연될 수 있는 ‘우선순위 역전(priority inversion)’과 유사한 문제가 발생할 수 있음을 지적했다. 그리고 이를 해결하기 위해 우선순위 기반의 체인-인식 스케줄러(PoDS, Priority-driven and chain-aware scheduler)를 별도로 제안하기도 했다.12

결론적으로, micro-ROS는 실시간 애플리케이션을 구축하기 위한 강력한 ‘도구’와 ‘기반’을 제공하지만, 진정한 실시간 시스템을 구축하기 위해서는 개발자가 ①빠르고 안정적인 전송 매체를 선택하고, (2)RTOS의 스케줄링 정책을 깊이 이해하며, (3)rclc Executor를 정교하게 설정하고, ④애플리케이션의 콜백 함수가 시스템을 블로킹하지 않도록 주의 깊게 설계하는 등 시스템 전반에 걸친 종합적인 노력이 필수적이다.

micro-ROS는 학술 연구 단계를 넘어 산업 현장과 다양한 실제 로봇 프로젝트에 활발하게 적용되며 그 실용성을 입증하고 있다.

주요 로봇 및 자동화 기업들은 micro-ROS를 자사 제품과 솔루션에 통합하여 시스템의 모듈성과 효율성을 높이고 있다.

학계에서도 micro-ROS는 활발한 연구 주제로 다루어지고 있으며, 로봇 공학의 여러 분야에서 새로운 가능성을 탐색하는 데 사용되고 있다.

이러한 적용 사례들을 종합해 보면, 현재 micro-ROS 기술이 가장 확실한 가치를 제공하는 영역은 ‘저수준 하드웨어 제어’와 ‘분산된 하드웨어의 ROS 2 생태계 통합’이라는 것을 알 수 있다. 산업계와 학계 모두 MCU를 센서 데이터 수집과 액추에이터 구동을 위한 ‘하드웨어 추상화 계층’으로 활용하고, SLAM, 내비게이션, 기구학 계산과 같은 복잡한 알고리즘은 여전히 호스트 PC에서 처리하는 구조를 주로 채택하고 있다. 이는 현재 micro-ROS의 기술적 ‘스위트 스폿(sweet spot)’이 어디인지를 명확히 보여준다. 앞으로 MCU의 성능이 더욱 향상되고 micro-ROS의 기능(예: C++ API 지원)이 확장됨에 따라, 더 복잡한 지능형 로직이 MCU, 즉 엣지(edge) 단으로 이동하는 ‘완전한 엣지 컴퓨팅’ 사례가 점차 늘어날 것으로 전망된다.

micro-ROS 프로젝트는 개발자들이 쉽게 기술을 배우고 적용할 수 있도록 풍부한 데모와 튜토리얼을 제공한다. 공식 데모에는 이동 로봇 Kobuki, 소형 드론 Crazyflie, ToF(Time-of-Flight) 거리 센서, 로봇 팔 OpenManipulator-X, 모션 플래닝 프레임워크 MoveIt 2 연동 등이 포함되어 있어, 다양한 로봇 애플리케이션에서의 활용법을 익힐 수 있다.40 또한 Arduino, Teensy, ESP32, STM32 등 대중적인 개발 보드에 대한 상세한 시작 가이드를 제공하여 커뮤니티의 참여와 기술 확산을 촉진하고 있다.40

어떤 기술이든 실제 프로젝트에 적용했을 때 드러나는 장점과 한계가 있다. micro-ROS 역시 사용자 커뮤니티의 경험을 통해 그 실용적인 가치와 해결해야 할 과제들이 명확해지고 있다.

사용자들이 공통적으로 언급하는 micro-ROS의 가장 큰 장점은 개발 생산성과 시스템 유연성이다.

장점만큼이나 실사용자들이 겪는 어려움과 한계점도 명확하게 드러나고 있으며, 이는 주로 운영 신뢰성 및 디버깅과 관련이 있다.

이러한 장점과 한계를 종합해 보면, micro-ROS는 현재 ‘개발 편의성’과 ‘운영 신뢰성’ 사이의 긴장 관계에 놓여 있음을 알 수 있다. 개발 초기 단계에서는 ROS 2와의 완벽한 통합이라는 막대한 편의성을 제공하지만, 시스템을 안정적으로 운영하고 문제를 해결해야 하는 후반 단계에서는 추상화된 에이전트 계층이 오히려 장애물이 될 수 있는 것이다. 이는 micro-ROS가 학술 연구 및 프로토타이핑 단계를 넘어, 높은 신뢰성을 요구하는 상용 제품 수준으로 나아가는 ‘과도기’에 있음을 시사한다. 다행히 이러한 한계점들은 커뮤니티에 의해 인지되고 있으며, 이를 해결하기 위한 HARD_LIVELINESS_CHECK와 같은 기능들이 활발히 논의되고 있다.25 이는 프레임워크가 사용자의 피드백을 통해 점차 성숙해지고 있음을 보여주는 긍정적인 신호이며, 개발자는 이 프레임워크를 ‘완성된 제품’이 아닌 ‘진화하는 생태계’로 이해하고 접근해야 한다.

micro-ROS는 빠르게 발전하는 프로젝트로, 현재의 한계를 극복하고 미래 로보틱스의 요구사항을 충족시키기 위한 다양한 연구와 개발이 진행 중이다. 그 발전 방향은 소프트웨어적 기능 개선을 넘어, 미들웨어 혁신과 하드웨어 가속이라는 두 가지 큰 축으로 전개되고 있다.

