이런 환자들에게는 걷는 것만큼 삶의 활력소가 되는 일도 없다. 한국생산기술연구원 박현섭 박사팀이 그 꿈을 이뤄줄 외골격 로봇을 개발했다.
한국생산기술연구원 로봇융합연구그룹 박현섭 박사의 연구실에는 옷을 입듯 착용하는 외골격 로봇이 놓여 있다. 척수마비 환자들의 보행기능을 회복시키고, 일상생활을 도와주기 위한 재활치료용 보행보조 로봇 '로빈(RobIn)'이 그 주인공.
외골격과 손목시계형 센서, 보조 목발로 구성돼 있는데 로빈을 착용하면 외부의 도움 없이도 환자 스스로 서기, 앉기, 걷기를 할 수 있다.
센서로 환자의 의도 파악
로빈의 기본 원리는 센서와 외골격의 상호작용에 있다. 센서가 착용자의 의도를 읽어내면 외골격에 장착된 로터가 회전하면서 다리를 펴거나 접는 것을 도와주는 메커니즘이다. 때문에 착용자의 의도를 정확히 파악하는 인식 및 센싱 기술, 사람과 동일한 방식으로 외골격이 걷도록 해줄 보행 패턴 설계 기술, 기존의 보행보조기를 로봇과 접목시키는 융합기술 등이 필수적으로 요구된다.
먼저 인식 기술과 관련 박 박사는 사람이 걸을 때 상체가 함께 움직이면서 몸의 균형을 잡는다는 사실에 주목했다.
"예컨대 왼쪽 발을 앞으로 내밀 때는 반사적으로 오른쪽 어깨도 내밀어집니다."
그래서 로빈은 외골격의 발바닥과 목발에 압력 감지 센서를 채용, 착용자의 상체 움직임에 따라 변화되는 압력을 정밀 측정하는 방식으로 언제 어떻게 보행을 보조해야하는지 판단한다.
의도가 파악된 뒤에는 그에 맞춰 로터가 구동돼 외골격의 관점이 움직인다. 그런데 여기에 문제가 하나 있다. 아무래도 사람의 보행 패턴과 로봇의 패턴이 다를 수밖에 없다는 점이다.
"사람이 걸을 때는 16개의 관절이 관여하는 반면 외골격의 관절은 대개 엉덩이와 무릎에 4개 정도 밖에 없기 때문이죠."
이에 연구팀은 로빈이 최대한 사람의 실제 보행과 유사한 보행패턴을 가질 수 있도록 보행패턴 연구와 프로그래밍에 많은 시간을 할애했다.
로봇 피팅룸
외골격 로봇의 특성상 환자 개개인의 신체와 꼭 맞아야만 최적의 성능이 발휘된다. 그래야만 착용자의 몸 중심축과 외골격의 중심축이 일치되면서 자연스러운 움직임이 가능해진다. 따라서 박 박사는 피팅의 중요성도 결코 간과하면 안 된다고 설명한다.
"피팅을 하려면 착용자의 신체 치수를 정확히 알아야 하는데 척수마비 환자의 경우 누워있는 상태에서 치수를 잴 수밖에 없어요. 사람은 누워있을 때와 일어섰을 때의 치수가 달라지는데 말이죠. 이 차이를 감안해서 환자에게 맞춤화된 피팅을 해야 합니다."
로빈은 찍찍이라 불리는 벨크로를 이용해 환자의 다리와 허리에 결착하는 형태로 착용된다. 전체 중량은 약 17㎏으로 관절부위의 로터 구동을 위해 24V 전기모터가 장착돼 있다.
"외골격이 주체적으로 움직이고, 환자가 수동적으로 외골격을 따라 움직이는 것이기 때문에 착용 후에도 외골격의 무게감을 느끼지 못해요. 배터리를 완충하면 3시간 가량 사용이 가능합니다."
주지하다시피 현재 로빈의 기능은 서기와 앉기, 걷기 정도지만 박 박사팀은 앞으로 계단을 오르내릴 수 있는 기능을 추가할 예정이다.
"2~3년 뒤에는 로빈을 이용해 척수마비 환자들도 별다른 지장 없이 일상생활을 영위할 수 있을 겁니다."
속도 UP, 기능 UP
보행보조 외골격 로봇의 개발은 박 박사팀이 국내 최초다. 세계적으로도 이스라엘의 '리워크(ReWalk)'와 미국의 '이레그스(eLEGS)'에 이은 세 번째 성과다.
자동차를 움직이려면 운전을 배워야 하듯 로빈 역시 제대로 이용하려면 사용법을 먼저 숙지해야 한다. 이에 연구팀은 본격적인 상용화에 앞서 충남대병원과 함께 초기 임상시험을 진행하고 있다. 그 결과를 바탕으로 착용자들에게 적용할 다양한 보행패턴과 작동법 등을 찾아내기 위함이다.
"처음에는 로빈을 착용한 환자를 일으켜 세우는 데에만 꼬박 6개월이 걸렸습니다."
보행 속도를 끌어올리는 것 또한 연구팀에게 남겨진 숙제다. 현재 로빈을 착용한 채 걷는 속도가 정상인의 5분의 1 수준으로 비교적 느린 탓이다. 덧붙여 스마트폰의 앱을 활용한 작동방법도 연구 중이다.
우리나라의 척수마비 환자는 약 10만 명 정도다. 뇌졸중 환자까지 더하면 60만명이 넘는다. 이들에게 로빈은 삶의 의욕을 되찾고, 평범한 삶으로 돌아갈 수 있다는 희망이 될 것이다. 가격은 약 3,000만원대로 예상되는데 사업화를 진행할 기업을 선정해 기술을 이전한 다음 환자들의 부담을 경감할 수 있도록 정부 보조금 지원에 더해 병원에서 대여 개념으로 판매하는 방안이 고려되고 있는 상태다.
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생약성분 치주질환제 ‘이튼큐’ 인기
종근당의 치주질환제 ‘이튼큐’가 소비자들의 좋은 반응을 얻고 있다. 이 제품은 ‘옥수수 불검화 정량 추출물’이라는 단일 생약성분 제제로 치주인대의 재생을 도와 치아가 비정상적으로 흔들리는 것을 막아준다. 또한 치조골을 재건시켜 잇몸 속의 기초를 튼튼하게 해주며, 잇몸 내의 염증 반응에 대한 저항력도 높여준다. 생약성분인 만큼 장기간 복용해도 부작용의 우려가 없다는 점 역시 경쟁제품 대비 비교우위를 점하는 부분이다.
특히 종근당에 따르면 임플란트나 브릿지와 같은 치과 시술 전 이튼큐를 복용하면 치주인대와 치조골을 재생, 수술 성공률 제고 효과를 누릴 수 있다.
이외에도 틀니 착용자의 경우 틀니가 안정적으로 자리 잡도록 도와주며, 치아교정 후 유지관리에도 큰 도움이 된다는 설명이다. 종근당의 한 관계자는 “전 세계적 고령화 현상으로 치주질환 환자가 지속 증가할 것으로 예견되고 있다”며 “이튼큐를 통해 많은 사람들이 치주질환의 고통에서 벗어날 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
치주인대 (periodontal ligament) 치아와 치조골을 연결해 주는 조직.
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