월-E를 직접 만들면서
피지컬 AI를 배운다
전기가 뭔지도 모르는 상태에서 시작해, 12개월 뒤에는 3D 프린팅한 몸체에 로봇 팔이 달린 자율 로버와 물건을 집어 나르는 드론을 손으로 만들고 코드로 움직이게 하는 아빠·아들 공동 프로젝트입니다.
이 프로젝트가 만드는 것
로버 “월-E 1.0”
3D 프린팅 몸체 + DC 기어드 모터 4개 + ESP32. 스마트폰 조종 → 초음파 장애물 회피 → 라인 추적. 이후 팔과 카메라를 얹는 뼈대가 됩니다.
4축 로봇 팔 + 그리퍼
서보 4~5개로 만든 팔. 손으로 계산하는 역기구학으로 “이 좌표의 물건을 집어라”를 구현하고 로버에 장착합니다.
그리퍼 드론 “이브”
시뮬레이터로 비행을 익힌 뒤 교육용 프로그래머블 드론으로 파이썬 자율비행. 마지막에 5인치 자작 기체와 컴패니언 컴퓨터 개념까지.
피지컬 AI란 무엇인가 — 한 문단 요약
챗봇 같은 AI는 글자를 읽고 글자를 내놓습니다. 피지컬 AI는 카메라·센서로 세상을 보고, 모델이 판단하고, 모터를 움직여 세상을 바꾸는 AI입니다. 그래서 배워야 할 것이 네 덩어리입니다: 몸(기구·3D프린팅), 신경(전자·센서·모터), 반사(마이크로컨트롤러 코드), 뇌(컴퓨터 비전·머신러닝·자율 판단). 이 커리큘럼은 정확히 그 순서로 갑니다.
이 사이트 사용법
- 로드맵에서 전체 흐름을 한 번 훑고,
- 준비물 탭의 Phase 0·1 부품만 먼저 주문합니다 (전부 사지 마세요).
- 일일 학습 Day 1을 열어 개념 → 실습 → 함께 활동 → 체크 순으로 진행합니다.
- 끝나면 영상 스크립트 탭을 보며 3~5분 복습 영상을 찍고 “완료”를 누릅니다.
- 막히면 교재에서 해당 장을 읽습니다. 교재는 사전처럼 쓰는 책입니다.
아빠와 아들의 역할 분담
둘 다 초보라는 전제입니다. 역할을 고정하지 말고 번갈아 맡으세요.
12개월 · 8 Phase 로드맵
각 Phase는 “손에 잡히는 결과물” 하나로 끝납니다. 이론만 있는 주는 없습니다.
학교 생활과 함께 가는 일정 규칙
중2에게 1년은 시험 4번, 방학 2번, 명절 몇 번이 들어 있는 시간입니다. 이 규칙을 미리 정해 두지 않으면 시험 기간에 멈춘 뒤 다시 돌아오지 못합니다.
| 구간 | 기간 | 운영 |
|---|
예비일과 중단·축소 규칙
중간에 그만두면 무엇이 남는가
1년을 다 못 갈 수도 있습니다. 그래도 각 시점에서 남는 것이 분명하면 시작할 수 있습니다. 이 표는 가족 회의용입니다.
참고 커리큘럼 검토 기록
왜 이 순서인가
전기 → 코드 → 몸체 → 로봇
로봇을 처음부터 만들면 문제가 생겼을 때 전기 문제인지, 코드 문제인지, 기구 문제인지 구분할 수 없습니다. 각 층을 따로 익혀두면 디버깅이 됩니다.
로버 먼저, 드론은 나중에
로버는 떨어져도 안 부서지고 실내에서 실험할 수 있습니다. 드론은 프로펠러가 위험하고 법규가 있어서, 전자·제어를 이해한 뒤에 시뮬레이터부터 시작합니다.
AI는 Phase 5부터
AI를 얹으려면 카메라를 읽을 컴퓨터(라즈베리파이)와 결과를 실행할 몸(로버+팔)이 있어야 합니다. 그 전엔 AI 실습이 화면 안에서만 끝납니다.
3D 프린팅은 도구로
Phase 2에서 한 번 집중 학습한 뒤, 이후 모든 Phase에서 브래킷·케이스·팔 링크를 직접 설계·출력합니다. 프린터는 이 시점에 사면 됩니다.
