Muro Box 발명가 소개
저는 앱으로 제어하는 세계 최초의 오르골인 Muro Box의 설계자인 Feng 박사입니다. 메이커로서의 제 이야기, 즉 기계 분야에 대한 사전 배경 지식이 전혀 없던 펌웨어 엔지니어가 Muro Box를 처음부터 발명해 낸 과정을 말씀드리겠습니다.
0-1: Muro Box를 처음부터 설계하기
제 이야기를 시작하기에 앞서, 저는 누군가에게 이의를 제기하려는 의도가 없었음을 분명히 밝히고자 합니다. 도구와 방법의 장단점은 사람마다 다를 수 있습니다. 이어지는 내용은 최초의 작동 가능한 Muro Box 시제품을 제작하기 위한 해법을 찾던 과정에서 얻은 제 경험을 소개하는 데 그칠 뿐입니다.
프로그램 가능 오르골에 관한 나의 연구
1. 전자 오르골
구글에서 “electric music box”를 검색하면 많은 검색 결과를 확인할 수 있습니다. 검색 결과 대부분은 압전 스피커(부저) 또는 라우드 스피커를 사용하는 장난감 같은 오르골입니다. 작동 원리는 단순합니다. 멜로디를 기록하기 위한 플래시 메모리(집적도에 따라 내장형 또는 외장형)를 갖춘 메인 MCU(Micro Controller Unit) 하나를 사용하며, 스피커 출력은 PWM 신호로 구동됩니다. 장난감용으로 특화된 MCU 대부분은 스피커를 구동하기 위해 내부 증폭기가 포함된 전용 PWM 하드웨어를 갖추고 있습니다. 다음 이미지는 일반적인 전자 오르골의 예를 보여줍니다.박스.
그러나 이러한 종류의 전기 오르골은 필자가 찾던 것이 아니었습니다. 이러한 유형의 오르골은 ‘진정한 오르골’의 고유한 매력이 우리가 유지해 온 기계적 움직임에 있다는 점을 간과합니다.
다시 말해, 오르골을 매력적으로 만드는 것은 회전하는 실린더가 음빗(음정 빗살)을 튕겨 청아한 음을 내는 데 있습니다.
온라인에서 ‘기계식 오르골’을 계속 검색하다 보면 많은 제작자들의 프로젝트를 찾을 수 있습니다. 필자는 이들 프로젝트를 다음과 같이 두 가지 유형으로 분류했습니다.
2. 기계식 오르골
(A) 목공 분야의 지식이 더 풍부한 메이커
그들의 오르골은 보통 구멍이 많이 뚫린 커다란 목재 실린더를 포함합니다. 실린더의 여러 위치에는 나무 핀이 꽂혀 있어, 철이나 실로폰처럼 생긴 것으로 만든 음빗을 튕기면 멜로디가 만들어집니다. 다음 이미지는 그들의 프로젝트가 어떤 모습일 수 있는지 보여 주는 예시입니다.
(B) 전자공학 지식이 더 풍부한 메이커
이들의 오르골은 어느 음을 뜯을지 제어하기 위해 다수의 솔레노이드 또는 다수의 스텝 모터를 결합하는 경우가 많습니다. 이들은 기계적 힘을 음빗(음정 빗살)에 전달하여 소리를 내기 위해 일련의 암이나 휠을 사용합니다. 다음 이미지는 이들의 프로젝트가 어떤 모습일 수 있는지를 보여 주는 예시입니다.
그러나 이런 유형의 오르골은 여전히 제가 만들고자 했던 것과는 다릅니다. 이런 오르골은 전시를 위한 공공미술 작품에 더 가깝습니다. 이러한 작품에는 일반적으로 재료와 부품에 더 많은 예산이 투입됩니다. 다시 말해, 이런 유형의 오르골은 일반 고객에게 판매할 목적으로 대량 생산할 수 없습니다. 또 다른 한계는 그 크기가 대부분의 사용자가 일상생활에서 사용하기에는 너무 큰 경우가 많다는 점입니다.
