무릎 근육 부담 없이 걷는다…최경량 무릎 보조로봇 ‘등장’

생기원, 1.1㎏ 초경량 설계로 무릎 토크 40% 보조
착용 편리, 장시간 사용 시 피로 저하..보행안전성 향상

생기원이 개발한 무릎 보조로봇 ‘에어니’ 착용 모습. 생기원 제공

국내 연구진이 사용자의 착용 부담과 장시간 사용에 따른 피로를 줄일 수 있는 세계 최경량 무릎 웨어러블 로봇을 개발했다.

한국생산기술연구원은 안범모 수석연구원 연구팀이 부품 수를 줄이고 고성능 소형 모터를 적용한 무게 1.1㎏ 무릎 보조로봇 ‘에어니’(AirKNEE)를 개발했다고 9일 밝혔다.

무릎·고관절 보조 로봇을 착용하면 보행 시 에너지 소모와 근육 부담을 줄일 수 있어 일부 지자체의 경우 장시간 이동과 작업이 필요한 환경공무관에 웨어러블 로봇을 보급하고 있다.

연구팀은 가볍고 강도가 높은 폴리아미드12(PA12) 소재로 프레임을 제작하고, 전장부는 최적화 설계로 리튬 배터리 3개를 직렬로 연결한 ‘3셀 배터리’를 탑재했다. 구동부에는 토크 밀도가 높은 소형 서보모터를 적용해 줄어든 크기에도 충분한 힘을 낼 수 있도록 했다.

연구팀은 이를 통해 기존 2.1㎏ 수준이던 무릎 보조로봇 무게를 절반 가까운 1.1㎏까지 줄이는 데 성공했다.

무릎 보조로봇은 무게를 줄였음에도 센서를 활용한 정밀 제어기술로 보행 지원 성능을 높였다. 실제 20㎏ 중량 조끼를 착용한 보행 실험에서 종아리 근육 활동은 약 21%, 허벅지 근육 활동은 약 17% 감소해 근육에 가해지는 부담이 줄어든 것을 확인했다.

생기원이 개발한 무릎 보조로봇 ‘에어니’ 모습. 생기원 제공

연구팀은 내부 저항을 0.2Nm 수준으로 낮춰 전원이 꺼져 있어도 로봇을 착용하지 않은 것처럼 무릎을 편하게 굽히고 펼 수 있도록 사용 편의성을 높였다. 아울러 스포츠 무릎 보호대 구조의 프레임을 적용해 안정성을 높이고 제어기·센서·배터리를 일체형으로 통합해 탈부착이 용이하게 제작했다.

무릎 보조로봇은 지난 7월 미국에서 개최된 국제로봇학회 ‘유비쿼터스 로봇 2025’에서 최우수 어플리케이션상을 수상해 기술적 우수성과 실용성을 인정받았다.

안범모 수석연구원은 “AirKNEE는 근육 활동을 줄여 보행을 비롯해 착석, 기립, 계단 및 경사로 이동 등 다양한 상황에서 효과를 발휘한다”며 “산업현장 근로자는 물론 일반 성인까지 다양한 사용자가 활용할 수 있도록 연구를 지속할 계획이다”고 말했다.

이준기 기자 bongchu@dt.co.kr