Phase별 마일스톤 데모 (가족 발표회)
| Phase | 데모 이름 | 성공 기준 | 시점 |
|---|---|---|---|
| 0 | 불 켜기 챌린지 | 스위치·저항·LED로 3가지 회로를 도면 보고 만든다 | 2주차 말 |
| 1 | 반응하는 상자 | 버튼·거리센서 입력에 서보와 부저가 반응하는 장치 | 8주차 말 |
| 2 | 내가 설계한 부품 | 공차 맞춘 케이스 + 서보 브래킷 + 기어 출력·조립 | 14주차 말 |
| 3 | 월-E 1.0 주행 | 스마트폰 조종 + 자율 장애물 회피 3분 무사고 주행 | 22주차 말 |
| 4 | 집게 손 | 좌표를 입력하면 그 위치의 블록을 집어 옮긴다 | 30주차 말 |
| 5 | 보고 판단하는 월-E | “빨간 컵 가져와” 음성/텍스트 명령 → 탐색·인식·집기 | 38주차 말 |
| 6 | 이브의 첫 비행 | 파이썬 자율 이착륙·경로비행, 자작 기체 호버링 | 46주차 말 |
| 7 | 최종 발표 | 1년 영상 편집본 + 다음 프로젝트 계획 | 48주차 말 |
준비물 · 부품 · 예산
Phase 순서대로 나눠서 삽니다. 처음에 다 사면 절반은 안 씁니다. 가격은 2026년 기준 대략값(국내 온라인 부품몰·해외직구 혼합)이며 ±30% 차이는 정상입니다.
- 리튬 배터리(LiPo/18650)는 아빠만 충전·연결. 충전은 눈에 보이는 곳, 불연 표면 위에서. 부풀거나 뜨거우면 즉시 격리.
- 납땜인두는 350℃ 안팎. 환기, 인두 거치대 필수, 아들은 아빠 옆에서만.
- 3D 프린터 노즐은 200℃가 넘습니다. 출력 중 손 넣지 않기. PLA만 사용(냄새·유해가스 최소).
- 드론은 프로펠러 장착 전 반드시 배터리 분리. 실내 테스트는 프로펠러 가드 + 프로펠러 없이 모터 테스트부터.
- 모터가 도는 상태에서 배선 만지지 않기. “전원 먼저 뽑고 생각한다”가 이 공방의 표어.
Phase 0–1 · 시작 세트 (첫 주문)
| 품목 | 수량 | 대략 가격 | 메모 |
|---|---|---|---|
| ESP32 DevKit (30핀, USB-C) | 2 | 1.5만 | 메인 두뇌. 와이파이·블루투스 내장. 아두이노 IDE로 코딩. 2개(여분·비교용) |
| 아두이노 UNO R4 Minima 또는 호환보드 | 1 | 2~3만 | 5V 세계 학습용·자료가 가장 많음. 처음 3주는 UNO로, 이후 ESP32로 전환 |
| 브레드보드 830홀 + 점퍼선 세트(M-M, M-F, F-F) | 2세트 | 1만 | 둘이 각자 하나씩 |
| 기초 전자부품 키트(저항 세트, LED, 버튼, 부저, 포텐쇼미터, 포토레지스터, 커패시터) | 1 | 1.5~2만 | “아두이노 스타터 키트”로 검색. 초음파·서보 포함된 것 추천 |
| 디지털 멀티미터 | 1 | 1.5~3만 | 자동 레인지, 도통 부저 기능 있는 것 |
| 초음파 센서 HC-SR04 | 2 | 0.4만 | |
| 서보 SG90 (소형) | 4 | 0.8만 | Phase 1 실습 + 나중에 그리퍼 |
| OLED 0.96" I2C 디스플레이 | 1 | 0.5만 | 센서값 표시용 |
| USB 케이블(데이터용), 소형 드라이버 세트, 니퍼, 와이어스트리퍼 | - | 2만 | |
| 납땜인두 세트(온도조절) + 납 + 플럭스 + 흡연기 | 1 | 3~5만 | Phase 3부터 본격 사용. 미리 사도 됨 |
| 소계 | 약 15~20만원 | ||
Phase 2 · 3D 프린터
| 품목 | 대략 가격 | 메모 |
|---|---|---|
| 3D 프린터 (베드슬링어 입문기. 예: Bambu Lab A1 mini, Creality Ender-3 V3 계열) | 30~50만 | 자동 레벨링 있는 모델 강력 추천. 출력 크기 180mm 이상이면 로버 몸체가 한 판에 나옵니다 |
| PLA 필라멘트 1kg × 3 (기본색 2 + 월-E 노랑 1) | 6~8만 | PLA+ / PLA Basic. 습기 밀봉 보관 |
