하이브리드 의족(Hybrid Assistive Legs)을 뜻하는 HAL-3로 명명된 이 프로토타입은 신경과학, 생물학, 로봇공학, 그리고 약간의 공상과학소설을 접목했다. 배터리동력의 플라스틱 프레임은 사용자와 동조해 움직이는 스킨센서, 컴퓨터, 혹처럼 툭 튀어나온 모터동력의 관절 그리고 액추에이터에 의존한다. 산카이의 주장에 따르면 이 시스템을 착용하면 시속 4㎞로 활보할 수 있다고 한다. 산카이의 미국 경쟁자들은 회의적인 태도를 취한다. HAL-3와 같은 모터시스템은 조정하기가 힘들다고 프랑소와 핀은 말한다. 핀은 오크 리지 국립연구소의 로봇공학자로 군용 외골격에 관한 연구를 수행하고 있다.
“조그마한 측정오차라도 생기면 바닥에 쓰러질 수도 있습니다.” 이러한 회의적인 시각에도 불구하고 일본의 거대 전자회사인 미쓰이는 2004년 4월경에 HAL-3의 상용버전을 출시할 계획이라고 발표했다. 이 장치의 가격은 만만치 않을 것 같다. 산카이는 “대략 자동차 한대 값 정도”가 될 것이라고 말한다. 물론 에어백은 제외되어 있다. -마이클 로젠월드
헬스장에 간 HAL
사진 속 인물의 표정은 그다지 고통스러워 보이지 않는다. 맞춤형 모터동력의 HAL-3를 착용한 일본 쯔쿠바대학의 이 엔지니어는 163㎏의 역기를 마치 공기처럼 가볍게 레그 프레스로 밀어 올리고 있다.
이 터미네이터와 같은 모습의 엔지니어는 이렇게 인상을 주는 것이 이 장치의 목적이 아니라고 말한다. 뇌졸중 환자나 근육장애를 겪고 있는 사람들에게 이 HAL-3는 훌륭한 재활장비 역할을 할 수 있다. 이 장치와 인간의 동작을 보강시켜주는 기존의 동력장치와 차이점은 사용자의 움직임을 예측하는 능력이라고 산카이는 주장한다. 피부에 부착된 전극은 뇌에서 전달된 운동신경 신호가 근육세포에게 수축하라는 명령을 내리기 바로 직전에 이 신호를 간파해 낸다. 이 신호를 기계어로 번역하는 소프트웨어가 프레임이 사용자와 동조하여 움직이게끔 지시한다.
1. 컨트롤 시스템
등에 매달려 있는 HAL-3의 두뇌. 숄더 팩에는 리눅스 기반의 컴퓨터, 무선 LAN, 모터드라이버 그리고 힘 측정 소프트웨어가 내장되어 있다. 무거워 보이지만 실은 프레임이 대부분의 무게를 감당한다고 산카이는 말한다.
2. 모터동력 관절
핸들바가 아닌 4개의 액추에이터가 무릎과 골반관절에 부착되어 있으며 각 액추에이터는 드라이브 기어로 구성되어 있다. 산카이는 동작이 로봇처럼 부자연스럽게 홱 움직이지는 않는다고 말한다. 각도 센서가 무릎의 각운동 각도와 토크를 측정한다.
3. 연료원
고기능성 외골격은 장시간 사용이 가능한 동력원이 필수적이다. 현재 HAL-3 는 허리춤에 부착된 니켈 메탈 하이브리드(Ni-MH) 배터리를 사용하며 3시간 걷기나 1시간의 쪼그렸다 펴는 운동을 할 수 있다고 한다.
4. 골격
플라스틱과 경량 알루미늄 합금과 크롬으로 만들어진 프레임은 “마치 스키부츠를 신고 있는 느낌”이라고 산카이는 말한다. HAL-3는 주문 제작되지만 미래형은 기성제품으로 출시될 것이라 한다.
5. 근육 센서
주요 근육 포인트에 계획적으로 배치된 센서는 뇌에서 근육으로 전달되는
신호를 포착한다. 외골격의 바이오피드백 시스템은 사용자의 의도와 완벽하게 일치해야 한다. “그렇지 않으면 이 장치는 오히려 방해만 될 뿐이다”고 핀은 말한다.
6. 발바닥 지지대
HAL-3는 입는 것이 아니라 자동차처럼 타는 것이라고 산카이는 말한다. 이 장치의 무게(약 20㎏) 대부분은 두 개의 힐컵(heel cup)이 지탱한다. 맞춤형 운동화에 내장된 바닥 반응 센서는 컴퓨터가 발바닥에 가해지는 압력을 측정하도록 한다.
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