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의복형 웨어러블 로봇 잇단 개발…재활 분야 혁신 기대
"환자·노약자 일상생활 보조 등 실생활 적용 가능"
[기사입력 2019-08-22 06:45]
△재활치료용 웨어러블 의료기기가 잇따라 개발됐다.

국내에서 잇따라 의료용 웨어러블 로봇이 개발됨에 따라 재활 분야에 새 희망으로 떠오르고 있다.

22일 업계에 따르면 국내 연구진들이 재활이 필요한 사람에게 직접 입을 수 있는 웨어러블 형태의 의복형 로봇을 잇따라 개발 상용화가 기대괴고 있다.

한국기계연구원 첨단생산장비연구본부 로봇메카트로닉스연구실 박철훈 책임연구원은 최근 옷감처럼 가볍고 돌돌 말 수 있으면서도 큰 힘을 발휘하는 의복형 웨어러블 로봇을 개발했다

웨어러블 로봇은 착용자의 보행능력을 향상시키거나 무거운 물체를 운반할 수 있도록 기계적인 힘을 더해주는 로봇 시스템이다.

로봇이 인간을 감싸는 형태로 인간의 지능과 로봇의 신체가 결합되는 장점이 있어 폭 넓은 분야에 적용이 가능하다.

연구팀은 의복형 웨어러블 로봇의 핵심기술로 형상기억합금에 전류가 흐르면 수축하는 성질을 적용했다.

직경 0.5mm이하의 가는 형상기억합금을 스프링 다발로 만들어 20g수준의 가벼우면서도 근육처럼 수축하며 10kg의 무게를 들어 올릴 수 있는 옷감형 유연구동기를 개발했다.

유연구동기와 배터리, 제어기 등을 모두 포함한 의복형 웨어러블 로봇의 무게는 약 1kg으로 일반 성인이 입는 점퍼 수준이다.

또 근력보조가 필요할 때만 선택해 로봇과 신체를 연동할 수 있어 전력 낭비가 적고 배터리가 모두 소진돼도 평소 일상복처럼 입고 다닐 수 있다.

기존 웨어러블 로봇은 곤충의 껍질과 유사한 외골격형 웨어러블 로봇(Hard wearable robot)이 대부분이다. 이는 모터나 공압 구동 방식으로, 작동 소음이 있고 무거우며 상대적으로 비싼 것이 단점이다.

반면 유연 웨어러블 로봇(Soft wearable robot)은 가볍고 저렴하며 장시간 착용해도 편안해 일상복처럼 입을 수 있다.

연구팀은 앞으로 상지 근력 보조를 넘어 어깨, 허리, 다리 등 전신을 보조할 수 있는 모든 형태의 의복형 웨어러블 로봇을 개발해 근로자 뿐 아니라 노약자의 일상생활을 보조할 수 있는 편리한 재활기구로도 사용할 수 있도록 발전시킬 계획이다.

중앙대 기계공학부 이기욱 교수(공동 1저자)와 미국 하버드대의 코너 월시 교수(교신저자), 김진수 연구원(공동 1저자) 등이 참여한 연구진은 걷거나 달릴 때 옷처럼 입으면 힘이 덜 들게 도와주는 '웨어러블 로봇'(wearable robot)이 개발, 단단하고 무거운 소재 대신 옷처럼 편안하게 천으로 만들어 실생활에 적용될 수 있을 전망이다.

파킨슨병이나 뇌졸중을 앓거나 수술을 받아 움직이기 어려운 사람들은 걷는 데 더 많은 에너지를 소비하게 된다. 무거운 장비를 든 군인이나 소방관도 걷거나 뛰는 데 일반인보다 많은 힘을 쏟는다. 이들의 움직임을 지원하기 위해 지금껏 입는 형태의 로봇이 여럿 개발됐지만, 무게가 많이 나가는 데다 부피가 커 착용자가 자연스러운 행동을 하기는 어려웠다.

연구진은 이런 문제를 해결하고자 천과 와이어 등 가볍고 부드러운 소재를 사용해 사람의 움직임을 돕는 로봇을 개발했다. 연구진이 개발한 엑소수트는 상체에 두르는 조끼와 허벅지에 차는 벨트를 와이어로 이은 형태다. 조끼와 벨트는 모두 천으로 만들었다.

엑소수트에 달린 와이어의 길이가 다리의 움직임에 따라 조절되며 다리에 힘이 덜 들어가게 해준다. 조끼 부분에 관성측정센서(IMU)가 있어 몸의 무게중심 변화를 파악하고 동작을 보조하는 힘을 지원해준다. 등 쪽에는 구동기(actuator)가 있어, 착용자의 다리를 보조하는 와이어를 조절해 준다.

사람이 이 수트를 입고 에너지 대사량을 측정한 결과 걸을 때는 대사량을 9.3%, 달릴 때는 4.0%를 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 이는 메고 있는 짐에서 6㎏ 정도를 덜어내고 움직이는 것과 유사한 효과다.

앞서 하버드대 연구진은 달리기용과 보행용 엑소수트를 2017년과 2016년 각각 개발한 바 있다. 이번에는 두 가지 움직임에서 모두 쓸 수 있게 인공지능(AI) 기술을 도입해 장치를 개량했다.

이기욱 교수는 "이번 연구를 통해 개발한 웨어러블 로봇은 노약자의 일상생활과 환자의 재활 훈련을 보조하고 군인과 소방관 등 특수직의 작업 효율을 높이는 데 등 다양하게 활용할 수 있을 것"이라고 말했다. 


강찬우 기자  ehealth@e-healthnews.com
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