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전남대 로봇연구소(Robot Reseaech Initiative)국내 최대규모 로봇관련 대학부설 연구소
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승인 2014.04.25  20:27:44
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 ▲ 50여명에 이르는 전남대 로봇연구소 연구원들이 한자리에 모였다.
"가장 전문적인 로봇연구소"를 지향한다.
지금 전남대 로봇연구소(RRI:Robot Research Institute))가 마이크로·나노 로봇 분야에서 국내외적으로 많은 주목을 받고 있다. 그 현장을 직접 보고자 23일 광주를 찾았다. 가장 더운 낮 시간이라 그런지 20도가 넘는 기온이 벌써 여름이 온 듯했다.

찾아간 로봇연구소는 공대 1호관 2층에 위치해 있었다. 2008년 4월 설립된 전남대 로봇연구소에는 박종오 소장(전남대 기계공학부 교수)과 박석호·고성영 교수 등 50여명의 전문연구원들이 근무하고 있다. 이중에서 절반 정도의 인원이 전문 연구직이고, 나머지 절반이 석박사급 연구원들이다. 이러한 규모는 로봇관련 대학부설 연구소로는 국내 최대규모를 자랑한다.

   
▲ 로봇연구소가 입주해 있는 공과대 1호관
그래서인지 이 연구소가 개발하고 있는 로봇의 종류도 실로 다양하다. 전남대 로봇연구소가 개발하고 있는 로봇 분야는 크게 매크로 의료로봇과 마이크로·나노 의료로봇 분야로 나눌 수 있다. 매크로 의료로봇 분야에서는 뇌수술 로봇(신경외과), 상지재활 치료로봇(재활의학과), 중입자 치료로봇(방사선과) 등을 개발하고 있다. 마이크로·나노 의료로봇분야는 용종(Polyp)치료 미니로봇, 능동캡슐내시경, CTO·혈전치료로봇, 세포조작 로봇, 암치료로봇 박테리오봇 등을 개발하고 있다.

   
▲ 영상유도 단일경로 뇌종양 수술로봇
뇌수술 로봇분야는 영상유도 단일경로 뇌종양 수술로봇(Image-guided Brain Surgery Robot)이다. 이 로봇은 지경부 산업융합원천기술개발사업 과제로 2008년 3월부터 2013년 2월까지 5년간 연구 끝에 개발된 로봇이다. 원격로봇 수술시 안전하고 정확한 수술환경을 제공하기 위한 영상유도 기반의 단일경로 뇌종양 수술로봇 시스템이다. 직경이 4mm인 슬림한 매니퓰레이터에 삽입부도 20mm로 상당히 작은 편으로 사람에게 있어 뇌의 중요성을 감안하면 단일 경로가 그만큼 안전하다고 볼 수 있다. 그리고 수술 집도의가 3D고글을 쓰고 자기공명영상(MRI)을 기반으로 한 가상 화면과 실제 수술 화면을 함께 보면서 수술을 할 수 있어 편리하다. 이 로봇은 올해안에 상용화 할 계획으로 현재 국내 기업체와 협상을 벌이고 있다는 후문이다.

   
▲ 상지재활에 사용되는 케이블 로봇
케이블 로봇(Rehabilitation Parallel Cable Robot)은 환자의 상지 및 하지관절 재활에 사용되는 로봇으로 2차원 공간에서 다수의 케이블로 구성된 병렬로봇이다. 케이블 로봇은 안전성, 작업영역 확장성, 저관성력, 저소비전력의 특징을 가지면서 원, 직선, 삼각형, 사각형 등 다양한 2차원 운동 패턴이 가능하다. 게임하듯 훈련을 할 수 있어 재활효과가 높은 것으로 분석됐다. 이 로봇 개발은 전남대와 세계적으로 유명한 독일 프라운호퍼-IPA 국제공동연구소가 함께 진행하고 있는 조인트 로보틱스 랩 사업이다. 현재도 독일에서 파견된 연구원들이 전남대에서 연구하고 있고, 또 이곳 연구원도 독일 현지에서 함께 연구를 하고 있다. 미래창조과학부의 해외우수연구기관유치사업으로 2012년 8월부터 2018년 7월까지 진행될 예정인데 이를 통해 한-독 기술협력에 의한 세계서비스로봇시장 공동 대응 및 선점을 목표로 하고 있다. 연구소는 이 케이블 로봇을 재활치료 뿐만 아니라 테마파크와 같은 오락분야로도 그 영역을 넓힐 계획을 가지고 있다.

