KITECH

- 생기원, 고출력·저소음·초경량 보행 보조로봇‘ASSIST’개발

- 무게 0.6㎏ 보조로봇, 1.9㎏ 휴대용 공압백팩으로 초경량 구현

□ 2020년 질병관리청이 발행한 ‘건강·질병 정보’에 따르면 국내 85세 이

상 고령인구 10명 중 4명이 보행 장애를 겪는다.

ㅇ 고령자가 아니더라도 질병, 사고, 근력소실 등 다양한 원인으로 보행능력이 저하될 수 있으며, 연간 10만 명 이상의 환자가 발생하는 뇌졸중의 경우 71%*는 치료 후에도 보행에 불편을 겪는다는 조사도 있다.

* ‘뇌졸중 환자의 퇴원 후 재활치료 현황 및 사회복귀에 대한 심층적 이해관계를 위한 기초 조사’ ; 주간 건강과 질병 2020년 13권 42호

□ 이에 따라 일상생활에서 보행을 도울 수 있는 보조기 수요가 증가하고 있으며, 로봇기술과 결합한 착용형 보행 보조로봇 출시도 늘고 있는 추세이다.

ㅇ 착용형 보행 보조로봇은 동력을 생성하는 ‘동력발생기’와 전달 받은 동력으로 보행을 돕는 ‘보조로봇’으로 구성되는데, 기존의 보행 보조로봇은 부피와 소음이 크고 착용성이 떨어져 기피 요인이 되어 왔다.

□ 한국생산기술연구원(원장 이낙규, 이하 생기원)과 KAIST, 서울대학교병원 공동 연구팀이 부피와 무게, 소음을 줄여 외부에서 드러나지 않게 옷 안에 착용할 수 있는 보행 보조로봇을 개발했다.

ㅇ 생기원 AI·로봇연구부문 안범모 박사는 공동 연구를 통해 소형 공압 발생기가 장착된 무게 1.9㎏의 공압백팩과 0.6㎏의 초경량 보조로봇으로 구성된 착용형 보행 보조로봇 ‘ASSIST’*를 개발했다고 밝혔다.

* ASSIST(Air transmitted Secure, Self-regulating Impairment Supporting Tool)’ : 보행 장애 환자를 위한 공압 구동기 기반의 안전한 보조 장치

□ ASSIST는 공압백팩에서 만들어진 고압의 공기를 튜브를 거쳐 로봇에 전달함으로써 사용자의 보행 특성에 맞춰 걸을 수 있도록 기계적 힘을 공급하는 보행 보조 로봇이다.

ㅇ 부품 설계를 최적화하고, 초경량 소재로 제작해 신발 안에 신고 발목과 정강이에 고정한 후 옷으로 덮으면 외부에서 드러나지 않으며, 공압백팩은 어깨에 메는 구조이다.

□ ASSIST는 생기원의 실용화기술과 KAIST의 원천기술, 서울대학교병원의 임상평가기술이 융합되어 탄생했다.

ㅇ KAIST 기계공학과 김정 교수 연구팀은 보행 보조에 필요한 힘을 공급하는 공압백팩과 지면반력*을 활용해 사용자의 보행을 돕는 지면반력센서 원천기술을 개발하고, 초기 성능 검증을 위한 시제품을 제작했다.

ㅇ 서울대병원 정형외과 이동연 교수 연구팀은 뇌졸중 환자의 대표적 보행 장애인 족하수(Foot drop) 환자를 대상으로 한 임상평가를 진행했다.

* 지면반력(地面反力) : 지면에 힘을 가했을 때의 반작용력

□ ASSIST는 하버드대학교가 출시한 총 무게 3.8㎏의 보행 보조로봇 엑소

슈트(Exo suit)보다 가볍고, 케이블 구동기를 쓰지 않는 공압 방식 특

유의 유연성으로 인해 안정성이 높다.

ㅇ 안범모 박사 연구팀은 공압펌프, 제어기, 배터리로 구성된 공압백팩의 전체 무게를 1.9kg로 줄이는 데 성공함으로써 휴대성을 높였다.

ㅇ 또한 보조로봇의 발목과 정강이 고정부에 보아(BOA)시스템 기반의 탈·부착 기능을 적용해 사용자가 조력자의 도움 없이도 편리하게 신고 벗을 수 있도록 했다.

ㅇ 특히 카본섬유 소재로 발판을 만들고, 기구부 최적설계를 통해 보조로봇 무게를 0.6kg으로 경량화 함으로써 신발 안에 끼워 신어도 일반 등산화를 신은 것 정도의 부담 없는 무게를 구현해 냈다.

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

□ 안범모 박사는 “최근 보행 보조로봇이 고령화시대의 블루오션으로 꼽히고 있지만, 각종 부가장치와 부피 문제로 사용자의 부담이 크다는 점에 주목해 옷 안에 착용할 수 있는 보조로봇을 개발하게 됐다”고 말하며 “대형 공압 컴프레서를 대체할 수 있는 소형 공압백팩 개발, 카본섬유 소재를 활용한 경량화기술 등의 성과를 바탕으로 현재 고성능 모터 구동기를 활용한 보행 보조로봇 개발 연구를 진행하고 있다”고 밝혔다.