국내에서 보행을 보조할 수 있는 웨어러블 로봇 기술개발이 활발히 이뤄지며 관련 시장이 들썩이고 있다.

15일 업계에 따르면 국내 연구진은 최근 웨어러블 로봇 '문워크-옴니', 보행 보조로봇 '어시스트(ASSIST)', 로봇 의족을 제어할 수 있는 장치인 '무감각성(imperceptive) 표면 근전도 센서(Surface Electromyography Sensor)'의 개발에 성공했다.

한국과학기술연구원(KIST) 지능로봇연구단 이종원 선임연구원팀은 최근 웨어러블 로봇 '문워크-옴니'를 개발했다.

또 65세 고령자가 이 로봇을 입고 해발 604m 북한산 영봉 정상을 오르는 데 성공했다.

이번 시도는 배터리 교체나 개발자의 개입 없이 로봇의 근력 보조를 받아 등반에 성공한 것으로 실외 복합환경에서 웨어러블 로봇의 상용화 가능성을 높인 것이다.

KIST에 따르면 기존에도 다양한 형태의 웨어러블 로봇이 개발됐지만 무겁고 큰 부피로 인해 주로 단순한 실내 환경을 가진 병원에서 환자의 재활 과정에 제한적으로 활용되는 수준이었다.

이에 반해 연구팀이 개발한 문워크-옴니는 초경량 웨어러블 근력 보조 로봇으로 사용자의 움직임을 예측하고 부족한 다리 근력을 지원해 고령자의 재활과 일상 보조를 돕는다.

2킬로그램 대의 초경량 장치로 고령자도 타인의 도움 없이 10초 이내에 쉽게 착용할 수 있으며 골반 양측에 장착된 네 개의 고경량-고출력 구동기가 보행 시 균형을 맞출 수 있도록 보조해 착용자의 다리 근력을 최대 30%까지 강화시켜 준다.

로봇에 탑재된 인공지능(AI)은 착용자의 보행상태를 실시간으로 분석해 경사가 완만한 흙길, 험한 바윗길, 가파른 나무계단과 불규칙한 돌계단 등 다양한 보행환경에서도 안전하고 효과적으로 근력을 보조한다.

연구팀은 북한산 웨어러블 로봇 챌린지를 통해 병원보다 복잡한 일상 환경에서 웨어러블 로봇을 이용한 근력 보조 성능과 신뢰성을 검증하는 데 성공했다고 강조했다.

대구경북과학기술원(DGIST) 로봇및기계전자공학과 이상훈 교수팀은 최근 환자의 의도에 맞게 로봇 의족을 제어할 수 있는 장치인 '무감각성(imperceptive) 표면 근전도 센서(Surface Electromyography Sensor)'를 개발하는데 성공했다.

연구팀이 개발한 센서는 하지 절단환자의 의도에 맞게 로봇 의족을 제어할 수 있는 중요 장치로 향후 절단환자의 의도를 반영한 로봇 의족 구동을 통해 재활 및 삶의 질 향상에 크게 기여할 것으로 기대하고 있다.

연구팀은 미세 전자 제어 기술(Microelectro Mechanical System)을 통해 형성되는 생체인터페이스인 무감각성 표면 근전도 센서를 개발했다.

연구팀이 개발한 무감각성 표면 근전도 센서는 서펜타인 구조를 모방해 유연성과 신축성을 지님과 동시에 통기성과 접착성을 확보해 다양한 절단환자의 환부에 적용하여 장기간 반복적으로 사용할 수 있다.

연구팀은 검증을 위해 하지 절단환자에게 무감각성 표면 근전도센서를 부착한 후 근육 신호 기록을 통한 소자의 기능성 평가를 진행했다.

그 결과 다양한 환경(평지, 경사면, 계단)에서 보행하는 절단환자의 근육 신호를 고품질로 실시간 획득에 성공했으며 이를 무선 전송해 로봇 의족에 내장된 동작 분석 센서를 통해 환자의 보행 보조가 가능함을 검증했다.

또 절단 환자의 발바닥쪽굽힘 운동(plantar flexion)과 발등굽힘 운동(dorsiflexion)에서 발생한 근육 신호를 분석해 무감각성 표면 근전도 센서의 선택적 신호 획득성능이 상업용 표면 근전도 센서보다 뛰어남을 확인했다.

연구팀은 신체 신호를 활용한 로봇 의족 및 로봇 의수의 정밀 제어 외에도 다양한 웨어러블 응용 기술에도 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.

한국생산기술연구원 인공지능(AI)·로봇연구부문 안범모 박사팀은 최근 한국과학기술원(KAIST)·서울대학교병원과 공동으로 피와 무게, 소음을 줄여 외부에서 드러나지 않게 옷 안에 착용할 수 있는 보행 보조로봇 'ASSIST(Air transmitted Secure, Self-regulating Impairment Supporting Tool)'를 개발했다.

보행 보조로봇 'ASSIST'는 소형 공압(압축공기에 의한 압력) 발생기가 장착된 무게 1.9㎏의 공압 백팩과 0.6㎏의 초경량 로봇으로 구성됐다.

ASSIST는 공압 백팩에서 만들어진 고압 공기를 튜브를 거쳐 로봇에 전달한다. 사용자 보행 특성에 맞춰 걸을 수 있도록 기계적 힘을 공급하는 방식이다.

탄소 섬유 소재로 발판을 만들고, 로봇 무게를 등산화 무게 정도인 0.6kg으로 경량화했다.

신발 안에 신고 발목·정강이에 고정한 후 옷으로 덮으면 외부에서 드러나지 않는다. 공압백팩은 어깨에 메는 구조이다.

ASSIST는 미국 하버드대학교가 출시한 총 무게 3.8㎏의 보행 보조로봇인 엑소 슈트보다 가볍고, 케이블 구동기를 쓰지 않는 공압 방식 특유의 유연성으로 인해 안정성이 높다고 연구팀은 설명했다.

서울대병원 임상평가에서 ASSIST 착용 후 보행 시 최대 30도까지 발목 관절을 들어줄 수 있고, 좌우 걸음 비대칭 각도가 최대 5도 미만으로 교정되는 결과를 얻었다.