"착용자 의도대로 움직인다" 고성능 로봇의족 센서 개발

[DGIST 이상훈 교수 연구팀]
근육 생체신호 실시간 획득 성공
착용형 웨어러블 기기 적용 기대

[서울경제]

다리가 없는 환자가 진짜 다리처럼 자신의 의도대로 움직일 수 있는 로봇 의족(義足)이 국내에서 개발됐다.

대구경북과학기술원(DGIST)은 이상훈 로봇및기계전자공학과 교수 연구팀이 ‘무감각성 표면 근전도 센서’를 개발했다고 8일 밝혔다. 연구 성과는 재료과학 및 융합연구 분야 국제 학술지 ‘NPJ플렉시블일렉트로닉스’에 지난달 25일 게재됐다.

무감각성 표면 근전도 센서의 모식도. 사진 제공=DGIST

하지 절단 환자의 다리를 대체하는 로봇 의족이 등장했지만 환자가 자신의 의도에 맞게 의족을 움직일 수 있는 기술은 아직 상용화에 한계가 있는 상황이다. 환자의 근육 생체 신호인 근전도를 빠르고 정확하게 감지해야 하는데 이를 위한 센서가 제대로 개발되지 못한 실정이다. 이미 비침습적 표면 근전도 센서가 있지만 센서가 장치 내 좁고 습한 실리콘 라이너 안에 위치해야 하고 역동적인 움직임의 영향을 받기 때문에 손상 없이 장기간 안정적으로 근전도를 측정하기 어렵다.

연구팀은 ‘미세 전자제어 기술’을 활용한 무감각성 표면 근전도 센서를 개발했다. 이 센서는 뱀처럼 구불구불한 서펜타인 구조로 만들어져 유연성과 신축성은 물론 바람이 잘 통하는 통기성과 몸에 잘 달라붙는 접착성을 모두 확보했다고 연구팀은 설명했다.

무감각성 표면 근전도 센서를 하지 절단 환자에게 부착한 후 근 신호를 기록하는 소자 기능성 평가를 진행한 결과 평지와 경사면·계단 등 다양한 환경에서 보행하는 환자의 근육 신호를 고품질·실시간으로 획득하는 데 성공했다고 전했다. 필요한 근육 신호를 선택적으로 취하는 성능도 기존 근전도 센서보다 뛰어나다는 것도 확인했다.

연구팀은 의수나 의족은 물론 생체 신호를 활용하는 다양한 웨어러블(착용형) 기기에 이 기술을 적용할 수 있을 것으로 기대했다. 이 교수는 “하지 절단 환자들은 자신의 의지가 반영돼 제어가 가능한 의족이 없어 일상생활에 제한이 많은 것으로 알고 있다”며 “향후 인체의 사지와 같은 감각과 운동 기능이 구현 가능한 ‘바이오닉 사지’를 개발해 절단 환자들도 모든 일상생활을 누리게 하고 싶다”고 말했다.

김윤수 기자 sookim@sedaily.com