-군사용, 산업용으로 광범위하게 활용 가능한 외골격기술 획득과 개량 필요성 있어
KAIST와 세브란스 병원, 하반신 마비 환자를 위한 국산 외골격 공개
지난 6월 15일 ‘KAIST’는 기계공학과 ‘공경철’ 교수와 세브란스 병원 ‘나동욱’ 교수가 공동 개발한 하반신 마비 환자 보조용 외골격(Exo-skeleton) ‘워크온슈트4’를 공개했다.
워크온슈트4는 모터를 탑재하고 있어 하반신을 전혀 사용할 수 없는 환자들이 다른 사람의 도움 없이 보행할 수 있도록 할 수 있으며, 일어서거나 걷는 동작은 물론 계단과 경사 등 일상생활에서 자주 접할 수 있는 장애물을 극복하는 것도 가능하다.
기존의 외골격들은 탑재된 모터 등 구동 시스템의 중량이 수십kg에 달할 정도로 무거웠기 때문에, 마비로 인해 운동 근육이 적지 않게 소실된 환자들이 외골격을 장시간 운용하는 것에는 한계가 존재했다.
워크온슈트4의 초기 버전도 마찬가지로 이와 같은 한계가 있었다.
그러나 공경철 교수와 나동욱 교수 공동연구팀은 외골격의 무게중심을 정밀하게 설계하여 하중이 골고루 분산될 수 있도록 했으며, 착용자의 긴장도나 지면의 상태 같은 외부 환경을 관측하여 외골격을 제어하는 시스템을 구축하여 이 같은 한계를 극복하고자 했다.
특히 워크온슈트4의 시스템은 착용자의 걸음을 30보 이내로 분석해 가장 적합한 보행패턴을 찾아 착용자 맞춤형으로 제공하여 착용자의 부담을 최소화하는 기능도 갖추었다.
그 결과 워크온슈트4를 착용한 하반신 마비 환자가 외골격을 착용하고 활동할 수 있는 시간이 연장되었으며 착용자가 1분에 40m이상 연속보행하는 것에도 성공했다.
분속 40m는 약 0.67m/s로 환산할 수 있는데 이는 경찰청의 녹색신호등 시간 책정에 사용되는 기준인 일반인의 보행속도 1m/s에는 미치지 못하나 어린이와 어르신 등 교통약자의 보행속도인 0.8m/s에 근접하는 수준이다.
또한 KAIST에 따르면 워크온슈트4가 기록한 보행속도는 하반신이 완전히 마비된 환자가 기록한 보행속도로는 세계 최고수준인 것으로 알려졌다.
특히 워크온슈트4에는 다수의 국산 기술이 채용되어 향후 외골격 개발과 개량을 위한 국산 원천 기술 확보라는 측면에서도 의미가 작지 않다는 평가가 나온다.
공학적 설계 및 제어 분야는 공경철 교수가, 환자를 배려해야 하는 생체역학 분야는 나동욱 교수가 중심이 되어 외골격 연구를 진행했다.
또한 개인맞춤형 탄소섬유 착용부는 재활공학연구소에서 담당했으며 로봇의 동작 생성 및 디자인 분야에는 영남대학교 로봇기계공학과와 에스톡스가 힘을 보탠 것으로 알려졌다.
사이배슬론(Cybathlon)를 통해 도약의 기회 노리는 국산 외골격
‘사이배슬론(Cybathlon)’는 인조인간을 의미하는 ‘사이보그(Cyborg)’와 경기를 뜻하는 ‘애슬론(Athlon)’이 합성된 단어로 ‘스위스 국립로봇역량연구센터(NCCR-Robotics)’가 주최하는 국제경기이다.
사이배슬론에 참가하는 선수들은 신체 일부 기능에 장애를 갖고 있지만, 외골격과 같은 생체 공학적 보조 장치 착용을 통해 장애를 극복하고 장치의 우수성과 선수의 제어 능력 및 의지 등을 겨루게 된다.
