한국과학기술원(KAIST) 기계공학과 공경철 교수는 연세대학교 의과대학 세브란스병원 나동욱 교수와 공동 개발한 웨어러블 로봇인 ‘워크온슈트 4’와 재활로봇 올림픽 ‘사이배슬론 2020’ 대회에 출전할 선수를 15일 공개했다.
워크온슈트 4는 사이배슬론 2020에 출전하기 위해 새롭게 개발한 모델로 두 다리를 감싸는 외골격형 로봇이다. 모터를 이용한 힘으로 하반신을 전혀 사용하지 못하는 장애인들의 움직임을 보조할 수 있다. 일어나 걷는 등의 기본적인 동작은 물론 계단, 오르막과 내리막, 문 열기 등 일상생활에서 자주 접하게 되는 장애물을 극복할 수 있도록 제작됐다.
이전까지 개발된 하반신 마비 장애인을 위한 웨어러블 로봇은 장시간 사용하기 어렵다는 한계가 있었다. 하반신 기능을 소실해 근육 등 신체 기능이 퇴화한 장애인들이 로봇을 착용하고 움직이려면 수십 ㎏에 이르는 무게를 감당해야 했기 때문이다.
◇로봇 입고 분당 40m 속도로 걸어
연구진은 문제를 해결하기 위해 인체가 이루는 자연스러운 균형을 모사해 로봇의 무게중심을 설계하는 기술을 고안했다. 사용자 신체 각 부위에 정밀하게 밀착되는 착용부를 만든 뒤, 로봇 관절의 기준 위치를 조절해 무게중심을 정밀하게 맞춘 것이다.
또 착용자의 긴장 정도나 지면의 상태와 같은 외부 요인을 지능적으로 관측하고 제어하는 기술도 더했다. 워크온슈트 4는 로봇이 착용자의 걸음을 30보 이내로 분석해 가장 적합한 보행패턴을 찾아 맞춤형으로 제공한다.
이를 통해 하반신 마비 장애인들이 웨어러블 로봇을 착용하고 장시간 걷거나 설 수 있도록 기능을 끌어올렸고 연속보행 시 1분당 40m 이상을 걸을 수 있게 된 성과도 거뒀다. 이는 시간당 2~4㎞가량을 걷는 비장애인의 정상 보행 속도와 견줄만한 수준으로 그동안 전 세계적으로 보고된 하반신 완전 마비 장애인의 보행 기록 중 가장 빠른 속도다.
◇재활 로봇 올림픽 참가 선수 두 명 선발
한편 ‘사이배슬론 2020’에 출전할 선수들은 지난 2월 KAIST에서 열린 선발전을 통해 결정됐다. 5월 스위스에서 개최 예정이던 ‘사이배슬론 2020’은 코로나 사태로 9월 19~20일로 한 차례 연기됐다. 공경철 교수는 “이번 달 스위스 현지에서 개최하지 않는 것으로 결정됐고, 대신 각국에 경기장을 설치하고 생중계를 하는 등의 방안이 논의 중이다”라고 말했다.
앉고 서서 물컵 정리하기, 지그재그 장애물 통과, 험지 보행 등 실제 대회에서 수행하게 될 미션이 선발전 평가항목으로 채택됐는데 지난해 9월부터 출전을 준비해온 7명의 후보 선수 중 4명이 참가해 경기를 치렀다.
그 결과 각각 2분24초와 3분35초의 기록으로 4개의 미션을 완수한 김병욱(46)씨와 이주현(여·19)씨가 국제대회에 출전할 최종 선수로 선발됐다.
현재 워크온슈트 4의 로봇기술은 선발된 두 선수의 개별적인 특성에 맞게 최적화되었으며, 두 선수 모두 6개의 모든 미션을 5분대에 통과할 정도로 기록이 향상됐다. 지금까지는 미국팀과 스위스팀이 4개의 미션을 6분대에 수행하는 기록을 공개했으며, 그 외 사이배슬론 참가팀은 모든 미션을 완벽하게 수행하지 못하는 단계에 머물러 있다고 연구진은 설명했다.
선발전 1위에 오른 김병욱 씨는 1998년 뺑소니 사고로 장애를 얻은 뒤 2015년 공 교수 연구팀에 합류했다. 2016년 스위스에서 열린 제1회 사이배슬론 대회에서 워크온슈트의 초기모델을 착용하고 동메달을 딴 주인공으로 “우리나라의 웨어러블 로봇기술이 세계 최고 수준임을 직접 보여줄 것”이라는 포부를 밝혔다.
2위에 오른 이주현 씨는 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 선발과 함께 이화여대 정치외교학과에 합격했다.
