로봇, ‘맞춤형 의수 설계’ 맡는다…손목 동작 정밀 구현

광주과기원, 로봇 기반 의수 체험 시스템 ‘아이-페들’ 개발
가볍고 다양한 손목 기능 조건 구현..설계 시 사용자 중심 지원

로봇 기반 이수 체험 시스템(아이-페들) 의 다자유도 의수 기계 설계 및 동작 메커니즘 개념도. GIST 제공.

사고나 질병 등을 팔을 잃은 환자의 인공팔을 맞춤형으로 제시해 주는 로봇 기술이 나왔다. 사용자에게 더 가볍고 효율적인 맞춤형 의수 설계를 지원하는 데 활용될 전망이다.

광주과학기술원(GIST)은 강지연 AI융합학과 교수가 이끈 한미 공동연구팀이 어깨부터 손을 포함한 팔 전체(상지)에 대한 의수 설계를 지원하는 로봇 기반 의수 체험 시스템 ‘아이-페들’(I-PEDLE)을 개발했다고 24일 밝혔다.

상지가 절단된 환자를 위한 고기능 의수 기술은 지속 발전하고 있지만 무게 부담과 복잡한 제어 방식, 높은 비용 등의 한계로 실제 사용자 만족도는 여전히 낮다.

특히 많은 상용 의수는 능동적인 손목 기능이 부족해 어깨나 팔꿈치를 과도하게 사용하는 움직임이 나타날 수 있는데, 이런 동작이 반복되면 장기적으로 근골격계 통증으로 이어질 가능성이 있다.

연구팀은 케이블 구동 방식을 적용해 가볍고 세 방향으로 움직이는 손목 기능을 구현한 로봇 기반 인공 팔 체험 시스템을 개발했다.

이 시스템은 케이블 모터를 외부에 배치해 의수 무게를 최소화하고, 손목을 안팎으로 돌리는 동작과 자연스러운 손목 각도 움직임, 물건을 잡고 쥐는 기능 등 실제 사용에 필요한 정밀한 손목 동작을 구현했다.

실제 어깨를 과도하게 돌리거나 들어올리는 등 다른 관절을 불필요하게 더 많이 사용하는 동작을 줄이는 효과를 확인했다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 손목 동작 과정에서 관절 움직임과 부족한 기능을 대신하기 위해 다른 관절을 더 많이 사용하는 동작을 센서 데이터로 수집·분석함으로써 어깨와 팔꿈치 움직임을 정량적으로 평가할 수 플랫폼을 구축했다.

향후 사용자 맞춤형 의수 설계를 위한 평가·검증 시스템으로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

강지연 GIST 교수는 “다양한 의수의 움직임을 로봇으로 구현해 사용자가 직접 체험하고, 체험 결과 데이터를 바탕으로 개인에게 적합한 맞춤형 의수 설계를 제안할 수 있다”며 “앞으로 인간-로봇 상호작용 기반 재활기술 발전에 중요한 기반이 될 것”이라고 말했다.

연구결과는 로봇공학 분야 국제 학술지 ‘IEEE 로봇 앤 오토메이션 레터스’ 지난 13일 온라인에 실렸다.

강지연(왼쪽) GIST AI 융합학과 강지연 교수 공동연구팀. GIST 제공.

이준기 기자 bongchu@dt.co.kr