하반신 마비 환자에 스스로 입혀지는 웨어러블 로봇…"땅을 걷는 느낌 되찾아"

공경철 KAIST 교수, '워크온슈트(F1)' 공개

김승환 KAIST 연구원이 하반신 마비 환자를 위한 웨어러블 로봇 '워크온슈트 F1'을 장착한 채 이동하고 있다. KAIST 제공

24일 찾은 대전 대덕구 소재 사이배슬론 2024 아시아허브. 입는(웨어러블) 로봇 전문기업 엔젤로보틱스가 만든 이곳은 장애인이 각종 장비의 도움을 받아 움직임의 정확도나 속도 등을 겨루는 사이배슬론 경기장이다.

경기장에 들어서자 한 사람이 사람의 하반신을 닮은 웨어러블 로봇을 착용하고 다양한 동작을 수행하기 시작했다. 몸을 일으켜 한걸음씩 앞으로 나아가는가 싶더니 좁은 장애물 사이를 통과하고 작은 의자 위에 정확하게 앉는 등 자연스럽게 동작을 이어갔다. 가벼운 소재로 만들어진 가방을 들어올리는 동작도 시연했다. 이 로봇은 하반신이 마비되거나 몸이 불편한 장애인의 움직임을 돕는 첨단 웨어러블 로봇 '워크온슈트(F1)'다. 엔젤로보틱스가 새롭게 개발한 F1은 이날 가동하는 모습이 최초로 공개됐다. 

시연에 앞서 공개된 F1 소개 동영상이 F1의 백미다. 거동이 불편해 휠체어에 의지하는 환자가 다른 사람의 도움없이 F1을 착용하는 모습이 공개됐다. 시연을 보조하는 연구원이 스마트폰을 사용해 로봇에 신호를 보내자 F1은 서서히 하반신 마비 환자에게 다가갔다. 마치 실제 사람이 말을 걸기 위해 움직이듯이 느릿하게 거리를 좁혔다. F1은 휠체어에 탄 환자가 지팡이를 사용해 세게 밀어내도 넘어지지 않고 균형 감각을 유지했다.

환자가 제어를 하자 F1은 사람의 무릎을 모사한 기계 관절을 구부리며 서서히 자세를 낮추는가 싶더니 환자가 앉아있는 상태 그대로 환자의 하반신을 감싸안으며 글자 그대로 '스스로 입혀졌다'. 영화 '아이언맨'의 슈트가 저절로 입혀지는 것과 유사한 장면이다. 마치 사람이 몸이 불편한 사람을 부축하듯 인간의 움직임과 가까운 '휴머노이드'가 장애인을 위한 웨어러블 로봇 분야로 확장됐다는 평가다. 이날 시연에서는 현지 사정으로 스스로 입혀지는 모습이 공개되지는 않았다. 

KAIST 제공

F1은 사용자가 착용하면 다리의 겉면에 고정돼 하지를 지지하는 방식으로 거동한다. 실제 사람의 하반신이 안쪽에 들어가게 하기 위해 내부에는 공간이 확보돼있다. 착용하면 성인 남성의 가슴 높이까지 올라온다. 엔젤로보틱스 의장으로 F1 개발을 이끈 공경철 KAIST 기계공학과 교수는 "기존 로봇들이 걷는 행위 자체에 주목한 반면 우리는 환자가 누군가의 도움 없이도 로봇을 입을 수 있게 하는 데 주안점을 뒀다"고 설명했다.

환자에게 스스로 장착되는 F1을 개발하기 위해 연구팀은 정교한 구동 기술을 구현했다. 모터를 제어하기 위해선 뇌 모방 인공신경망을 활용한 알고리즘을 도입했다. 로봇이 넘어지지 않도록 6개의 정밀한 센서를 개발해 충격에도 균형을 잃지 않도록 설계했다. 부품을 개선해 모터와 감속기 모듈의 출력 밀도(단위 시간당 생산할 수 있는 에너지)를 기존 모델에 비해 무게당 파워 기준 약 2배 높였다. 신호를 전달하는 주파수에 대한 응답속도를 기준으로 측정한 모터드라이버의 제어 성능 또한 해외 최고 기술 대비 약 3배 높였다. 핵심 부품과 기술은 순수 국내 연구진의 역량으로 만들어졌다.

공 교수는 “F1을 비롯한 워크온슈트 시리즈는 장애인을 위한 웨어러블 로봇 기술의 결정체”라며 “워크온슈트에서 파생된 수많은 부품, 제어, 모듈 기술들은 웨어러블 로봇 산업 전체에 새로운 표준을 제시하고 있다”고 자신했다. 

공 교수팀은 올해 국제 사이배슬론에 참가한다. 4년 전 이 대회에서 금메달을 땄던 이들은 이번에도 국제무대에서 한국의 로봇 기술력을 과시할 예정이다. 후속 연구를 통해 F1시리즈 웨어러블 로봇을 장애인을 위한 스포츠에 활용하는 방안 모색한다. 

하반신 마비 환자를 위한 웨어러블 로봇 '워크온슈트 F1'에 사용된 주요 기술과 부품을 나타낸 그래픽. KAIST 제공

[대전= 박정연 기자 hesse@donga.com]