| 디지털 캘리퍼스 (150mm) | 1~2만 | 3D 설계의 핵심 도구. 이게 없으면 공차를 못 맞춥니다 |
| 스크레이퍼, 니퍼, 접착제(순간접착제·글루건), 사포, M2/M3 볼트·너트·열삽입 인서트 세트 | 3만 | |
| 소계 | 약 45~65만원 | 가장 큰 지출. 이 시점에 결정 |
Phase 3 · 로버
| 품목 | 수량 | 대략 가격 | 메모 |
|---|---|---|---|
| TT 기어드 DC 모터 + 바퀴 세트 | 4 | 1만 | 또는 N20 기어드 모터(정밀). 엔코더 달린 버전이면 Phase 5에 유리 |
| 모터 드라이버 TB6612FNG (또는 L298N) | 2 | 0.6만 | TB6612가 효율·발열에서 우수 |
| 18650 배터리 2개 + 2S 홀더 + 보호회로(BMS) + 충전기 | 1세트 | 2.5만 | 7.4V 공급. 반드시 보호회로 포함 셀 |
| DC-DC 강압 컨버터 (7.4V→5V 3A) | 2 | 0.6만 | ESP32·서보 전원 분리용 |
| 토글 스위치, XT60/JST 커넥터, 실리콘 전선 22AWG | - | 1만 | |
| IR 라인 센서 모듈 3~5채널, MPU6050 IMU | 각 1 | 0.8만 | |
| 소계 | 약 6~8만원 | 몸체는 직접 출력 | |
Phase 4 · 로봇 팔
| 품목 | 수량 | 대략 가격 | 메모 |
|---|---|---|---|
| MG996R 또는 MG90S 메탈기어 서보 | 4~5 | 2~3만 | 베이스·어깨·팔꿈치는 토크 큰 MG996R, 손목·그리퍼는 MG90S |
| PCA9685 16채널 서보 드라이버 | 1 | 0.5만 | I2C로 서보 여러 개 안정 제어 |
| 5V 5A 전원(서보 전용) 또는 UBEC | 1 | 1만 | 서보 전원은 절대 ESP32에서 뽑지 않기 |
| 베어링 608(스케이트보드 베어링), 볼트, 열삽입 인서트 | - | 1만 | 회전 베이스용 |
| 소계 | 약 5~6만원 | ||
Phase 5 · 라즈베리파이 · AI
| 품목 | 대략 가격 | 메모 |
|---|---|---|
| Raspberry Pi 5 (8GB) + 방열 케이스/액티브 쿨러 + 27W USB-C 전원 | 15~18만 | 4GB도 가능하나 비전 모델엔 8GB 권장 |
| Raspberry Pi Camera Module 3 (또는 광각) | 4~5만 | USB 웹캠으로 대체 가능(저렴, 약간 느림) |
| microSD 64GB A2 등급, USB 마이크(음성 명령용), 소형 스피커 | 3만 | |
| (선택) AI 가속기: Raspberry Pi AI HAT+ 또는 Google Coral USB | 10~15만 | 없어도 YOLO-nano급은 CPU로 5~10fps 가능. 속도 답답하면 추가 |
| 로버용 5V 5A 강압 컨버터(파이 전용) | 0.5만 | 전압 강하 시 파이가 리부팅되므로 넉넉하게 |
| 소계 | 약 25~40만원 |
Phase 6 · 드론
| 품목 | 대략 가격 | 메모 |
|---|---|---|
| RC 시뮬레이터 (Liftoff / Velocidrone / FPV.SkyDive 등) + USB 조종기(예: Radiomaster Pocket) | 10~14만 | 조종기는 나중에 실제 기체에도 씀. 시뮬레이터 30시간이 추락 10번을 막습니다 |
| 교육용 프로그래머블 드론 (예: CoDrone EDU, 또는 Tello 계열 후속 모델) | 25~35만 | 파이썬 SDK로 자율비행 실습. 실내 가능, 프로펠러 가드 내장 |
| (선택·후반) 5인치 자작 키트: 프레임, 모터 4, ESC 4in1, FC(Betaflight/ArduPilot), 수신기, 4S LiPo + 충전기, 프로펠러 | 25~40만 | Phase 6 후반 4주. 실외 비행은 법규 확인 후 |
| 3D 프린팅 그리퍼·마운트 (직접 제작), 소형 서보 | 1만 | |
| 소계 | 약 35~90만원 | 자작 기체는 선택 |