   
▲ 중입자 치료용 로봇 팔
중입자 치료용 로봇 팔(Robotic Couch for Heavy Ion Therapy)은 중입자 가속기를 이용한 치료 방식으로 중입자 중 탄소를 가속시켜서 암을 치료하는 최첨단 맞춤형 치료장치이다. 이 장치는 아직 국내에서는 운영되고 있지 않으나 부산시 기장읍에 건설될 예정이다. 하지만 기존의 중입자 치료시스템의 회전식 갠트리는 600톤의 무게 때문에 회전시키는데 엄청난 비용이 발생한다. 또한 이 중입자 가속기는 장치가 크기 때문에 환자에게 암세포를 공격하는 탄소입자를 쏘기가 쉽지 않다. 이러한 문제를 카우치(Couch) 로봇기술을 극대화하여 고정식 갠트리(Gantry)에 환자를 치료위치로 안전하게 이동시키면 저비용으로 동일한 치료효과를 얻을 수 있다. 환자가 치료 도중 숨을 쉴 때 생기는 오차도 정확히 제어할 수 있을 만큼 정밀성을 갖추고 있다. 교과부 의료용 중입자가속기 개발사업의 일환으로 2011년 4월부터 2014년 3월까지 진행하였다.

대장내시경 로봇(Colonoscope Robot)은 자벌레가 움직이는 모습을 착안해 굴곡진 대장 속에서도 잘 이동하도록 만든 로봇으로 박종오 소장이 2001년 한국과학기술연구원(KIST)에 근무하면서 개발하였고, 세계 최초로 사체시험에도 성공하였다. 2012년 2월 이탈리아의 의료장비제조 전문기업인 에라 엔드스코피(Era Endoscopy)사에 1백만 유로를 받고 기술이전 하였다.

   
▲ 로봇연구소 연구원들이 일하고 있는 모습. 사진 앞쪽은 영국 출신 연구원
캡슐 내시경 로봇(Capsule Endoscope Robot) “미로(Miro)"는`작은 로봇'이라는 의미로 `미로(MIRO)'라고 이름 붙여졌다. 이 캡슐형 내시경은 2003년 개발이 완료되었고, 2005년 국내 인트로메딕(IntroMedic)이라는 회사에 기술 이전되어 현재 국내외에서 판매되고 있다. 생산제품의 90% 이상을 미국과 유럽등에 수출하고 있다. 알약 크기(지름 11㎜, 길이 23㎜, 무게 3.9g)의 초소형 비디오 캡슐로 인체 내 소화기관에서 8∼11시간 동안 10만 화소의 영상을 초당 1.4~2.8장 촬영해 몸 밖에 부착된 수신장치로 전송하게 된다. 세계 2번째로 개발 및 상용화가 이루어 졌으며 2012년 6월 FDA 인증을 받아 안전성까지 입증되었다. 이 제품 역시 박종오 소장이 한국과학기술연구원(KIST)에 근무할 때 연구개발한 기술이다.

자율조종(능동) 캡슐 내시경(ALICE : Active Locomotive Intestinal Capsule Endoscope)은 알약처럼 먹으면 의사가 조종을 해서 내시경처럼 볼 수 있는 알약 형태의 내시경이다. 소화기관 진단·치료용으로, 자율조종이 가능하다고 하여 자율조종 또는 능동 캡슐내시경이라 부르기도 한다. 일반 캡슐내시경과 크기는 같지만, 이동구간 대비 많은 영상정보를 획득할 수 있다. 실시간 기기조종에 따른 진단 및 치료가 가능함에 따라 기존에 12시간에서 24시간씩 소요되던 진단시간이 20분 미만으로 매우 짧고 진단영역을 대장, 위, 식도, 소장 등의 전 소화기 영역으로 확대가 가능한 것이 가장 큰 특징이다. 실시간 영산진단 및 생검, 약물전달 기능을 수행할 수 있으며, 향후 3년안에 상용화가 가능할 것으로 예상된다.

