‘스스로 걸어오는 웨어러블 로봇’ 개발

카이스트 연구팀이 타인의 도움 없이도 착용할 수 있는 웨어러블 로봇을 개발했다. 로봇이 직접 걸어오기 때문에, 하반신 완전마비 장애인이 휠체어에서 내리지 않고도 착용이 가능하다는 점에서 주목을 받는다.

카이스트 기계공학과 공경철 교수 연구팀은 하반신마비 장애인을 위한 웨어러블 로봇 ‘워크온슈트 F1(WalkON Suit F1)을 24일(목) 공개했다. 워크온슈트는 공경철 교수 연구팀이 2015년부터 지속적으로 연구해 온 웨어러블 로봇이다. 

비장애인 보행속도에 못지 않은 속도 달성

공경철 교수 연구팀은 지난 2016년 ‘워크온슈트 1’을 처음 발표했으며, 2020년 발표한 ‘워크온슈트 4’의 경우 꾸준히 개선이 이루어져 보행속도를 시속 3.2km까지 끌어올렸다. 비장애인의 보행속도는 통상적으로 시속 4km를 기준으로 한다. 즉 워크온슈트를 통해 비장애인의 보행속도를 거의 따라잡았다는 뜻이다. 

게다가 워크온슈트를 착용한 채로 좁은 통로, 문, 계단 등 일상에서 언제든지 마주할 수 있는 장애물을 통과할 수도 있다. 이는 하반신마비 또는 기타 이유로 보행이 어려운 사람들의 활동성을 대폭 개선하는 데 기여했다.

‘전면 착용 방식’으로 타인 도움 없이 착용 가능

하지만 이런 획기적인 성과에도 불구하고, 워크온슈트에는 한계점이 있었다. 바로 웨어러블 로봇을 착용하기 위해 타인의 도움이 반드시 필요하다는 것. 이는 워크온슈트 뿐만 아니라 모든 웨어러블 로봇이 가지고 있는 본질적인 문제였다.

공경철 교수 연구팀은 이러한 본질적 문제에 대해 기술적인 해결 방안을 제시했다. 기존의 ‘후면 착용 방식’ 대신, ‘전면 착용 방식’을 적용함으로써 휠체어에서 내리지 않고도 착용할 수 있는 방법이다. 이번에 개발해 공개한 F1 버전은 바로 이 지점에서 근본적인 차이를 보인다.

이번에 공개된 F1 버전은 중증도가 가장 높은 ASIA-A(완전마비) 레벨을 대상으로 한다. 공경철 교수가 의장으로 있는 재활 로봇 및 보조기기 기업 (주)엔젤로보틱스(Angel Robotics)에서 재활치료 및 근력 보조 웨어러블 로봇을 전국적으로 보급하고 있지만, 이번 F1 버전은 ‘완전마비’ 레벨의 장애인도 사용할 수 있다는 점에서 차별 포인트가 뚜렷하다.

착용자에게 스스로 다가오는 로봇

또한, 워크온슈트 F1은 착용 전 스스로 걸어서 착용자에게 다가올 수 있다. 마치 ‘휴머노이드’와 같은 기능이다. 무게 중심을 스스로 제어하는 기능을 적용했기 때문에, 혹여 실수로 착용자가 로봇을 밀거나 하더라도 균형을 잃거나 넘어지지 않는다. 이러한 디자인은 카이스트 산업디자인학과 박현준 교수가 맡았다.

워크온슈트 F1은 똑바로 선 상태에서 두 손을 자유롭게 사용할 수 있다. 또한, 지팡이 없이도 몇 걸음을 걸을 수 있도록 밸런스를 제어하는 성능도 개선됐다.

(주)엔젤로보틱스와의 협업을 통해, 로봇의 핵심 부품이라 할 수 있는 메인 회로, 모터와 모터드라이버, 감속기 등을 모두 국산으로 바꿨다. 단지 국산으로 바꾼 것이 아니라, 성능 면에서도 더 우수하다. 모터와 감속기 모듈의 출력은 연구팀의 기존 기술에 비해 약 2배 향상됐다. 모터드라이버의 제어 성능 역시 주파수 응답속도 기준 약 3배 향상됐다.

공경철 교수는 “워크온슈트는 장애인을 위한 웨어러블 로봇 기술의 결정체”라고 말했다. 워크온슈트에서 파생된 부품, 제어 기술, 모듈 기술 등이 웨어러블 로봇 산업 전체의 표준을 제시하고 있다는 것이 공 교수의 설명이다.

사이배슬론 금메달 전적, “기술적 격차 보여줄 것”

공경철 교수 연구팀은 ‘Team KAIST’라는 이름으로 올해 열리는 제 3회 사이배슬론(Cybathlon) 대회에 출전한다. 사이배슬론은 스위스에서 4년마다 개최되는 ‘장애 극복 사이보그 올림픽’이다. 2020년 제 2회 사이배슬론에서 ‘웨어러블 로봇’ 종목 금메달을 획득한 후 4년 만의 출전이다. 

이번 대회는 오는 27일(일) 열리며, 일부 참가자는 스위스 현지에서, 일부 참가자는 각국에 마련된 경기장에서 생중계 방식으로 참가하는 하이브리드 방식을 적용했다. Team KAIST는 엔젤로보틱스의 선행연구소(플래닛대전) 안에 설치된 경기장에서 온라인으로 참가할 예정이다.

지난 대회에 비해 미션 난이도가 높아졌으며, 미션 수도 6개에서 10개로 늘어났다. 연구팀의 주장을 맡은 박정수 박사과정은 “이미 지난 대회에서 1등을 차지했던 만큼, 이번 대회에서는 순위 경쟁보다 ‘기술적 초격차’를 보여주는 것이 목표”라고 포부를 밝혔다.