소프트웨어 (전부 무료)
| 도구 | 용도 | Phase |
|---|---|---|
| Arduino IDE 2.x | UNO·ESP32 코딩 | 1~ |
| Python 3.12 + VS Code | PC 쪽 스크립트, 라즈베리파이, 드론 SDK | 1~ |
| Tinkercad (웹) | 회로 시뮬레이션 + 첫 3D 모델링 | 0~2 |
| Onshape (웹, 무료 플랜) 또는 Fusion (개인용 무료) | 본격 CAD, 파라메트릭 설계 | 2~ |
| 슬라이서 (Bambu Studio / OrcaSlicer / Cura) | 3D 모델 → 프린터 코드 | 2~ |
| Wokwi (웹) | ESP32 회로+코드 시뮬레이터. 부품 없이도 실습 | 1~ |
| OpenCV, Ultralytics YOLO, PyTorch | 컴퓨터 비전·AI | 5 |
| Betaflight Configurator / Mission Planner | 드론 FC 설정 | 6 |
| Webots 또는 Gazebo (선택) | 로봇 시뮬레이션 | 7 |
| DaVinci Resolve (무료) / CapCut | 복습 영상 편집 | 0~ |
일일 학습 · 192일
하루 = 개념(15~25분) → 실습(30~50분) → 함께 활동(10분) → 체크 → 영상 촬영(10분). 카드를 누르면 그날의 교재·실습·스크립트가 열립니다.
복습 영상 만들기
매일 3~5분짜리 영상을 남기는 이유는 두 가지입니다. 말로 설명할 수 있어야 진짜 안 것이고, 1년 뒤 192편이 쌓이면 그 자체가 포트폴리오가 됩니다.
기본 포맷 (3~5분)
촬영 셋업 (5분이면 끝)
- 스마트폰 + 삼각대(또는 책 쌓기). 가로 촬영, 1080p.
- 조명: 창가 자연광 또는 스탠드 하나를 얼굴 45도 방향에.
- 소리: 스마트폰 마이크로 충분. 에어컨·선풍기 끄기.
- 화면 녹화(코드·CAD)는 PC 기본 녹화(맥 QuickTime / 윈도 Win+G)로 별도 찍고 나중에 붙이기.
- 편집은 처음엔 하지 마세요. 원테이크 → 주 1회 하이라이트 편집으로 시작.
스크립트를 읽는 법
각 Day의 영상 스크립트 탭에는 큐(시간·장면)와 대사가 있습니다. 대사는 그대로 읽지 말고 자기 말로 바꾸세요. 특히 “막혔던 것” 칸은 스크립트가 예시일 뿐, 실제 그날 막힌 걸 말합니다. 아들이 발표자, 아빠가 촬영·질문자를 맡는 날과 그 반대 날을 번갈아 합니다.
주간·Phase 편집본
- 주간 하이라이트 (2분): 4편에서 가장 잘 된 장면 + 실패 장면 하나. 일요일 저녁 20분.
- Phase 데모 (5~8분): 마일스톤 데모를 소개 → 시연 → 설계 설명 → 배운 점 순으로. 가족·친구에게 공유.
- 1년 결산 (10~15분): Phase 7에서 제작. Day 1 영상과 Day 192 영상을 나란히 두는 장면으로 시작.
영상 파일 관리 규칙
folderWallE-Lab/
videos/
D001_전기란무엇인가.mp4
D002_LED와저항.mp4
W01_highlight.mp4
photos/
D001/ ...
code/ # 그날 코드 스냅샷 (zip 또는 git)
cad/ # STL, 설계 파일
notes.md # 한 줄 일지 (날짜·Day·한 줄 소감)
파일명 앞에 Day 번호를 붙이면 1년 뒤 정렬이 저절로 됩니다. 클라우드(구글 드라이브 등)에 자동 백업을 켜 두세요.
참고자료 · 링크
전부 무료이고, 이 커리큘럼의 교재가 막힐 때 두 번째로 보는 자료입니다. 한글 자료를 우선 적고, 영어 자료는 유튜브 자동 번역으로 볼 수 있는 것 위주입니다.
전기·전자·아두이노
- Arduino 공식 문서 — 함수 레퍼런스, 튜토리얼. 영어지만 예제 코드가 핵심.
- Tinkercad Circuits — 브라우저에서 아두이노 회로 시뮬레이션. 부품 태우기 전에 여기서 먼저.
- Wokwi — ESP32/아두이노 시뮬레이터. 서보·센서·OLED까지 됨.