ROS 2 임베디드 워킹 그룹(Embedded WG)을 중심으로 다음과 같은 기능 개선이 활발하게 논의 및 개발되고 있다.

현재 micro-ROS의 아키텍처는 DDS-XRCE와 에이전트에 크게 의존하고 있다. 하지만 DDS는 본래 유선 로컬 네트워크 환경에 최적화되어 있어, Wi-Fi나 4G/5G와 같이 지연 시간이 길고 불안정한 무선 네트워크 또는 인터넷을 통한 원격 통신에는 약점을 보인다.44

이러한 한계를 근본적으로 해결하기 위해 등장한 것이 Zenoh이다. Zenoh는 ZettaScale Technologies에서 개발한 차세대 통신 미들웨어로, MCU에서부터 엣지 컴퓨터, 클라우드 서버에 이르기까지 단일 프로토콜로 끊김 없는(end-to-end) 통신을 제공하는 것을 목표로 한다.45 Zenoh는 DDS의 한계를 극복하고 다양한 네트워크 환경에서 높은 성능과 낮은 오버헤드를 보여주어, ROS 2의 차세대 기본 미들웨어(Tier 1 RMW)로 공식 채택되었다.3 Zenoh가 micro-ROS 생태계에 완전히 통합되면, 현재의 복잡한 클라이언트-에이전트-브릿지 구조가 훨씬 단순화되고, MCU와 클라우드 간의 직접적인 통신이 가능해져 현재 micro-ROS가 가진 많은 신뢰성 및 성능 관련 문제점들이 자연스럽게 해결될 수 있다. 이는 micro-ROS의 미래에 가장 큰 영향을 미칠 변화 중 하나로 주목받고 있다.46

소프트웨어 최적화를 넘어, 통신 자체를 하드웨어의 영역으로 옮기려는 연구 또한 활발히 진행 중이다. 이는 FPGA(Field-Programmable Gate Array)와 같은 재구성 가능한 하드웨어를 사용하여 ROS 2의 통신 스택을 가속하는 접근 방식이다.

‘ROS 2 on a Chip’이라는 비전 아래 진행되는 이 연구들은 ROS 2의 메시지 전달 인프라를 하드웨어 칩에 직접 구현하여, 소프트웨어로는 도달하기 힘든 수준의 성능을 달성하는 것을 목표로 한다.47 FPGA로 구현된 프로토타입은 기존 CPU 기반의 소프트웨어 구현에 비해

통신 속도를 평균 62배 이상, 에너지 효율을 500배 이상 향상시켰으며, 최대 지연 시간(worst-case latency)을 30,000배 이상 줄여 수 마이크로초(μs) 단위의 결정론적이고 등시성(isochronous) 있는 통신을 보장할 수 있음을 보여주었다.48 이러한 하드웨어 가속 기술은 극도로 낮은 지연 시간이 요구되는 고속 정밀 제어, 다개체 로봇 군집 제어 등 미래 로보틱스 응용 분야의 새로운 지평을 열 것으로 기대된다.

micro-ROS는 유럽 연합(EU)의 연구 혁신 프로젝트를 통해 시작된 만큼, 유럽 내 로보틱스 기술 생태계 구축에 중요한 역할을 하고 있다. 장기적인 비전은 micro-ROS를 중심으로 ROS 2 로봇의 모델링, 프로그래밍, 시뮬레이션, 네트워크 성능 테스트, 클라우드/엣지 연동, MCU 통합 등을 모두 아우르는 완전한 형태의 유럽형 ROS 배포판 모델을 구축하는 것이다.50 이는 기술 주권을 확보하고 유럽 로봇 산업의 경쟁력을 강화하려는 전략적 목표와 맞닿아 있다.

이처럼 micro-ROS의 미래는 현재의 소프트웨어적 한계를 극복하기 위한 미들웨어 혁신과 하드웨어 가속이라는 담대한 비전을 향해 나아가고 있다. 이는 임베디드 로보틱스의 패러다임을 또 한 번 바꿀 잠재력을 가지고 있으며, 개발자들은 이러한 기술 동향을 주시하며 미래 시스템 아키텍처의 확장성을 고려해야 할 것이다.

본 고찰을 통해 분석한 바와 같이, micro-ROS는 리소스가 제한된 마이크로컨트롤러를 현대적인 ROS 2 생태계에 통합하는 가장 성숙하고 표준적인 솔루션으로 자리매김했다. 이는 단순한 라이브러리를 넘어, 센서와 액추에이터 단까지 지능을 확장하는 분산 지능형 로봇 시스템을 구축하기 위한 핵심 아키텍처 패턴을 제시한다.

