하반신 마비 장애인도 타인 도움없이 걷게 하는 전면 착용 웨어러블 로봇

2024년 10월 24일 한국과학기술원 카이스트 기계공학과 공경철 교수 연구진이 하반신마비 장애인용 웨어러블 로봇의 새로운 버전 워크온슈트 F1을 공개했다. 휠체어에서 내릴 필요도 없고 타인의 도움 없이 바로 전면 착용할 수 있게 새로 개발한 입는 로봇이다. 

 

하반신 마비 장애인 걷게  하는 초격차 웨어러블 로봇

온통 기술개발에 몰두해온 카이스트 공경철 교수팀의 웨어러블 로봇은 하반신 마비 장애인에게 착 다가가 딱 맞게 착 입혀진다. 아무런 도움 없이 입고 일어나 걸을 수 있다. 봉투를 들고 혼자서 걷다가 앉고 싶으면 의자에 앉아 쉴 수도 있다.

 

https://www.asiae.co.kr/visual-news/article/2024102511162818550

 

 이 웨어로블 로봇 워크온슈트 F1은 기술 격차가 남다르고 엄청나게 높다. 공경철 교수 연구진이 하반신 마비 장애인을 위한 웨어러블로봇의 신기원을 열고자 개발해 온 회심의 작품이다. 휠체어에서 내일 필요도 없다. 타인의 도움 없이 바로 착용할 수 있다.

 

카이스트 입는 로봇. 아시아경제

 

 워크온슈트 F1은 장애인을 위한 웨어러블 로봇 기술의 결정체라고 설명하면서 공경철 교수는 해외의 경쟁 로봇과 초격차가 있을 것으로 예상한다. 

 

 카이스트 연구팀이 로봇 설계의 기초를 마련했다. 여기에 엔젤로보틱스 회사가 살을 보탰다. 로봇의 핵심부품인 모터와 감속기, 모터드라이버, 메일 회 등을 전부 국산화했다.

 

 모터와 감속기 모듈의 출력밀도는 기존 연구팀의 기술에 비해 2배 향상시켰다. 모터드라이버의 제어성능은 주파수 응답속도 기준으로 해외 최고 기술 대비 3배 향상됐다. 

 

 고가의 상위제어기를 사용하지 않고도 고급 모션제어 알고리즘을 안정적으로 구현할 수 있도록 모터드라이버의 임베디드 소프트웨어 기술을 대폭 향상했다. 이외에도 장애물 감지를 위한 비전과 인공지능 적용을 위한 AI 보드 등이 탑재되어 있다. 

 

장애인용 로봇 국제 대회 사이배슬론

사이배슬론(Cybathlon)은 장애인용 로봇 국제 대회다. 4년마다 열리고 스위스 취리히 연대대학이 주최한다. 공경철 연구진은 2020년에 사이배슬론의 웨어러블 로봇 종목에서 금메달을 땄다. 

 

 공경철 연구진은 우승을 목표로 워크온슈트 F1을 이번에 출전시킨다. F1이라는 이름 자체가 일상 용이라기보다는 경기에서 압도적인 실력을 보여주기 위함을 뜻한다. 시연에서 워크온슈트 F1은 사이배슬론 종목의 기준을 당당히 달성했다. 

 

 이번 로봇은 하반신마비 중에서도 중증도가 가장 높은 ASIA-A(완전마비) 단계를 대상으로 한다. 즉, 워크온슈트 F1은 보행이 불가능한 중증 장애인들이 타인의 도움 없이 일어나 걸을 수 있도록 하는데 초점을 맞췄다. 

 

 뇌졸중 환자를 위한 보행재활로봇 엔젤렉스 M20과는 형태와 목적이 다르다. 엔젤렉스 M20는 공교수가 창업한 엔젤로보틱스를 통해 이미 상용화됐다. 건강보험도 적용된다. 

 

남의 도움 없이 전면 착용하는 웨어러블로봇

워크온슈트 F은 개발단계에서 이미 보행속도는 달성했다. 중요한 것은 누군가 대신 입혀주는 로봇이 아니라 스스로 입을 수 있는 로봇 개발이었다. 

 

 로봇 개발에 참여한 박정수 카이스트 박사는 다른 연구진의 로봇들은 연속적인 보행에 집중했으나 우리는 혼자 입을 수 있는 점과 첫발을 떼는 것에 집중했다고 말했다. 

 

 이러한 본질적인 문제에 대한 기술적인 해결방안이 워크온슈트 F1에는 있다. 휠체어에서 내리지 않고 타인의 도움 없이 로봇을 바로 착용할 수 있도록 후면 착용이 아닌 전면 착용방식을 적용했다. 

 

 장기간 앉아서 생활했던 착용자가 로봇을 입을 때 이질감을 느끼지 않도록 세심하게 배려했다. 로봇이 급작스럽게 착용되면 불안감이 느껴질 수 있는데 이러한 불편함이 없도록 미리 섬세하게 설계했다. 

 

 또한 입는 로봇을 착용하기 전에 입는 로봇이 마치 휴머노이드처럼 스스로 걸어와 착용할 사람에게 다가온다. 무게중심을 능동적으로 제어하는 기능을 적용해서 착용자가 로봇을 잘못 밀더라도 넘어지지 않고 균형을 유지하는 기능도 구현했다. 

 

 워크온슈트 F1은 성능면에서 휴머노이드와 웨어러블 로봇을 넘나 든다. 이것을 가능하게 하게 한 디자인은 카이스트 산업디자인학과 박현준 교수가 맡아서 진행했다.

 

 웨어러블 로봇 본연의 기능도 대폭 개선했다. 직립 상태에서 두 손을 자유롭게 사용할 수 있고 지팡이 없이 여러 걸음을 걸을 수 있도록 균형 제어 성능을 향상했다. 

 

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맺음말

2024년 10월 24일 한국과학기술원 카이스트 기계공학과 공경철 교수 연구진이 하반신마비 장애인용 웨어러블 로봇의 새로운 버전 워크온슈트 F1을 공개했다. 휠체어에서 내릴 필요도 없고 타인의 도움 없이 바로 전면 착용할 수 있게 새로 개발한 입는 로봇이다.