Muro Box가 실제 제품이 되어 사람들이 직접 손에 들고 멜로디가 연주될 때 그 진동을 느낄 수 있기를 바랍니다.
Chen-Hsiang Feng 박사
Muro Box의 발명가
Muro Box – 개념 증명
제가 제작한 첫 번째 개념 검증용 프로토타입은 아래 영상에서 확인할 수 있습니다. 이 프로토타입에는 11음 실로폰을 두드리는 11개의 솔레노이드가 포함되어 있습니다. 테스트용 MCU는 흔히 사용되는 BLE 모듈인 Nordic 51822입니다. BJT는 MCU의 신호를 증폭하여 솔레노이드를 구동하는 데 사용했습니다. 프로토타입 전체를 완성하는 데 일주일이 걸렸습니다. 아내가 제 테스트용으로 이 간단한 동요를 권했기 때문에, 저는 온라인에서 무료로 다운로드할 수 있는 "Mary Had a Little Lamb" MIDI 파일을 구글에서 검색했습니다. 다행히 해당 MIDI 파일은 MCU에 직접 프로그래밍하여 재생을 테스트할 수 있을 만큼 크기가 작았습니다.
프로토타입을 제품으로 전환해 봅시다.
개념은 단순하지만, 이 계획을 실제로 실행에 옮기려고 했을 때 저는 끝없는 난관과 좌절에 부딪혔습니다. 펌웨어 엔지니어로서 이전에 받은 교육은 전기 부품에 관한 기술 지식만을 다루었을 뿐, 기계 설계는 포함하지 않았습니다. 따라서 Muro Box 프로젝트 초기에 저는 작동 가능한 기계 구조를 어떻게 설계해야 하는지 전혀 알지 못했습니다.
위대한 무언가를 발명하려 했던 많은 엔지니어들처럼 저도 꿈을 꾸고 있었습니다. 소프트웨어 코딩을 마치면 나중에 누군가 마법처럼 나타나 나머지 기계적 문제를 해결해 주고, 그러면 곧 최종 제품이 만들어질 수 있으리라고 생각했습니다. 형이 집으로 찾아와 신랄한 비판과 제안으로 저를 정신 차리게 하기 전까지, 이런 착각은 몇 달 동안 이어졌습니다. 이것은 제가 마주한 현실 점검이었…필요했습니다. 그 사실을 깨닫고 나서 저는 코딩 작업을 제쳐 두고, 기계 설계 문제를 해결하는 데 도움을 줄 전문가를 찾아 나서야 했습니다.
왜 제가 오르골의 기계 설계를 스스로 시작하게 되었는가?
1. 나의 전통 오르골 제조업체(공장) 경험
저의 첫 단계는 대만에서 오르골 무브먼트 제조에 주력하는 공장에 도움을 요청하는 것이었습니다. 이 공장(Kyooh Precision Industry Co., Ltd.)은 대만 유일의 오르골 공장으로, 전통 오르골 무브먼트 제조 분야에서 이미 40년의 경험을 보유하고 있습니다.
사실은 이렇다. 공장 관리자들은 무모한 메이커 한 사람의 아이디어에 귀 기울일 겨를이 없었다. 그들은 대부분의 메이커가 가진 아이디어가 결코 양산될 수 없으며 실제 제품이 될 일도 없으리라는 점을 이미 알고 있었기 때문이다. 그 사실을 다시금 실감한 뒤, 나는 그들의 신뢰를 얻기 위해서는 제조를 위한 설계(DFM)에 관한 기술 지원을 요청하기에 앞서 기계 설계 문제를 먼저 스스로 해결해야 한다는 점을 깨달았다.
제 두 번째 해결 방안은 시제품 제작을 전문으로 하는 디자인 스튜디오를 찾아 도움을 받는 것이었습니다. 이 해결 방안은 대만 타이베이에 있는 세계무역센터에서 발명가들의 작품 전시회를 관람하면서 알게 되었습니다. 저는 경험이 많은 발명가들에게 시제품을 어떻게 제작했는지 물었습니다. 그리고 나서 고객이 시제품을 제작하도록 돕는 디자인 스튜디오가 있다는 사실을 깨달았습니다.
