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하버드대-중앙대, 걷기ㆍ달리기 지원 엑소슈트 첫 개발국제 과학저널 '사이언스'에 연구 결과 발표
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승인 2019.08.20  16:14:00
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걸을 수도 있고 달릴 수도 있는 웨어러블 엑소슈트(exosuit)가 개발됐다.

‘사이언티픽 아메리카’ 등 매체에 따르면 하버드대학 비스연구소(Wyss Institute)는 중앙대 이기욱 교수 등 연구진과 공동으로 걷기 동작과 달리기 동작을 동시에 지원하는 웨어러블 엑소슈트(exosuit)를 개발했다. 이번 연구 성과는 국제 과학저널인 ‘사이언스’지에 게재됐다.

그동안 개발된 엑소슈트는 걷기 동작이나 달리기 동작 가운데 하나만 지원했으나 이번에 개발된 엑소슈트는 걷기 동작과 달리기 동작을 동시에 지원할 수 있는 게 특징이다. 사람은 걸을 때와 달릴 때 상이한 생체 역학 구조를 갖는다.

걸을 때는 몸의 무게중심이 ‘도립진자(inverted pendulum)’처럼 움직이지만 달릴 때는 ‘스프링-질량시스템(spring-mass system)’ 처럼 움직인다. 엑소슈트가 양쪽의 생체역학을 모두 지원하려면 엑소슈트 착용자의 걸음 걸이가 어떻게 변화하는지를 인지해야 한다. 이번에 개발된 엑소슈트는 걷기 동작과 달리기 동작의 변화 순간을 자동으로 인지해 근력을 보강해준다.

이번에 개발한 엑소슈트는 총 무게가 11파운드(4.989kg)이며 허리 부분에 부착한 배터리를 한번 충전해 최대 5마일(약 8km)의 거리를 달릴 수 있도록 지원한다. 엑소슈트는 액추에이션 케이블을 통해 허리 부분에 있는 모터와 넓적다리 부분을 연결한다. 케이블을 통해 동력을 전달하면 엉덩이 근육을 보강해 장거리 보행이나 주행이 가능하도록 했다.

연구팀이 엑소슈트를 착용한 피실험자를 대상으로 트레드밀에서 걷기 동작과 달리기 동작을 테스트한 결과 엑소슈트를 착용하지 않았을 때와 비교해 신진대사에 필요한 에너지량이 각각 9.3%와 4% 감소하는 것을 확인했다. 이는 걸을 때와 달릴 때 각각 16.3파운드와 12.6파운드 정도 몸이 가벼워졌다는 것을 느끼는 정도다.

연구팀은 이번에 개발한 엑소슈트는 장거리를 이동해야하는 등산가, 군사 작전을 수행하는 병사, 체력 소모가 큰 구조대원 등에게 유용한 도구가 될 것으로 보고 있다. 연구팀은 현재 11파운드보다 무게가 가벼운 엑소슈트의 개발도 추진하고 있다.

한편 미 '방위고등연구계획국(DARPA)'도 병사들이 무거운 군장을 짊어지고 장시간 행군하거나 군사 작전을 수행할 때 필요한 근력증강 로봇 슈트 개발 프로젝트인 '워리어 웹 프로그램(Warrior Web program)'을 추진하고 있다.

장길수  ksjang@irobotnews.com
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