   
▲ 돼지 장내에서 살아 움직이는 혈전 치료용 로봇의 모습(사진 좌측의 검은색 물체)
혈관치료용 마이크로 로봇(Intravascular Therapeutic Micro Robot)은 막힌 혈관을 초소형 로봇이 뚫는 기술로 2010년에 전남대 로봇연구소가 개발했다. 돼지 혈관 속에 지름 1mm 길이 5mm의 마이크로 로봇을 넣어 원하는 위치로 이동 시키므로서 세계 최초로 동물 실험에 성공했다. 이 로봇의 크기는 현미경으로나 보이는 1마이크로미터이다. 암세포를 찾아가도록 만든 박테리아에 로봇을 붙이면 암세포에 도달한 로봇이 안에 내장한 약물을 내뿜도록 만들어졌다. 정교한 유도탄처럼 항암제를 정확하게 암세포에만 보낼 수 있는 기술로 현재 프로토타입 상태까지 개발이 완료되어 있다. 이 로봇이 상용화되면 미래에는 혈전제거는 물론 심혈관 질환 예방까지도 가능할 것으로 예상된다.

   
▲ 박테리오봇의 모습을 보여주고 있다
박테리아 기반의 의료용 마이크로 로봇(Bacteria-based Biomedical Micro Robot)은 박테리아의 능동 운동성, 특정(암) 세포 지향성, 형광 발현성, 유전자 조작성, 자기 복제성 등의 특성을 이용한 로봇이다. 대상 질환세포에 지향, 접근하여 약물과 박테리아를 전달하여 질환세포(암)의 진단 및 치료가 동시에 가능한 신개념의 의료용 마이크로·나노 로봇이다. 박테리아와 로봇이라는 단어를 합해 박테리오봇(Bacteriobot)으로 이름지었고 크기는 10~50마이크로미터이다. 기존 의료용 로봇이나 약물전달체 등이 대부분 몸 밖에서 조종하거나 이미 정해진 길을 따라 움직이는 등 수동적으로 작동하는데 비해 이 박테리오봇은 능동적 이동이 가능하다. 교과부 미래유망융합기술 파이오니어사업으로 2009년 7월부터 2015년 2월까지 연구를 진행하고 있다. 박테리오봇이 향후 실용화되면 미세한 초기암도 찾아가 항암제를 주입할 수 있게 되어 암 진단과 치료에 획기적인 전기를 마련할 수 있을 것으로 기대된다. 이 기술은 2010년 국제원천 특허를 확보하였다.

세포조작용 마이크로 로봇(Cell Surgery Micro Robot)은 세포 분류, 죽은 세포 제거, 세포 조립과 같은 세포 조작(Cell manipulation)에 주로 사용되는 로봇이다. 일반적으로 바이오 세포들을 조작할 때 과도한 힘이 발생될 경우 세포막이나 조직들이 피해를 입을 수 있다. 세포 조작용 마이크로 로봇은 이러한 문제들을 극복하기 위해 개발되었다. 결과적으로 이 로봇은 세포에 피해를 주지 않고 안전하게 조작이 가능하여 세포질내 정자미세주입술(ICSI : Intracytoplasmic Sperm Injection), 전핵 유전자 주사(Pronucleus DNA injection), 유전자 치료와 같이 고난도 기술을 요하는 곳에 사용이 가능하다. 이 로봇의 크기는 폭과 길이가 1000마이크로미터, 높이는 50마이크로미터이다.

   
▲ 로봇연구소가 지금까지 개발한 R&D 결과물
헬스케어 미니로봇(Healthcare Mini Robot) 은 대장 안이 아니라 대장 외부를 기어다니며 용종을 제거하는 벌레 모양의 미니로봇이다. 이 로봇은 의사가 장기 외부를 기어다니는 로봇을 조종해 환자의 용종을 없애거나 약물을 상처에 전달하는 역할을 수행하게 되며 크기는 폭25mm, 길이 20mm, 높이 20mm이며 무게는 약5g 정도이다.