2. 나의 디자인 스튜디오 경험
이 견적서의 문구는 프로토타입의 작동 여부와 관계없이 7일 이내에 디자인을 확정하고 결제를 완료해야 했음을 보여 줍니다. 7일이 지나면 계약은 만료되어 더 이상 수정할 수 없었습니다. 그러나 실제로 작동 가능한 제품은 7일 만에 완전히 테스트할 수 없습니다. 검증/개발 주기는 항상 존재합니다. 예상치 못한 위험이 수반되는 점을 감안하면 서비스 비용은 지나치게 높습니다. 계약 종료 후 피드백을 제공할 수 있다고 했지만, 이 서비스는 계약서에 명시되지 않았으며, 상대방이 얼마나 많은 시간을 할애할 수 있을지 의문이 들었습니다.제 경우에는.
Muro Box를 설계하는 데 내가 얼마나 많은 시간을 쏟았는지 돌아보면, 디자인 스튜디오가 정말로 훌륭한 Muro Box 시제품을 만들 수 있다면 그들이 100만 NTD를 요구하더라도 그것은 타당하며, 나는 그 비용을 지불할 것이다. 사실 실제 문제는 Muro Box가 디자인 스튜디오의 서비스에 의존하는 것만으로는 결코 좋은 제품이 될 수 없다는 점이다.
발명가 또는 콘셉트 제안자는 디자인 스튜디오의 제품 디자인 관여도가 자신의 관여도만큼 높다고 순진하게 생각할 수 있다. 그러나 실제로 디자인 스튜디오는 가능한 한 많은 프로젝트를 수주하고 이를 신속히 처리하여 수익을 얻는 것을 목적으로 하는 대행사에 불과하다. 내가 제품이 어떤 모습이어야 하는지 모른다면, 대행사가 어떻게 나를 위해 제품을 디자인할 수 있겠는가?
3. 산업 디자인 프리랜서와의 경험
처음에는 비용을 아끼고자 온라인에서 산업 디자인 프리랜서를 찾아 제 의뢰를 맡겼습니다. 그렇게 4개월에 걸쳐 아래 일러스트레이션에 2만 대만 달러를 지출했지만, 결과물은 형편없는 수준이었습니다.
그날을 아직도 기억합니다. 이 3D 모델 일러스트를 받은 뒤, 그것을 바탕으로 시제품을 제작할 공장들을 찾아다녔습니다. 운 좋게 한 공장에서 일하던 친절한 여성을 만났습니다. 그녀는 이 설계가 왜 문제가 있는지 설명해 주었습니다. 그녀는 CNC 기계로는 내부에서 90도 각도를 절삭할 수 없다는 예를 들어 주었습니다. 그 3D 모델에는 이런 종류의 결함이 가득했습니다. 그 순간 저는 사람을 잘못 고용했음을 깨달았습니다. 그가 CNC 기계의 이 같은 기본적인 한계조차 알지 못하다니, 어떻게 그럴 수 있었을까요? 이 좌절을 겪은 뒤, 그것이 제 잘못이기도 하다는 점을 깨달았습니다. 왜냐하면 저는 마땅히이 사람이 첫날부터 적합한 상대가 아니라는 것을 알고 있었다.
