의복형 웨어러블 로봇 시대 ‘성큼’…근육옷감 대량 생산 한다

기계연, 가볍고 유연한 근육옷감 생산하는 ‘자동직조장비’ 개발
형상기억합금 코일 실로 직조...10g 무게로 15㎏ 들어 올려

기계연 연구진이 개발한 경량 의복형 웨어러블 로봇을 착용하고 있다. 기계연 제공.

머리카락 굵기보다 얇은 형상기억합금 코일실을 직조해 옷감처럼 가볍고 유연한 근육옷감을 대량 생산할 수 있는 장비가 개발됐다.

한국기계연구원은 박철훈 책임연구원 연구팀이 인공근육 구동기 ‘근육 옷감’을 자동으로 연속 대량 생산할 수 있는 자동 직조장비를 개발했다고 29일 밝혔다.

기존 웨어러블 로봇은 무겁고 소음이 큰 모터나 공압 구동기를 적용해 팔꿈치, 어깨, 허리관절을 모두 보조하기에는 무게나 착용 등에 제약이 있다. 특히 어깨 관절은 움직임이 복잡해 능동 보조가 더욱 어렵다.

연구팀이 개발한 근육 옷감 직조기는 머리카락 굵기의 4분의 1 수준인 지름 25㎛(마이크로미터)의 형상기억합금을 코일 형태로 가공한 실을 이용해 근육 옷감을 연속으로 만드는 장비다. 형상기억합금은 외부 힘으로 형태가 바뀌더라도 온도가 올라가면 본래 형태로 돌아가는 특수 금속이다.

기존 형상기억합금 코일 실은 금속의 중심 실(심선)을 사용해 당겼을 때 늘어나는 비율이 낮아 자동 직조기로 근육 옷감을 짜는 것이 어려웠다.

기계연 연구진이 경량 의복형 웨어러블 로봇 성능을 시험하고 있다. 기계연 제공.

근육 옷감은 10g의 무게로 10∼15㎏을 들어 올릴 수 있어 의복형 웨어러블 로봇의 핵심 구동기로 활용된다.

연구팀은 금속 대신 천연사를 중심 실로 사용하고 근육 옷감의 구조와 제작 공정을 새로 개발했다. 이 공정을 통해 팔꿈치, 어깨, 허리 3관절을 동시에 보조하는 2㎏ 미만의 경량 의복형 웨어러블을 개발, 세계 최고 수준인 840g 무게의 초경량 어깨 보조 로봇을 구현했다.

연구팀은 듀센 근이영양증 등 근육 약화 환자를 대상으로 서울대병원에서 초경량 어깨 로봇 임상실험을 한 결과, 어깨 움직임 범위가 57% 이상 개선됨을 확인했다. 어깨 보조 로봇은 환자에 대한 돌봄 부담을 줄이고, 환자 스스로 생활할 수있는 독립성을 높여 삶의 질과 자존감 향상을 가져올 것으로 연구팀은 기대했다.

박철훈 책임연구원은 “근육 옷감을 자동직조기를 통해 안정적이고 균일한 품질로 지속적으로 생산할 수 있게 돼 의복형 웨어러블 로봇 상용화를 위한 기반을 다지게 됐다”며 “근육 옷감의 대량 생산기술을 통해 의료, 물류, 건설 등 다양한 분야에 적용할 수 있을 것”이라고 말했다.

이 연구결과는 재활공학 분야 국제 학술지 ‘TNSRE’ 10월호 온라인에 실렸다.

기계연이 개발한 근육옷감 대량 생산을 위한 ‘자동직조장비’ 모습. 기계연 제공.

이준기 기자 bongchu@dt.co.kr