이러한 여러분야의 로봇들을 대기업이 아닌 지방의 한 대학 부설연구소에서 개발하고 있다는 것이 그저 놀라울 뿐이다. 그래서인지 이곳 연구원들은 우리나라 1등이 아닌 세계 1등이라는 그런 모토아래 살고 있다고 한다. 한마디로 자부심이 상당히 강하다. 그래서 더 그런 결과를 내려고 하는지도 모른다. 취재하는 동안 이러한 정신이 최소한 우리나라에서는 최고, 잘하면 세계최고라는 연구소 비전과도 닿아 있는지 모른다는 생각이 들었다. 그래서인지 전남대 로봇연구소는 세계최고 타이틀을 여러개 가지고 있다.

   
▲ 전남대 로봇연구소(RRI) 박종오 소장
전남대 로봇연구소는 올해 특히 많은 연구에 집중 하고 있다고 한다. 박종오 소장은 "올해 생각하는 제1의 목표가 능동캡슐 내시경과 뇌수술 로봇의 사업화, 그리고 혈관치료 로봇과 박테리아나노로봇의 세컨드 버전을 발표하는 것이다."라고 말했다. 또 전남대 로봇연구소와 광주시가 의욕적으로 추진하고 있는 마이크로의료로봇센터 설계를 끝내고 내년부터 본격적으로 건립하는 것도 중요한 과제라고 한다.

마이크로의료로봇센터는 광주시 첨단 R&D특구 내 전남대학교 첨단 산학캠퍼스 부지 5615.9㎡, 연면적 4000㎡ 크기로 신축된다. 센터에는 마이크로 로봇연구, 전임상 의료실험, X선차폐 등을 위한 필수시설(조직검사실, 현미경실, 임상지원실, X선차폐실, SAM/TEM/Confocal실)들이 들어설 예정이다. 이것이 완료되면 로봇연구소는 명실상부한 인프라가 구축되면서 강력한 경쟁력을 갖추게 될 예정이다.

이러한 시설들이 만들어지고, 연구개발 분야에서 지금처럼 많은 성과를 낸다면 박소장이 목표하는 "가장 전문적인 로봇전문연구소"가 되어 있을지도 모른다. 지난 9년여의 시간동안 척박한 지방에서 국내 최고의 로봇전문 연구소를 만들기 위해 지금도 현역을 자처하며 최선을 다하는 그의 목표가 빨리 이루어 지길 기대해 본다.  ▒  조규남 기자

[전남대 로봇연구소 주요 연혁]
2008년 3월  전남대 로봇연구소 설립
2008년 4월  로봇연구소장에 박종오 교수 선임
2008년 6월  KIST 유럽과 MOU체결
2008년10월 제39회 국제로봇심포지움 주최
2008년10월 이탈리아 산타아나대 다리오랩(Dario Lab)과 MOU체결
2008년10월 미국 카네기멜론대 시티랩(Sitti Lab)과 MOU체결
2010년 5월 세계최초 혈관치료용 마이크로 로봇 동물실험 성공 
2010년 6월 박테리오봇 연구센터 개소
2010년 7월 우주로봇 연구센터 개소
2011년 3월 일본 나고야대학 마이크로-나노 메카트로닉스센터와 MOU 체결
2011년 6월 이탈리아 기술원
(IIT: Istituto Italiano di Tecnologia) 재단과 MOU 체결
2012년 4월 독일 프라운호퍼-IPA, 프라운호퍼-게셀샤프트와 MOU 체결

2012년 5월 미국 브랜다이즈대학과 MOU 체결
2013년 6월 독일 프라운호퍼-IPA 공동연구센터 개소

2013년11월 전남대 마이크로의료로봇센터 유치
2013년12월 '암 치료용 박테리아 로봇개발' Nature 자매지 게재
2014년 4월 대우조선해양과 협력 MOU 체결

 

조규남  ceo@irobotnews.com
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