'입는 로봇' 상용화 바짝…가벼운 '근육옷감' 대량생산 장비 개발

한국기계연구원 첨단로봇연구센터 박철훈 책임연구원 연구팀(기계연 제공) /뉴스1

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 한국기계연구원은 AI로봇연구소 첨단로봇연구센터 박철훈 책임연구원 연구팀이 가볍고 강력한 인공근육 구동기 '근육옷감'을 연속 대량생산할 수 있는 자동직조장비를 개발했다고 29일 밝혔다.

기계연에서 개발한 근육옷감 자동직조장비는 머리카락 4분의 1 수준 굵기인 직경 25마이크로미터(㎛)의 형상기억합금 와이어를 코일 형태로 가공한 실로 근육옷감을 연속으로 만드는 기술이다.

근육옷감은 10g의 무게로 10~15㎏을 들어올릴 수 있어 의복형 웨어러블 로봇의 핵심 구동기로 활용된다.

기존 형상기억합금 코일실은 금속으로 된 중심 실(심선)을 사용해 당겼을 때 늘어나는 비율(연신율)이 낮아 자동 직조기로 근육옷감을 짜기 어려웠다.

연구팀은 금속 대신 천연사를 중심 실로 사용하고 근육옷감의 구조와 제작 공정을 새롭게 개발했다. 직조기의 구조도 개선해 근육옷감을 연속으로 대량생산 할 수 있게 됐다.

기존 웨어러블 로봇은 무겁고 큰 형태와 소음, 착용 불편 등 문제로 대중화가 어려웠다. 특히 어깨 관절은 움직임이 복잡해 보조가 쉽지 않다.

반면 기계연이 개발한 근육옷감 구동기는 가볍고 유연해 팔꿈치·어깨·허리처럼 움직임이 다르고 복잡한 관절에도 자연스럽게 순응하며 능동 보조를 구현할 수 있다.

근육옷감을 적용해 만든 세계 최초의 경량 의복형 웨어러블 로봇은 2kg 미만의 가벼운 무게로 팔꿈치·어깨·허리 3관절 동시 보조하면서 근육 사용량을 40% 이상 감소시켰다.

또 세계 최고 수준인 840g 무게의 초경량 어깨 보조 로봇을 구현해 근육 약화 환자도 일상에서 부담 없이 착용하고 휴대할 수 있도록 했다.

연구팀이 듀센 근이영양증 등 근육 약화 환자를 대상으로 서울대학교병원에서 초경량 어깨 보조 로봇 임상실험을 시행한 결과 어깨 움직임 범위가 57% 이상 개선됐다.

박 책임연구원은 "의복형 웨어러블 로봇의 핵심 기술인 근육옷감의 대량생산 기술 개발을 통해 의료, 물류, 건설 등 다양한 현장에서 국민 삶의 질을 높이게 될 것으로 기대한다"며 "지금까지 기계연에서 축적해 온 다양한 웨어러블 로봇 기술을 하루빨리 상용화해 웨어러블 로봇시장을 선도할 수 있도록 최선을 다하겠다"고 말했다.

이 연구성과는 국제전기전자공학회(IEEE) 재활공학 분야 학술지 '신경시스템 및 재활공학(Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering)' 온라인판에 게재됐다.