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최근 초등학생부터 고등학생까지 코딩 교육 현장에서 가장 주목받는 기술은 단연 인공지능(AI)입니다. 오늘은 방과 후 코딩 교실이나 메이커 스페이스에서 학생들의 흥미를 단숨에 끌어올릴 수 있는 특별한 프로젝트를 소개하고자 합니다. 바로 AI 메카닉 코딩 키트의 음성 인식 센서를 활용하여 '말 한마디로 제어하는 스마트 선풍기'를 만들어보는 실습입니다.

단순히 스위치를 눌러 모터를 돌리는 1차원적인 제어를 넘어, 사람의 음성 명령(Voice Command)을 분석하여 선풍기의 전원을 켜고 끄며 풍속과 회전까지 세밀하게 조절하는 융합형 AI 코딩 프로젝트입니다. 하드웨어 조립부터 알고리즘 설계까지 차근차근 배울 수 있어 교육 효과가 매우 뛰어납니다.

■ 1. 프로젝트 학습 개요 및 미리보기

이번 실습의 핵심 목표는 외부의 소리 데이터를 센서가 수집하고, 이를 마이크로비트(Micro:bit)가 분석하여 조건에 맞는 모터 동작으로 변환하는 입출력(I/O) 제어의 과정을 이해하는 것입니다.

핵심 키워드는 마이크로비트, AI 코딩, 음성 인식이며, 준비물로는 마이크로비트 본체, AI 메카닉 코딩 키트, 그리고 PC와 연결할 USB 케이블이 필요합니다. 난이도는 중간(별 3개) 수준이며, 조립과 코딩을 합쳐 약 2시간 내외가 소요되므로 2차시 수업 분량으로 활용하기에 최적화되어 있습니다.

위 사진은 완성된 스마트 선풍기가 사용자의 음성 명령을 대기하고 있는 모습입니다. 복잡한 배선 없이도 이렇게 훌륭한 외관의 스마트 가전을 직접 구현할 수 있습니다.

■ 2. 핵심 하드웨어 구성 및 음성 센서의 원리

본격적인 조립에 앞서 오늘 사용할 부품들의 역할을 살펴보겠습니다.

두뇌 역할을 하는 마이크로비트 및 확장 보드를 중심으로, 바람을 일으킬 팬 모터 1개, 선풍기의 좌우 회전을 담당할 서보 모터 1개, 그리고 사람의 귀 역할을 해줄 음성 인식 센서와 블록 프레임들이 필요합니다.

이 프로젝트의 꽃인 '음성 인식 센서(Voice Recognition Sensor)'에 대해 자세히 알아보겠습니다. 이 센서는 단순히 소리의 크기만 측정하는 것이 아니라, 입력된 파형을 분석해 특정 단어를 판별해 내는 똑똑한 센서입니다.

기본적으로 약 21개의 영문 명령어를 지원하며, 코딩 강사님의 수업 방향에 맞춰 사용자가 직접 10개의 명령어를 추가로 정의(Customizing)할 수 있는 놀라운 확장성을 자랑합니다. 가장 중요한 핵심은 "Hi Shaun(하이 숀)"이라는 '웨이크 워드(Wake word)' 시스템입니다. 스마트폰의 "헤이 시리"나 "빅스비"처럼 기기를 깨우는 명령어를 먼저 말해야만 센서가 활성화되어 다음 명령을 수신합니다. 이는 일상 소음으로 인한 오작동을 방지하는 필수적인 AI 기술입니다.

■ 3. 소프트웨어 준비 및 확장 프로그램 추가

코딩은 초등학생도 쉽게 접근할 수 있는 마이크로소프트의 웹 기반 블록 코딩 플랫폼인 MakeCode(메이크코드) 환경에서 진행합니다. 기본 블록만으로는 외부 모터와 특수 AI 센서를 세밀하게 제어하기 어렵기 때문에 전용 확장 프로그램을 불러와야 합니다.

MakeCode의 확장(Extensions) 메뉴에서 'Nezha2'와 'Planet X' 두 가지 패키지를 검색하여 설치해 줍니다. 이 확장 프로그램들이 로드되면, 모터의 회전 각도와 음성 센서의 수신 값을 직관적으로 제어할 수 있는 전용 블록들이 생성됩니다.

