현실이 된 '닥터 옥토퍼스'...고려대, 어깨에 붙이는 초경량 로봇팔 개발

고려대 차영수 교수 연구팀
77cm·1.3kg 웨어러블 로봇팔 개발

고려대 전기전자공학부 김진호 석사과정(제1저자), 고려대 전기전자공학부 차영수 교수(교신저자)

[파이낸셜뉴스] 고려대학교 연구팀이 종이접기 구조를 적용한 웨어러블 로봇팔을 개발했다. 기존 금속형 로봇팔의 무게 부담을 낮추면서도 유연성과 정밀 제어를 동시에 확보해 물류·돌봄 분야 활용 가능성이 커졌다는 평가다.

차영수 고려대학교 전기전자공학부 교수 연구팀은 가볍고 유연한 구조를 갖춘 웨어러블 로봇팔 개발에 성공했다고 21일 밝혔다.

그동안 로봇팔은 작업 능력 향상을 위한 보조 장치로 주목받았지만, 금속 기반 구조로 인해 착용자의 피로도가 크고 장시간 사용이 어렵다는 문제가 있었다.

고려대 제공

이번 연구는 등에 장착해 작업을 보조하는 로봇팔의 핵심 한계였던 '무게 문제'를 구조 설계로 해결한 것이 특징이다.

연구팀은 '크레슬링(Kresling) 패턴'이라 불리는 종이접기 구조를 적용해 돌파구를 마련했다. 이 구조는 원통이 비틀리며 접히고 펴지는 특성을 갖고 있어 유연하면서도 형태 안정성을 유지할 수 있다. 이를 기반으로 4개의 원통형 구조체를 결합한 소프트 모듈을 설계하고, 와이어를 당겨 움직이는 '텐던 구동(Tendon-driven)' 방식을 적용했다. 이 방식은 사람의 힘줄처럼 작동해 보다 부드럽고 정밀한 동작 구현이 가능하다.

주요 몸체는 폴리염화비닐(PVC) 등 경량 소재로 제작됐다. 길이 77cm·무게 1.3kg로 착용 부담 대폭 줄였다. 이에 따라 착용자의 어깨나 허리 등 다양한 부위에 장착해 작업 중 물건을 지지하거나 운반하는 등 보조적인 역할로 사용할 수 있다는 게 연구팀 설명이다.

연구팀은 하드웨어 개발과 함께 로봇팔의 움직임을 계산하는 기하학 기반 모델링 프레임워크도 구축했다. 종이접기 구조는 변형이 복잡해 제어가 어렵지만, 해당 모델을 통해 특정 명령에 따른 변형 각도와 움직임을 사전에 예측할 수 있게 됐다.

이에 따라 조종 정확도가 크게 향상돼 정밀한 제어가 가능해졌다고 연구팀은 설명했다.

차영수 고려대 교수는 "종이접기 구조의 경량성과 소프트 로봇의 안전성을 동시에 확보했다"며 "물류 현장 작업 보조뿐 아니라 노약자나 장애인을 위한 보조기기로도 활용 가능하다"고 밝혔다.

이번 연구 성과는 로봇공학 분야 국제 학술지 IEEE/ASME Transactions on Mechatronics 4월호에 게재됐다.

[e-mail] 이보미 기자