보행 불편한 고령자 의도 읽는다…속도조절·경사로 인식 보행보조 로봇

GIST·MIT 공동 개발

광주과학기술원(GIST)과 미국 매사추세츠공대(MIT) 연구팀이 공동 개발한 보행 보조 로봇 '적응형 워커'와 각 부분에 장착된 센서들. 사용자의 팔을 지지하는 부분에 촉각센서가 부착됐고 워커 몸체에는 관성 센서가 달렸다. 뒤쪽 바퀴에 부착된 회전 모터로 워커의 속도를 조절하고 로봇의 네 다리에 부착된 수직 모터를 이용해 워커의 형태를 변형한다. GIST 제공

한미 공동연구팀이 인공지능(AI)과 센서 기술을 적용해 사용자의 의도와 지면의 기울기를 자동으로 파악해 직관적인 조작이 가능한 보행 보조 로봇을 개발했다. 조작이 복잡하고 안정성이 떨어지는 기존 장치의 한계를 개선한 것으로 평가된다. 

광주과학기술원(GIST)은 김경중·김승준 AI융합학과 교수 연구팀이 미국 매사추세츠공대(MIT) 컴퓨터과학·인공지능연구소(CSAIL)와 협력해 보행 보조 로봇 '적응형 워커(Adaptive Walker)'를 개발했다고 11일 밝혔다. 연구결과는 5월 20일 로봇 분야 국제 학술대회인 'IEEE ICRA'에 발표됐다.

기존 보행 보조 기술은 인지 기능이 저하된 고령자가 조작하기엔 복잡하다. 다양한 실내외 환경에 즉각 대응하기도 어렵다. 특히 경사로에서 균형을 유지하거나 보행 속도를 잘 조절하지 못한다.

연구팀은 AI와 센서 기술을 활용해 사용자의 인지 부담을 최소화하고 환경에 능동적으로 대응하는 적응형 워커를 개발했다. 사용자의 의도에 따라 속도를 자동으로 조절하고 경사로에서 안정적인 자세를 유지하도록 돕는 기능이 핵심이다.

워커의 팔받침 부분에는 GIST와 MIT가 공동연구로 개발한 고해상도 촉각 센서가 부착됐다. 센서는 사용자의 팔 움직임을 정밀하게 감지한다. 센서를 통해 수집된 데이터는 AI 모델이 분석해 사용자가 의도한 가속도를 예측한다.

예측된 가속도는 로봇의 모터 제어에 반영돼 별도의 버튼 조작 없이도 자연스럽게 속도 조절이 가능하다. 실험 결과 워커는 사용자의 보행 속도를 20% 이내 오차로 정확히 예측해 속도를 제어했다.

워커에는 지면의 기울기를 실시간으로 감지하는 관성 측정 센서(IMU)가 탑재됐다. IMU는 가속도계와 자이로스코프가 결합돼 실내외에서 물체의 이동, 회전, 기울기 등을 감지한다. 경사로에 진입하면 워커가 이를 감지해 앞이나 뒤쪽 다리 길이를 자동 조절해 사용자가 균형을 잡을 수 있도록 돕는다. 실험에서 워커는 오차 1도 이내로 수평을 유지했다.

김 교수는 "보행이 불편한 고령자에게 실질적인 도움을 줄 수 있는 기술적 해법을 제시했다"며 "더 많은 기능을 갖춘 차세대 보행 보조 장치를 개발해 고령자의 이동 편의성을 극대화해 나갈 계획"이라고 말했다.

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]