▲ 외골격 에뮬레이터를 착용한 실험 참가자가 보행 훈련을 하고 있다.(사진=스탠포드대)

"보행용 외골격 로봇을 착용하는 것은 수퍼히어로가 스마트 갑옷을 착용하는 것이 결코 아니다. 오히려 자전거를 타는 것과 비슷하다. 자전거를 잘 타기 위해션 매일 꾸준히 연습을 해야한다."

당연한 말인 것 같지만 스탠포드대 바이오메카트로닉스연구소 연구진이 보행용 외골격 로봇 실험을 통해 확인한 내용이다.

스탠포드대 연구진은 발목형 외골격 로봇을 착용한 실험 참가자들을 대상으로 보행 훈련을 진행한 결과 보행 훈련이 외골격 로봇 착용자의 보행 능력을 향상시키고, 에너지 소비도 줄여준다는 것을 확인했다. 연구진은 연구 논문을 전문 학술지인 ‘사이언스 로보틱스’ 9월 29일자에 게재했다.

연구자들은 외골격 로봇 성공의 비밀을 규명하기 위해 발목형 외골격 에뮬레이터(외골격 로봇 모방 제품)를 착용한 15명의 피실험자를 대상으로 보행 훈련을 진행하고, 효과를 관찰 및 분석했다. 실험과정에서 피실험자들은 특별한 제어장치를 이용해 외골격 에뮬레이터를 커스터마이징하고 미세조정할 수 있도록 허용되었다.

연구진은 실험 참가자들을 3개의 주요 그룹으로 나누고 각각 5일간 훈련했다. 첫번째 그룹은 외골격 에뮬레이터로부터 일반적인 지원을 받았고, 두 번째 그룹은 실험 기간 동안 특정한 요구에 대해 ‘지속적인 최적화’를 경험했다. 그리고 세 번째 그룹은 매일 기기를 재설정하는 최적화를 경험했다.

실험 참가자들은 전에는 한번도 외골격 로봇을 사용한 경험이 없었다. 참가자들은 훈련을 통해 전체적으로 보행 능력이 개선되었지만, 외골격에 대한 상이한 접근 방식이 매우 다른 결과를 낳았다. 가장 유리한 조건에서 훈련을 받은 피실험자들은 외골격을 끈 상태에서 보행 훈련을 받은 사람에 비해 거의 40% 정도 에너지 소비가 적은 것으로 나타났다.

연구진은 외골격 로봇이 제공하는 전반적인 보행 개선 효과의 50%는 '훈련'으로 인한 것이며, 약 4분의 1은 외골격 로봇을 커스터마이징한데 따른 것으로 분석했다. 이번 실험에선 ‘지속적인 최적화’를 경험한 그룹의 참가자들이 에너지 소비량이 가장 크게 감소한 것으로 나타났다.

연구자들은 실험 과정에서 에너지 소비 개선이 더 이상 이뤄지지 않는, 정점에 달하는 시점을 ’전문가(experts)’라고 정의했다. 이번 실험에선 외골격 에뮬레이터를 착용하고 전문가가 되는데 2시간 정도의 시간이 걸렸는데, 이는 5마일을 걷는 것과 비슷한 훈련량이다. 참가자들은 전문가 자격을 갖춘 후에도 수십 시간의 훈련기간 동안 '느린' 개선 효과가 있다는 점을 확인했다.