17일 오후 강원도 휘닉스 평창에서 열린 한국로봇학회 주최 ‘제15회 한국로봇종합학술대회(KRoC 2020)’에선 3번째로 KIST 이우섭 박사가 ‘한국형 달탐사 로버 개발’, 4번째로 김정 KAIST 교수가 '족하수 환자를 위한 발목 보조기(AFO)'를 주제로 초청 강연을 진행했다. 강연의 주요 내용을 소개한다.

<초청강연>

▲KIST 이우섭 박사

주제 : 한국형 달탐사 로버 개발

이우섭 박사는 심우주 탐사를 위한 국제우주탐사 개발 계획과 전반적인 진행 상황에 대해 소개했다. 이 박사는 로버(Rover)를 이용한 우주 탐사의 의미로 △탐사 영역의 다양한 위치에서 과학 임무 수행 △착륙으로 접근하기 어려운 험지 및 넓은 지역의 탐사가 가능 △정밀한 위치 조정에 의한 다양한 반복 실험이 가능함 △장애물의 아래쪽에 위치한 관심영역에 대한 과학 임무가 가능함 △현지에서 표본 채취, 분석 및 향후 회수가 가능함 △이동을 통한 다양한 위치에서 행성 표면의 영상 정보 획득이 가능함을 들었다. 이 박사는 미국 항공우주국 제트추진연구소(NASA JPL)의 화성 탐사 로버 큐리오시티와 1996년 소저너(Sojourner)부터 2018년 인사이트(Insight)까지 화성탐사 역사, 최근의 Mars2020에 대해 설명했다. 그리고 중국의 달탐사 프로그램 CLEP(China Lunar Exploration Program)인 창어의 4단계 프로그램과 인도, 일본, 이스라엘 등 다른 나라 달 탐사 추진현황을 소개하면서, 이제 우주 탐사는 한 나라의 국격을 나타낸다고 표현했다.

이 박사는 이어 달의 극한 환경에서 운용가능한 한국형 달탐사 로버 개발을 위해 수행중인 선행연구를 통해 도출된 달탐사 로버 개발 모델(DM)의 1차 버전(주행 및 조향과 관련된 모든 모터들이 로봇 몸체 내부에 장착된 버전)과 2차 버전(로버 목표 하중 등을 고려하여 최적 기구부 조합 도출) 등을 소개했다. 특히 2차 버전에서 무게를 위해 모터수를 8개에서 4개로 줄인 개발 내용, 구동부 폴딩 메커니즘, FPGA 기반 로버 주행 모터 제어 시스템을 자세히 소개하면서 무게=돈 때문에 로버의 무게를 줄이기 위한 노력을 설명했다. 이 박사는 한국의 달탐사 계획은 2020년에서 2022년으로 연기되었다며, '심우주 게이트웨이 프로그램(Deep-Space Gateway Program:NASA가 추진하는 달궤도 우주정거장 계획으로 달착륙을 위한 전지기지로 사용예정)에 한국도 참여할 예정이었지만 발사가 연기되면서 현재는 미정이라며, 2030년 이전 달 착륙 임무 완수라는 미션은 아직 변하지 않았다고 설명했다.

▲KAIST 김정 교수

주제 : 족하수 환자를 위한 발목 보조기(AFO:Ankle Foot Orthosis)

김정 교수는 족하수(Foot Drop:발등을 들지 못하는 증상) 환자를 위한 유연한 소재를 이용한 능동형 발목 보조기에 대해 강연했다. 족하수 환자는 자발적인 보행은 가능하더라도 2차적인 손상 또는 기능저하가 동반된다. 이에 발목 보조기를 착용하게 되는데 기존 고정형 발목 보조기는 착용하면 발목의 각도를 고정해 쉽게 피곤하고, 에너지 소비가 많아 오래 걸을 수 없으며, 모터가 돌출되어 있어 사람들 눈에 바로 노출될 수 있다는 단점이 있다고 설명했다. 소프트 로봇 기술은 기존의 단단한 구조물로 구성된 외골격 보조 기기의 약점을 보완할 수 있는 기술로 유연한 구조물을 이용해 동력 전달과 구동을 구현한다. 유연한 소재로 되어 있기 때문에 옷 바깥으로 드러나지 않기에 이른바 낙인 효과를 줄일 수 있는 장점도 있으며 의복 형태로의 제작도 가능하다. 이에 김 교수는 착용형 로봇을 위해 개발한 공압원과 유연한 소재를 이용한 소프트 센서를 이용해 족하수 환자의 보행을 보조할 수 있는 능동 발목 보조기기를 개발하고 검증한 내용을 발표했다. 능동 발목 보조기기는 발목 각도를 향상시키고 강성을 보강해 줄 수 있다.

김 교수는 제품 개발 후 검증하는 과정에서 능동형 착용기기의 설계와 한계점을 알게되었다며 그 내용을 공개했다. 김 교수는 유효질량을 줄여야 한다며 발목부에 붙는 유효질량을 줄이는 것과 케이블 구동과 공압을 이용한 동력전달이 유리하다고 했다. 그러면서 아직도 해결해야 할 숙제가 남아있다며, 유연한 웨어러블 센서와 딥러닝 기반 추정 알고리즘 기술을 융합해 소프트 센서를 이용한 발목 각도 추정, 전기 모터 제작, ERT 기반의 대면적 로봇 피부 등을 꼽았다. 김 교수는 웨어러블 (로봇) 보조기/외골격 현실로 입혀 놓으면 무조건 더 힘들다. 따라서 관절 힘의 재분배, 구동부 동력 전달의 한계, 소음과 발열 문제를 해결해야 한다고 지적하면서 자연스러운 동작이 가능한 의도 인식(Human in Loop), 동력 전달부의 저마찰과 유연, 폼팩터, 발열을 연구해 물리적 인간-로봇 상호작용 기기들이 안전성, 신뢰성, 유용성, 의존성을 높혀야 한다고 말했다.