그와 같은 좋지 않은 경험에서 교훈을 얻어, 저는 다시 신뢰할 수 있는 제품 디자인 스튜디오를 찾아보고자 했습니다. 더 경험 많은 기계 엔지니어를 만나 그분이 제 파트너가 되기를 바랐습니다. 이번에는 마침내 같은 실수를 되풀이하지 않게 해 준 적임자를 만났습니다. 제가 랴오 씨라고 불렀던 그분은, 제가 잘못된 방향으로 더 많은 돈과 시간을 쏟지 않도록 막아 준 바로 그 핵심 인물이었습니다. 그분은 제게 진실을 말해 주었습니다:
“경험 많은 기계 엔지니어들은 전자 오르골(당시에는 'Muro Box'라고 부르지 않았습니다)에 관한 귀하의 의뢰를 맡지 않을 것입니다. 그들은 그것이 얼마나 어려울지 알고 있었기 때문입니다. 경험 없는 사람이 귀하의 의뢰를 맡을 수도 있겠지만, 그는 결코 귀하를 위해 올바른 설계를 해내지 못할 것입니다. 이제 귀하는 딜레마에 빠져 있습니다.”
랴오 씨
다양한 프로젝트를 제작해 온 정직하고 경험이 풍부한 제작자
4. 오르골의 프로그램 가능한 실린더를 직접 제작하기
저는 랴오 씨에게 영원히 감사드릴 것입니다. 그분은 제 의뢰를 맡지 않았음에도 무료로 제 기술 자문을 맡아 주셨기 때문입니다. 저는 그분의 조언을 바탕으로 기계 설계 전반을 독학하기 시작했습니다. 랴오 씨의 조언 덕분에 아래 영상에 나온 것과 같이 작동 가능한 전자석 시제품을 처음으로 만들 수 있었습니다. 다음 단계는 이 전자석이 오르골의 음빗(음정 빗살)을 튕길 수 있는지 시험하는 것이었습니다.
그 당시 저는 Muro Box를 세상에 내놓으려면 저 자신에게 의지해야 한다는 사실을 이미 받아들였습니다. 랴오 씨의 제안에 따라 Muro Box의 3D 모델을 하나하나 그리기 위해 Fusion 360을 배우기 시작했습니다.
5. 3D 프린팅을 활용한 시제품 제작 비용 절감
여러 공장 및 디자인 스튜디오와 논의한 뒤, 시제품 제작 비용이 지나치게 높다는 점을 이미 파악했습니다. 더 저렴한 대안을 찾아야 했으며, 이어서 고객 평가가 가장 좋은 3D 프린터를 구매하기로 했습니다. 제 3D 프린터인 LulzBot Mini는 가장 저렴한 가격으로 구매할 수 있는 최상의 조건은 아니었지만, 품질은 안정적이었습니다. 저는 이 3D 프린터로 다양한 디자인을 보다 효율적으로 테스트하기 시작했습니다.
제품 개발 과정을 돌아보면, 집에서 테스트를 위해 3D 프린터를 구입하는 것은 충분히 가치 있는 일입니다. 각 3D 프린터는 고유한 한계를 지니고 있으며, 정밀도를 높이려면 각기 다른 조정이 필요합니다. 여러 번 테스트를 거쳐야만 비로소 최상의 성능을 끌어낼 수 있습니다. Muro Box는 치수 오차가 0.1 mm 미만이어야 하므로, 3D 프린터의 한계를 이해하는 것은 매우 중요합니다.
기계 부품의 설계가 거의 마무리될 무렵, 저는 Muro Box의 외관을 어떻게 디자인할지 고민하기 시작했습니다. 엔지니어인 제가 직접 디자인하는 것으로는 잠재 고객의 관심을 끌기 어렵다는 점을 이미 알고 있었기에, 외관 디자인을 도와줄 사람을 찾기로 했습니다. 그렇게 경험이 풍부한 디자인 스튜디오를 찾아 나섰습니다. 오랜 친구가 대기업 출신 산업 디자이너들로 구성된 디자인 스튜디오를 소개해 주었고, 이 협업은 저에게 어느 정도 희망을 주었습니다.