2016년 스위스에서 1회 대회가 개최되었던 사이배슬론 대회는 올해에도 개최될 예정이었으나 코로나19 여파로 인해 현지 개최가 취소되는 등 경기 진행 예정은 불투명한 상황이다.
지난 2월 KAIST에서는 ‘앉고 서서 물 컵 정리하기’, ‘험지 보행’ 등 사이배슬론에서 실제 실시하는 종목들로 참가 선수들을 뽑는 선발전이 개최됐으며, 4개 미션을 통과하는데 2분 24초의 기록을 달성한 김병욱씨와 3분 35초를 기록한 이주현씨가 대표로 선발됐다.
6개 미션 통과 시간을 기준으로 두 선수는 모두 5분대를 기록했는데 KAIST에 따르면 미국, 스위스팀의 통과 시간은 4개 미션 기준 6분대로 한국 선수들의 기록이 다소 우위에 있는 것으로 알려졌다.
한국의 공경철 교수와 김병욱 선수로 구성됐던 ‘SG Mechatronics’팀은 2016 사이배슬론 결승전에서 독일의 ‘Rewalk’팀과 미국의 ‘IHMC’팀에 이어 3위를 기록한 바 있을 정도로 한국 팀의 국제 경쟁력은 인정받고 있다.
코로나19로 사이배슬론 2020의 개최여부나 방식은 현재로서는 불투명하지만, 하반신 마비 환자들을 보조하는 외골격의 성능을 실증할 수 있고 선의의 경쟁을 통해 얻은 데이터로 외골격의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다는 점에서 사이배슬론이 갖는 의미는 여전히 작지 않다.
상용화에 한발 앞서가고 있는 Rewalk
사이배슬론 2016에서 1위를 차지하기도 했던 리워크(Rewalk)는 버전 6.0 제품이 출시되었으며 2014년 미국 외골격 분야에서 최초로 FDA허가(FDA Clearance)를 획득하는 등 하반신 마비 환자를 위한 외골격의 상용화에서 한국보다 한발 앞서나가고 있다는 평가다.
지난 3월 28일 로봇 전문 매체인 ‘Robotics Business Review’는 ‘리워크 로보틱스(ReWalk Robotics)’와 독일의 법정 보험사(SHI)가 척수손상을 입은 환자들이 리워크6.0을 획득하는데 필요한 비용 지원을 위한 합의에 진전이 있었다고 보도했다.
리워크 로보틱스에 의하면 리워크6.0 시스템 관련 비용뿐만 아니라 훈련에 소요되는 비용 등을 포함하여 독일의 보험사가 광범위하게 환자들을 지원할 예정으로 알려졌다.
이보다 앞선 2015년 12월에는 ‘미국 보훈국(Department of Veterans Affairs)’이 미국 내 재향군인을 위해 리워크 6.0을 획득하고 훈련하는 내용의 정책을 발표한 바 있을 정도로 리워크 상용화에 대한 성과가 어느 정도 나타나고 있다는 평가가 나온다.
한편 리워크 로보틱스는 최근 자사의 외골격 제품에 원격 헬스 데이터 제공과 분석 기능을 탑재하고 물리치료사를 활용한 원격 물리치료 기능까지 갖추는 전략을 취하여 상용화에 더욱 박차를 가할 것으로 알려졌다.
이는 코로나19로 인해 원격건강관리(TeleHealth) 혹은 제한적인 원격의료(TeleMedicine)등의 비대면 의료서비스에 대한 수요가 증가하고 있기 때문으로 풀이된다.
이런 배경 하에 한국 또한 의료용 외골격 자체의 기능을 향상시키는 노력에 더해 한국이 강점을 가지고 있다고 평가받는 통신 기술 등을 적극 활용하여 제품의 경쟁력을 더욱 향상시켜야 할 필요가 있다는 조언이 제기되고 있다.
게다가 동력원을 갖춘 외골격 기술은 하반신 마비 환자들을 보조하는 것에만 활용되는 것이 아니라 군사용, 산업용으로 광범위하게 활용될 수 있으므로 관련 국산 기술을 확보, 개량하는데 역량을 투입해야 할 필요성 또한 지적되고 있다.