■ 4. 하드웨어 조립 및 회로 연결 주의사항

소프트웨어 환경이 준비되었다면 제품에 포함된 PDF 교육 자료 폴더의 도면을 참고하여 프레임을 조립합니다.

조립 시 학생들이 가장 자주 실수하는 두 가지 핵심 주의사항(포인트)이 있습니다.

첫째, 모터의 회전 방향과 프로펠러의 결합 방향을 정확하게 맞추어야 합니다. 반대로 결합할 경우 바람이 앞으로 나오지 않고 뒤로 역류하게 됩니다.

둘째, 센서와 모터를 확장 보드에 연결할 때 제공되는 회로 연결도(배선도)를 반드시 확인하여 올바른 포트(Port)에 꽂아야 합니다. 핀 배열이 어긋나면 보드에 과전류가 흘러 부품이 손상될 위험이 있으므로 강사님의 꼼꼼한 지도가 필요합니다.

■ 5. 단계별 블록 코딩: 전원, 풍속, 회전 제어

이제 알고리즘을 설계할 차례입니다. 코딩은 크게 세 가지 논리 단위로 쪼개어 구성합니다.

1) 선풍기 ON / OFF 로직

음성 센서가 “Start device”라는 명령을 수신하면 팬 모터의 속도를 30%로 가동하며 작동을 시작하고, “Turn off device” 명령을 받으면 속도를 0%로 떨어뜨려 기기를 끕니다. 이때 사용자가 작동 상태를 시각적으로 알 수 있도록 마이크로비트 전면 LED 패널에 특정 아이콘이나 상태를 함께 표시하도록 코딩합니다.

2) 변수를 활용한 풍속 조절 로직

명령어 “Raise a level(속도 증가)”와 “Lower a level(속도 감소)”를 사용하여 3단계로 풍속을 제어합니다. (1단 30%, 2단 60%, 3단 100%).

이 단계의 프로그래밍 핵심은 '변수(Variable)'의 활용입니다. 현재 선풍기가 몇 단으로 돌고 있는지를 기억하는 '속도 변수' 방을 만들고, 명령이 들어올 때마다 변수 값을 증가시키거나 감소시켜 모터 출력값에 적용하는 컴퓨팅 사고력을 기를 수 있습니다.

3) 조건문을 활용한 좌우 회전 기능

마지막으로 선풍기 본체를 좌우로 부드럽게 움직여줄 차례입니다. “Keep going” 명령으로 회전을 시작하고, “Pause” 명령으로 원하는 각도에서 회전을 멈춥니다. 서보 모터가 특정 각도(예: 45도에서 135도 사이)를 지속적으로 왕복하도록 논리 조건문(If-else)을 구성하여 회전 제어 변수를 다루게 됩니다.

■ 6. 동작 테스트 및 교육적 확장 팁

모든 조립과 코드 업로드가 완료되었다면 두근거리는 테스트 시간입니다!

기기의 전원을 켜고, 센서를 향해 "Hi Shaun"이라고 말하여 시스템을 깨웁니다. 센서에 활성화 불빛이 들어오면 "Start device!"라고 외쳐보세요. 여러분이 직접 작성한 코드를 통해 선풍기가 시원한 바람을 뿜어내는 것을 보며 학생들은 엄청난 성취감을 느끼게 됩니다.

이번 프로젝트는 단순한 키트 조립을 넘어 코딩과 AI 센서의 융합을 이해하는 훌륭한 교보재입니다. 초/중등 코딩 교육 및 메이커 수업용으로 강력히 추천드립니다.

강사님을 위한 수업 확장 꿀팁:
1) 학생들에게 영문 명령어를 본인만의 재미있는 단어로 사용자 정의(Custom) 해보게 하세요.
2) 키트에 동봉된 온도 센서를 코딩에 추가 연동해 보세요. "실내 온도가 28도를 넘어가면 음성 명령 없이도 스스로 켜지는 100% 자동 스마트 가전"으로 프로젝트를 심화 발전시킬 수 있습니다.

오늘의 AI 음성제어 스마트 선풍기 실습은 여기까지입니다. 다음 시간에도 코딩 수업을 더욱 풍성하게 만들어줄 유익하고 재미있는 실습 프로젝트로 찾아오겠습니다. 감사합니다!