[재활로봇]로봇팔, 로봇다리… "이젠 영화가 아니야"

장애환자의 이동·조작·인지능력 도와 일상생활 가능하도록 돕는 로봇시스템 기계硏 경량 고출력 통합구동 모듈 적용,손·발·어깨 상지관절치료 재활로봇 개발

▲한국기계연구원 의료지원로봇연구실 우현수 박사가 상지 재활치료 로봇과 연동된 치료 프로그램을 활성화시키고 로봇을 착용한 모습. 한국기계연구원 제공

지난달 7일 경기도 안산시 단원보건소는 지체장애, 뇌병변, 지적장애인들을 위한 '특별한 행사'를 열었다. 장애인의 날 행사와 연계해 마련한 행사는 다름아닌 재활로봇 승마운동체험이었다.

100가지의 다양한 동작프로그램으로 구성된 이 로봇은 근력과 유연성, 균형감각, 통증이완, 유산소 운동은 물론, 장애인들의 자신감까지 회복시켜줘 다양한 재활 활동을 기대할 수 있다고 단원보건소는 설명했다.

한때 큰 인기를 끌었던 애니메이션 '빅 히어로'의 주인공과 함께 맹활약하는 '베이맥스'라는 로봇도 원래는 의료용으로 개발된 로봇이었다.

로봇 개발은 산업계 전반을 걸쳐 의료 분야까지 확대됐고, 재활 치료 분야에서도 다양한 연구와 발전을 이뤄왔다.

재활로봇 연구는 1990년대 초반 미국을 중심으로 재활 보조와 재활치료를 위한 것으로 나뉘어 활발히 진행됐다. 재활보조 로봇은 환자의 이동성, 물체 조작성, 인지능력 등을 도와 일상생활이 가능하도록 하는 로봇시스템을 통칭한다. 무장애 휠체어, 로봇 팔을 장착한 휠체어 등이 여기에 속한다.

재활치료 로봇은 정량화된 입출력 측정을 바탕으로 현재의 임상척도로는 측정할 수 없는 부분을 측정하고, 정밀한 치료를 수행해 재활치료의 효과를 극대화시키는 것을 말한다.

지난해 12월 열린 국내 재활로봇중개연구 활성화를 위한 심포지엄에선 ▲뇌졸중 환자 손의 신경역학적 정량화를 위한 기구제작 및 분석 ▲유연한 착용형 손재활 로봇개발 ▲중증장애인의 사회참여 증진을 위한 손작업 로보틱가젯 개발 ▲일상생활 수행용 능동 보조 외골격 로봇 팔 개발 ▲하지 외골격 로봇 시스템 및 구동모듈 ▲뇌신경세포 신호 및 뇌피지전도를 사용한 뇌-기계 인터페이스 기반연구 등 대표적인 연구 성과들이 발표됐다.

이 심포지엄에선 재활로봇과 관련된 연구개발 현황과 보급 사례에 대한 정보도 공유했다. 다양한 견관절 장애증상에 적용하는 저가형 견관절 재활로봇 장치를 비롯해 척수손상 장애인용 저출력 모터 방식의 착용형 하지재활 로봇, 무선 센서 측정 시스템 및 손 재활로봇, 체간보정재활로봇 등 재활부위와 방법만큼이나 다양한 기술들이 차례로 소개됐고, 각 기술의 배경과 임상실험 과정까지 상세하게 준비하며 검증된 제품들의 시장 성공 비결을 설명했다. 하지만 재활치료로봇은 환자와 로봇이 직접적으로 연결돼 물리적인 에너지를 주고받는 시스템이기 때문에 환자에게 치료를 위한 충분한 힘을 전달하면서 안전을 보장하는 게 가장 중요하다.

이를 위해선 경량 고출력의 메커니즘 설계 기술과 고도의 컴플라이언스 제어기술이 요구된다. 경량 고출력의 메커니즘 설계를 위해선 각가의 구동·센서·제어모둘 등을 요구 성능과 제한조건에 맞게 최적화할 수 있는 기술이 필요하다. 또 컴플라이언스 제어기술은 사용자가 로봇에게 힘을 가해 로봇의 위치를 조정할 수 있게 하고, 로봇이 사용자와 접촉할 때 또는 접촉한 상황에서 과도한 힘이나 충격이 가해지지 않도록 하는 기술이다.

최근 한국기계연구원 의료지원로봇연구실 우현수 박사팀은 산업용 로봇설계 및 제어 원천기술을 바탕으로 경량 고출력 통합구동모듈 기술을 적용, 뇌졸중으로 마비된 손과 발, 어깨 등 상지관절을 효과적으로 재활치료하는 로봇을 개발했다.

로봇의 무게는 20% 가량 줄여 11개의 로봇관절을 사용해 상지관절별 최적화된 치료를 하고, 환자 어깨의 염증 유발 가능성을 줄였다.

우현수 박사팀은 지난 6월부터 의료용 로봇 제조 전문 중소기업인 (주)사이보그-랩과 협력해 현재 1조5000억원~3조5000억원 수준의 외국산 어깨·팔꿈치 관절 재활 로봇을 대체할 수 있는 3000만원대 국산 로봇을 개발할 계획이다.

최두선 기자 cds0817@