하반신 마비 장애인들이 일반인과 비슷한 속도로 걸을 수 있도록 해주는 고성능의 ‘입는 로봇(웨어러블로봇)’이 개발돼 국제 장애인용 로봇대회에 출전한다.
공경철 한국과학기술원(KAIST) 기계공학과 교수는 나동욱 연세대 의과대학 교수와 공동개발한 웨어러블로봇 ‘워크온슈트4’를 15일 공개했다. 또한 해당 로봇을 입고 장애인용 로봇대회인 ‘사이배슬론(Cybathlon)2020’에 출전할 선수도 함께 소개했다. 이번 대회는 신종코로나바이러스 사태로 일정이 변경돼 이르면 오는 9~10월께 열릴 전망이다.
워크온슈트4는 두 다리를 외골격 형태로 감싸고, 모터로 구동해 하반신을 전혀 못 움직이는 장애인들이 서서 보행할 수 있도록 돕는다. 특히 발목이 독립적으로 움직일 수 있도록 설계됐고, 구동모터의 힘도 좋아졌다. 덕분에 계단과 경사로를 오르내릴 수 있고, 험지에서도 한결 수월하게 걸을 수 있게 됐다. 아울러 착용자가 서 있을 때 무게중심을 한층 안정적이고 편안하게 유지할 수 있도록 개발돼 기립보행시 무게 중심을 잡기 위해 양 팔에 가중됐던 부담도 많이 덜게 됐다. 이에 따라 서고 걸을 때 두 손의 활동이 보다 자유로워져 문을 열고 닫는 등 일상생활을 하기가 좋아졌다.
무게도 17㎏이어서 동급의 성인 완전하반신 장애인용 경진대회 출전로봇들보다 가벼워졌다. 동급의 대회용 기존 로봇들은 20~30㎏대 중량으로 제작된 경우가 많았다. 공 교수팀은 앞서 10㎏미만의 경량 하반신 장애인용 웨어러블로봇도 개발해 일반장애인에게 제공하기도 했는데 이번 새 로봇은 일상생활용이라기보단 험지주파용 대회출전 제품이어서 중량이 다소 늘었다.
워크온슈트4는 착용자별 맞춤형 걸음걸이를 돕는다. 착용자 걸음을 30보 이내로 분석해 가장 적합한 보행패턴을 찾아내기 때문이다. 또한 착용자의 근육 긴장 정도나 지면상태 등을 측정해 착용자에게 전달하는 기계적 보조력 등을 적절하게 제어한다. 이런 기술들이 집약돼 분당 40m이상 속도로 장시간 걷을 수 있게 됐다. 이는 비장애인의 평균적인 도보속도인 2~4㎞에 필적하는 수준이다. 이는 하반신 완전 마비 장애인용 웨어러블 로봇의 전세계 보행기록 중 가장 빠른 속도라는 게 공 교수측 설명이다.
워크온슈트4의 구성 요소는 대부분 국산 기술로 완성됐다. 국내 로봇연구진이나 기업들중 상당수가 여전히 일본 및 대만제 로봇부품 등을 사다가 쓰는 것을 감안하면 상당한 성과다. 구조설계 및 시스템 소프트웨어도 공·나 교수가 공동 창업한 기업인 엔젤로보틱스 주도로 개발됐다. 또한 개인맞춤형 탄소섬유 착용부는 재활공학연구소가 연구했으며 로봇의 동작 생성과 디자인은 영남대학교 로봇기계공학과와 ㈜에스톡스가 해결했다.
워크온슈트4를 입고 올해 대회에 출전할 선수는 김병욱(46)씨와 이주현(19)씨다. 두 선수는 사이배슬론의 6개 종목(미션)을 5분대에 통과하는 선발 기록을 세운 것으로 전해졌다. 특히 주요 4개 종목인 앉고 서서 물컵 정리하기, 지그재그 장애물 통과, 험지 보행, 옆경사 보행 코스를 각각 2분 24초와 3분35초의 기록으로 수행했다. 이는 미국팀과 스위스팀이 4개 종목 수행에 걸린 6분대 기록을 크게 앞선 것이다.
김병욱 선수는 1998년 뺑소니 사고로 장애를 얻은 뒤 2015년 공 교수 연구팀에 합류했다. 2016년 제1회 사이배슬론 대회에서 워크온슈트의 초기모델을 입고 동메달을 따기도 했다. 이주현 선수는 고등학교 3학년에 재학 중이던 작년 불의의 교통사고로 하반신이 마비됐다. 같은 해 6월 연구팀에 합류해 사이배슬론 2020 출전을 위한 훈련과 수능 시험을 준비를 병행했으며 올해 초 최종 선수 선발 및 이화여대 정치외교학과 합격의 영광을 동시에 안았다.
공 교수는 “지난 대회 이후 4년 동안 모든 연구원과 협력 기관들이 하나가 되어 수준 높은 기술을 개발할 수 있었고 선수들과도 큰 어려움 없이 훈련했다”며 “다가올 국제대회는 워크온슈트 4의 기술적 우월성을 전 세계에 증명하는 중요한 무대가 될 것”이라고 자신했다. /민병권기자 newsroom@sedaily.com
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