택배노동부터 돌봄노동, 건설노동 등 일상적인 작업부터 재활훈련까지 필요에 따라 가볍고 편하게 착용할 수 있는 웨어러블 로봇을 제작할 수 있는 근육옷감 직조기술이 개발됐다. 실제 옷감처럼 부드럽고 가볍게 만든 근육옷감을 힘이 필요한 신체 부위 옷에 부착하면 간단하게 근력을 보조받을 수 있다.
한국기계연구원은 첨단생산장비연구부 로봇메카트로닉스연구실 박철훈 책임연구원이 얇고 가벼운 근육옷감을 직조하고 이를 이용해 의복형 웨어러블 로봇을 만드는데 성공했다고 14일 밝혔다.
착용자의 근력을 향상시켜주는 웨어러블 로봇은 아이언맨 슈트처럼 딱딱한 외골격형과 스파이더맨 슈트처럼 부드러운 의복형으로 나뉜다. 최근에는 일상복처럼 편하게 착용하면서도 필요할 때만 근력보조를 받을 수 있는 의복형 웨어러블 로봇에 대한 관심이 높아지고 있다.
연구팀은 스파이더맨의 슈트처럼 가볍고 부드러우며 근육처럼 스스로 힘을 낼 수 있는 의복형 웨어러블 로봇을 만들기 위한 근육옷감을 직조했다. 먼저 머리카락 2분의 1보다 가는 40㎛ 굵기의 형상기억합금을 스프링 형태의 실로 만들어 옷감을 짜듯 직조했다. 이 근육옷감은 실제 옷감처럼 자르거나 접을 수 있고 힘이 필요한 신체 부위에 붙이기만 하면 쉽게 근력을 보조받을 수 있다.형상기억합금으로 만든 이 근육옷감은 손바닥 크기의 무게가 6.6g으로 종이컵 하나 정도에 불과하다. 우리 몸의 근육이 움직일 때 수축과 이완을 반복하듯이 이 옷감도 머리카락보다 가는 형상기억합금에 전류가 흐르면 근육처럼 수축하며 힘을 낸다. 이때 힘은 자체 질량의 1,500배에 달하는 10㎏을 들어 올릴 수 있는 정도다.
연구팀은 다리나 팔의 근육 위치에 근육옷감을 부착하고 앉았다 일어서기, 계단 오르기, 무거운 짐 들기 등의 동작을 보조하는 실험 결과 평소 사용하던 근력의 50% 만으로도 같은 동작이 가능한 것을 확인했다.
또한 형상기억합금을 스프링 실 형태로 만들어 근육옷감으로 직조하는 데 성공한 만큼 기존의 직조기를 이용한 대량생산도 가능할 전망이다.
연구팀은 향후 직조 근육옷감 및 이를 적용한 근력 보조 의복형 웨어러블 로봇의 기술이전을 추진하고 직조용 형상기억합금 스프링 실의 굵기를 지금보다 더 가늘게 만드는 등 직조 근육옷감의 성능을 향상하기 위한 연구를 지속할 계획이다.
기계연 박철훈 책임연구원은 “근육옷감 직조기술은 택배, 돌봄노동 등 다양한 근로자 작업환경 개선을 위한 웨어러블 로봇 분야 뿐만 아니라 가정에서 재활훈련이 가능한 착용형 재활기기, 마사지기기 같은 헬스케어 분야까지 폭넓게 적용될 수 있는 원천기술”이라며 “이 직조기술을 적용하면 웨어러블 로봇 제조공정 경제성을 수백~수천만원대에서 양산 가능한 수준까지 크게 개선할 수 있는 만큼 로봇산업부터 섬유, 패션산업까지 다양한 신산업 창출도 가능할 것으로 기대된다”고 말했다.
이 연구와 관련해 국내특허 7건 및 해외 PCT특허 2건을 출원해놓고 있다.
/대전=박희윤 기자 hypark@sedaily.com
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