미국 미시간대학교 연구원들이 저비용의 재활 휴대용 로봇 팔을 개발했다고 의료 전문 매체인 '셀레브럴 팔시 뉴스투데이'가 보도했다.

이 장치는 집이나 치료센터에서 사용할 수 있으며 뇌성마비, 뇌졸중 및 척수 손상 환자의 운동 회복을 용이하게 한다. 뇌졸중이나 뇌성마비와 같은 신경학적 손상을 입은 사람들은 일반적으로 근력 및 이동성의 감소로 사지 기능이 영향을 받는다. 이러한 운동 능력의 상실은 환자의 삶의 질에 큰 영향을 미치고 자율성을 제한할 수 있다.

신경학적 부상으로부터 회복하기 위한 간병인 및 재활 서비스에 대한 수요가 증가하고 있다. 반면 보험 회사는 환자가 치료를 받을 수 있는 시간을 계속 줄이려고 한다. 비용효율적인 방식으로 근력 및 운동 제어를 향상시키는 대체 치료 접근법이 요구되고 있는 것이다.

이같은 상황에서 재활 로봇은 효과적으로 훈련을 제공하고 많은 재활 치료 수요를 충당할 수 있어 그 필요성이 꾸준히 증가하고 있다. 또한 보다 긴 치료법을 자동화, 표준화하고 보장해준다. 그러나 운동 재활을 도울 수 있는 기존 로봇 장치는 대체로 부피가 너무 크고 클리닉이나 집에서 일상적으로 사용하기에 비용이 많이 부담스럽다.

이러한 많은 한계를 극복하기 위해 미시간대 연구자들은 현재 장치의 기능을 향상시키는 '파로(PaRRo)'라는 새로운 재활 로봇 팔을 제안한다. 파로에는 로봇 팔 끝에 이펙터가 포함돼 있어 환자가 조종할 수 있다. 이 이펙터는 브레이크 시스템에 연결돼 팔의 움직임에 대한 저항력을 제공하고 근력 훈련을 도와주며 향상된 팔 저항력을 부여해준다.

이 장치는 각 환자의 능력에 맞게 적응할 수 있는 광범위한 범위의 저항을 포함하도록 설계된 것이 특징이다. 이는 팔 운동 강도를 각 환자의 운동 능력에 맞게 조정할 수 있음을 의미한다. 그러나 로봇은 수동적이어서 컴퓨터 제어 기능이 없고 사용자로부터 넘겨받아 능동적으로 작동하는 기능도 없다.

연구팀은 휴대 가능하고 가정에서 사용할 수 있도록 저비용의 가벼운 재료를 선택하는 데 주안점을 뒀다. 접근 가능한 대규모 작업 공간들이 기능에 관련된 다양한 재활 훈련을 가능하게 하는 것도 장점이다. 특히 이 장치는 사용자의 움직임에 대항하는 저항력을 생성하기 위해 특수 유형의 브레이크를 사용하기 때문에 안전성을 보장한다.

연구자들은 로봇의 저항력과 작업 공간을 계산하기 위해 시뮬레이션을 수행했다. 그런 다음 이러한 결과를 기반으로 프로토타입 장치를 만들었다. 이 프로토타입은 신경학적 혹은 정형외과적 장애가 없는 건강한 남성 자원자들에게 테스트되었다. 9개의 표면 전극이 다른 근육에 놓여졌는데, 그 근육들의 활동은 근전도 검사로 기록됐다. 근전도 검사는 근육과 운동 신경의 건강도를 평가하기 위해 골격 근육의 전기 활동을 평가하는 기술이다.

그 결과, 로봇에 의해 생성된 힘과 사용자가 생성한 힘은 장치가 다른 방향으로 이동할 때 시뮬레이션에 의해 예측된 힘과 일치했다. 근전도 검사 결과는 로봇은 피험자의 운동 능력에 맞게 조정할 수 있는 저항력을 생성할 수 있음을 보여준다.

이는 파로가 상지 근육에 기능적 저항 훈련을 제공하는데 필요한 저렴한 접근 방식임을 입증하는 것이다. 연구자들은 “제안된 로봇 장치는 작은 외래 재활 센터와 가정내 치료에 재활 로봇을 이용할 수 있는 기술적 돌파구를 제공할 수 있다”고 밝혔다.

이 연구는 ‘상지 기능 저항 훈련을 위한 휴대용 수동 재활 로봇(Upper-Extremity Functional Resistance Training)’이라는 제목으로 의생명공학 권위지인 ‘IEEE Transactions on Biomedical Engineering’에 게재됐다.