Muro Box 외관 디자인하기
안타깝게도 경험 많은 디자인 스튜디오도 제품 디자인의 모든 문제를 여전히 해결하지는 못했습니다. 이는 제가 Muro Box가 투명 뚜껑을 통해 기계적 움직임을 핵심 매력으로 보여주기를 원했고, 디자인 스튜디오는 기계 부분을 다루기를 꺼려했기 때문입니다. 실제로 Muro Box를 디자인하는 과정에서 우리가 겪은 의사소통 문제는 많은 제품 발명가가 마주하는 전형적인 문제입니다. 제품 발명가들은 디자인 스튜디오의 관여 정도에 대해 잘못된 기대를 품는 경우가 많으며, 심지어 디자인 스튜디오가 모든 기술적 문제를 해결해 주기를 기대하기도 합니다. 제가이 디자인 스튜디오의 대표가 자신은 단지 내 의뢰를 맡은 대리인일 뿐이라고 말하는 것을 듣고, 나는 내가 생각하는 이상적인 스마트 오르골 Muro Box의 디자인을 완성하려면 스스로 해내야 한다는 것을 깨달았다.
제품의 외관은 확정되었다. 위 이미지의 Proposal C가 나의 첫 선택이었다. 음악 연주 성능을 시험하기 위해 부품을 조립할 차례가 되자, 나는 또다시 잘못된 결정을 내렸다. 부품 제작에 3D 프린터를 사용하여 비용을 절감하려 했지만, 플라스틱 소재는 기계식 오르골의 실제 금속 부품을 대체할 수 없다. 사실은 오르골에서 수정처럼 맑은 소리를 내려면 소재가 매우 중요하다. 기존 금속 부품을 3D 프린팅 플라스틱 부품으로 교체하자, 나는 의도치 않게 새로운 문제를 야기했다. 여기까지단계에서 저는 시제품을 제작할 때 비용 절감만을 유일한 고려 사항으로 삼아서는 안 된다는 점을 마침내 깨달았습니다.
지금까지도 나는 내가 이미 충분히 많은 실수를 했고 그로부터 배웠다고 여전히 자주 생각하지만, 새로운 실수에서 비롯된 다음 교훈은 곧바로 다가온다. 예를 들어, 나는 전자석과 관련해 안타까운 경험을 한 적이 있다. 조립 테스트를 완료하려면 코일이 빨리 도착해야 했는데, 나는 그 코일을 생산하는 공장이 중국 설 연휴를 한 달 앞두고 생산 능력이 포화 상태였다는 사실을 미처 알지 못했다. 해당 공장의 납기 일정은 두 달 지연되었다. 테스트 일정을 만회하기 위해 나는 마그넷 와이어 원재료를 주문하여 전자석을 직접 제작하기로 했다.이러한 이유로 저는 Muro Box용 전자석을 직접 제작한 과정을 기록하기 위해 영상을 제작하였으며, 이 영상은 대만의 많은 메이커들이 공유하였습니다.
이제 클래식 오르골의 무브먼트를 살펴보았을 때, 저는 그 안의 작은 부품 하나하나가 무수한 실험을 거쳐 신중하게 설계되고 제작되었음을 깨달았습니다. 이 분야에 뛰어들기로 결심했을 당시에는 오르골을 혁신하는 일이 그리 어렵지 않다고 믿을 만큼 순진했지만, 이 오르골 혁신의 여정을 통해 오르골 제조에 깃든 노력을 직접 목격할 수 있었습니다. 적어도 저와 같은 다른 제작자들과 경험을 나눌 수는 있었습니다.
Muro Box는 세계 최초의 스마트 오르골로서, 오르골 산업의 200여 년 역사에서 가장 큰 혁신이 될 것이라고 믿습니다. 기계식 오르골 애호가들이 자신만의 음악을 프로그래밍하고, 저희 앱으로 자신만의 재생 목록을 구성하며, 무제한의 멜로디를 저희 음악 클라우드 라이브러리에 업로드하여 전 세계의 다른 오르골 애호가들과 좋아하는 곡을 공유할 수 있기를 바랍니다. 사용자들이 Muro Box를 손에 들고 있을 때, 제가 이 제품에 얼마나 많은 시간과 노력을 쏟았는지 기억해 주기를 바랍니다.
