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美 밴더빌트대, 허리 피로도 '절반'으로 줄이는 엑소수트 개발국제 학술지인 '사이언티픽 리포트'에 연구결과 게재
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승인 2020.10.03  22:19:26
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▲ 이번에 개발한 엑소수트의 고무밴드는 몸을 숙여 짐을 들어올릴 동안 늘어나며 이를 통해 허리 신전근 부담을 줄인다.(사진=밴더빌트대)

해외 연구팀이 모터나 배터리 없이도 근육 피로도를 획기적으로 낮출 수 있는 엑소수트(착용형 로봇)를 개발했다.

미국 테네시주에 있는 밴더빌트대(Vanderbilt University) 연구팀이 최근 사람의 허리를 지지해 자세를 유지하는 자체 개발한 웨어러블 엑소수트를 활용해 허리 근육 피로도를 평균 29~47%까지 낮출 수 있다는 연구 결과를 발표했다고 ‘테크엑스플로어’ 등 매체들이 보도했다.

이같은 연구 결과는 육체적으로 힘든 분야에서 일하거나 의료 전문가와 최전방 근로자 등 허리통증에 시달릴 가능성이 높은 사람들에게 엑소수트가 도움이 될 수 있다는 점을 보여준다. 연구팀은 이번 연구 결과를 네이처 자매지인 사이언티픽 리포트(Nature journal Scientific Reports)에 ‘등 근육의 피로를 줄이는 저자세 탄성 엑소수트(Low-Profile Elastic Exosuit Reduces Back Muscle Fatigue)’라는 제목으로 지난달 29일 게재했다.

연구팀은 실험을 위해 남녀 참가자에게 육체적인 과제를 부여했다. 그리고 이들이 엑소수트를 착용했을 때와 착용하지 않았을 때 허리 근육 피로도가 어떻게 변하는지 측정하기 위해 표면 근전도 검사를 실시했다.

연구팀이 개발한 웨어러블 기술은 모터나 배터리를 사용하지 않는 게 특징이다. 대신 허리 신전근(관절을 펴는 작용을 하는 근육)을 활용한 보조적인 힘을 사용해 허리 근육과 척추의 부담을 덜고 부상 위험을 줄인다.

실험 결과 엑소수트를 착용하면 24파운드(약 10.8kg)보다 35파운드(약 15.8kg)의 무게를 드는 게 허리에 덜 무리가 가는 것으로 나타났다.

▲ 저자세 탄성 엑소수트를 착용한 모습(사진=밴더빌트대)

이번 연구를 주도한 기계공학과 조교수 ‘칼 첼리크(Karl Zelik)’는 “이번 연구 결과는 엑소수트가 코로나19가 유행하는 동안에 우리를 도운 최전방 근로자들의 허리 통증을 어떤 식으로 완화할 수 있는지 보여준다”며 “우리는 이번 연구를 통해 미래 웨어러블 기술에 대해 생체역학적인 산업적 규격을 마련할 수 있는 가능성이 있다는 점을 알게 됐다”고 했다.

이번 연구는 또 어깨 관절을 내전, 확장, 안쪽으로 회전시키는 광배근이 어떤 식으로 허리 역학에 영향을 미치는지도 보여준다. 이전 연구에서는 일반적으로 광배근이 허리를 지탱하는 데 크게 도움이 되지 않는 것으로 나타났었다. 그러나 밴더빌트대 연구팀은 사람이 피곤하면 광배근을 활용해 주요 신전근을 훨씬 덜 사용할 수도 있다는 점을 발견했다.

국립과학재단 연구원인 ‘레이머스(Lamers)’는 “광배근은 일종의 엑소수트와 같은 역할을 한다. 사람은 허리 근육이 과도하게 긴장하고 피로해지면 허리 긴장과 피로를 완화하기 위해 광배근을 함께 사용한다”며 “엑소수트에 사용된 고무밴드도 이와 같은 식으로 지구력과 힘을 유지하는 데 도움이 된다”고 설명했다.

첼리크는 앞으로 남녀 모두를 위한 웨어러블 기술을 개발하는 게 중요하다고 강조했다. 이번 연구를 통해 남녀 공용 엑소수트 또는 외골격(exoskeleton)을 상용화 하는 데 기여할 수 있을 것으로 보고 있다.

조상협  robot3@irobotnews.com
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