현재 micro-ROS는 ROS 2와의 완벽한 통합을 통해 높은 ‘개발 편의성’을 제공한다는 강력한 장점을 가지고 있다. 하지만 에이전트의 블랙박스 특성이나 디버깅의 복잡성과 같은 문제로 인해, 높은 수준의 ‘운영 신뢰성’을 요구하는 상용 제품에 적용하기에는 아직 성숙 과정에 있는 과도기적 기술이라고 평가할 수 있다. 그럼에도 불구하고 활발한 커뮤니티와 명확한 발전 로드맵을 통해 이러한 한계점들을 꾸준히 개선해 나가고 있다.

새로운 로봇 프로젝트에 micro-ROS 도입을 고려하는 개발자에게 다음과 같은 사항을 제언한다.

  1. 적극적인 도입 고려: 신규 ROS 2 기반 프로젝트에서 MCU를 사용해야 한다면, rosserial과 같은 레거시 방식을 고수하거나 독자적인 통신 프로토콜을 개발하는 데 시간을 낭비하기보다, micro-ROS를 최우선으로 고려해야 한다. 이는 ROS 2 생태계와의 완벽한 통합, 커뮤니티 지원, 장기적인 발전 가능성 측면에서 가장 합리적인 선택이다.
  2. 신뢰성 최우선 설계: micro-ROS의 가장 큰 약점은 에이전트와의 연결 안정성 문제다. 따라서 프로토타입 단계를 넘어선 개발에서는, 연결 단절을 감지하고 이에 대응하는 안전 장치(Fail-safe) 및 복구 메커니즘을 애플리케이션 레벨에서 반드시 설계해야 한다. 주기적인 하트비트 체크, 워치독 타이머 구현 등은 필수적으로 고려되어야 한다.
  3. 하드웨어 및 전송 계층의 신중한 선택: 시스템의 실시간 요구사항과 데이터 처리량을 면밀히 분석하여, 이에 맞는 성능과 전력 효율을 제공하는 MCU와 통신 방식을 프로젝트 초기에 신중하게 선택해야 한다. UART의 간편함에만 의존하기보다, 필요하다면 UDP(이더넷, Wi-Fi)나 CAN-FD와 같은 더 빠르고 안정적인 통신 방식을 검토해야 한다.
  4. 커뮤니티와의 지속적인 소통: micro-ROS는 매우 빠르게 발전하는 오픈소스 프로젝트다. 따라서 GitHub 저장소, ROS Discourse 포럼, 임베디드 워킹 그룹 회의록 등 공식 채널을 통해 최신 개발 동향, 버그 수정, 새로운 기능에 대한 정보를 지속적으로 확인하고, 문제 발생 시 커뮤니티에 적극적으로 질문하고 참여하는 자세가 중요하다.18

micro-ROS는 ROS 2의 영향력을 대형 산업용 로봇과 고성능 컴퓨터의 영역을 넘어, 우리 주변의 모든 사물에 내장될 수 있는 소형 임베디드 장치까지 확장하는 기폭제 역할을 하고 있다. 이는 로봇 기술의 적용 범위를 IoT, 스마트 가전, 웨어러블 기기, 소형 자율 로봇 등 무한한 영역으로 넓히는 중요한 전환점이다.

앞으로 Zenoh와 같은 차세대 미들웨어, 그리고 ‘ROS 2 on a Chip’과 같은 하드웨어 가속 기술과의 결합은 현재 micro-ROS가 가진 기술적 한계를 뛰어넘어, 더욱 지능적이고, 즉각적으로 반응하며, 에너지 효율적인 차세대 로봇 시스템의 등장을 예고하고 있다. micro-ROS는 의심할 여지 없이 그 거대한 변화의 중심에 서 있을 것이며, 임베디드 로보틱스의 미래를 이끌어갈 핵심 기술로 계속해서 발전해 나갈 것이다.

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  3. the official ROS docs, accessed July 6, 2025, https://docs.ros.org/
  4. ROS 기본 개념, accessed July 6, 2025, https://dawon-project.tistory.com/m/4
  5. Micro-ROS – bringing the most popular robotics … - Bosch Global, accessed July 6, 2025, https://www.bosch.com/stories/bringing-robotics-middleware-onto-tiny-microcontrollers/
  6. Comparison to related approaches - micro-ROS, accessed July 6, 2025, https://micro.ros.org/docs/overview/comparison/
  7. [Micro-ROS] 특징 - Interactics - 티스토리, accessed July 6, 2025, https://huroint.tistory.com/entry/Micro-ROS-%ED%8A%B9%EC%A7%95
  8. Micro-ROS - Not Black Magic, accessed July 6, 2025, https://notblackmagic.com/bitsnpieces/micro-ros/
  9. Robot Operating System (ROS) PDF Microcontroller - Scribd, accessed July 6, 2025, https://www.scribd.com/document/737515102/Robot-Operating-System-ROS
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  15. Introduction to the micro-ROS Framework - FIWARE, accessed July 6, 2025, https://www.fiware.org/2020/05/18/introduction-to-the-micro-ros-framework/
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