- Random Nerd Tutorials — ESP32 튜토리얼의 표준. 와이파이·웹서버·센서 전부.
- 유튜브 검색어: “아두이노 기초 강의”, “Paul McWhorter Arduino” (영어, 중학생 눈높이로 유명), “DroneBot Workshop”.
프로그래밍
- 점프 투 파이썬 (위키독스) — 한글 파이썬 입문서 무료 공개. Phase 1 파이썬 교재로 병행.
- LearnCpp — C++ 기초가 궁금할 때 사전처럼.
- VS Code + Python 확장, PlatformIO 확장(선택).
3D 모델링·프린팅
- Tinkercad 3D — 첫 2주. 블록 쌓기식 모델링.
- Onshape — 브라우저 파라메트릭 CAD. 무료 플랜(공개 문서). 아빠·아들이 같은 문서를 동시에 편집 가능.
- Printables, Thingiverse — 남의 설계 뜯어보기. “SG90 bracket”, “TT motor mount” 검색.
- 유튜브: “Onshape 강좌” (한글 다수), “Product Design Online” (영어, Fusion), “CNC Kitchen” (출력 강도 실험).
로봇·제어·기구학
- 유튜브 “로봇공학 기초 강의” (한국 대학 공개강의), “Robotics 101” 계열 재생목록.
- Articulated Robotics — 라즈베리파이 로버 + ROS2 빌드 시리즈 (Phase 7 참고).
- PID 직관: 유튜브 “PID controller explained” (Brian Douglas).
컴퓨터 비전·AI
- Ultralytics YOLO 문서 — 물체 검출을 코드 5줄로. 라즈베리파이 가이드 포함.
- OpenCV — 파이썬 튜토리얼 섹션.
- Teachable Machine — 웹캠으로 5분 만에 분류 모델 학습. Phase 5 첫 주.
- Raspberry Pi 공식 문서 — 카메라(picamera2), GPIO.
- Physical AI 개념: NVIDIA “What is Physical AI” 페이지, Isaac Sim / Isaac Lab 소개 영상(Phase 7).
드론
- 드론원스톱 민원서비스 — 비행승인·기체신고·조종자 교육. 250g 초과 기체는 신고 대상, 비행금지구역 지도 확인 필수.
- Betaflight, ArduPilot — FC 펌웨어 문서.
- Oscar Liang — FPV 드론 자작 가이드의 표준(영어).
- 유튜브: “Joshua Bardwell” (영어, 드론 자작·설정), “드론 입문 조립” (한글).
커뮤니티·질문할 곳
- 네이버 카페 “아두이노 스토리”, “3D프린터 사용자 모임”, “드론플레이”.
- Reddit r/arduino, r/robotics, r/3Dprinting, r/Multicopter.
- 막히면 질문 템플릿: ① 하려던 것 ② 실제 일어난 것 ③ 회로 사진 ④ 코드 전체 ⑤ 이미 시도한 것. 이 다섯 가지를 쓰면 답이 빨리 옵니다.
기초 교재 · 12장
일일 학습이 “오늘 할 일”이라면 교재는 “왜 그런지”입니다. 처음부터 다 읽지 말고, 일일 학습에서 참조하는 장을 그때 읽으세요. 각 장 끝에는 아들에게 설명해 보기 질문이 있습니다.
오늘의 공부
단계를 하나씩 끝내면 진행 막대가 차오르고, 완료를 누르면 다음 Day가 오늘의 공부가 됩니다. 기록은 이 브라우저에 저장됩니다.
진행 상황표
학습 기록
워크북 양식 중 매일 쓰는 세 가지를 사이트 안에서 바로 씁니다. 데일리 노트는 오늘의 공부 마지막 단계에 있습니다.
설정 · 백업 · 동기화
메이커 특강 — 3D 프린터로 생활용품 만들기
생활용품 아이디어 30선
무엇을 만들지 막힐 때. 쉬운 것부터 위에 두었습니다.
워크북 양식 9종
머리로만 하는 공부는 3개월이면 흐려집니다. 이 아홉 가지를 인쇄해 바인더에 넣고, 매일·매주 손으로 채우세요. 1년 뒤 이 바인더가 결과물의 절반입니다.
맛보기 프로젝트 8선
1년은 깁니다. 중간에 “언제 로봇이 움직여요?”라는 말이 나옵니다. 그때를 위해 몇 달 뒤에 배울 것을 하루 만에 맛보는 프로젝트를 준비했습니다. 주말 하루, 커리큘럼과 별개로 하세요.