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美 스탠포드대, 적은 힘으로 더 빨리 걷는 '로봇 부츠' 개발과학 전문저널 '네이처'에 연구 성과 발표
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승인 2022.10.24  14:33:48
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▲스탠포드대 연구진이 개발한 로봇 부츠(사진=스탠포드대)

미 스탠포드대 바이오메카트로닉스연구소(Biomechatronics Laboratory) 연구팀이 적은 에너지로, 더 빨리 걷고 달릴 수 있는 로봇 부츠를 개발했다고 지난 12일(현지 시각) 밝혔다. 이동에 어려움을 겪는 장애인이나 노인들을 위해 개발된 착용형 외골격 로봇이다.

연구팀은 이번 연구 성과를 과학 전문저널인 ‘네이처’에 발표했다.

스탠포드대 바이오메카트로닉스연구소를 이끄는 스티브 콜린스(Steve Collins) 기계공학과 교수는 "이 외골격 로봇은 사람들이 현실 세계에서 정상적으로 걸을 때 필요한 도움을 개인화해줄 수 있다"면서, “걷는 속도와 에너지 소비 측면에서 예외적 성과를 거뒀다”고 말했다.

이 로봇 부츠는 착용자가 걸음을 내디딜 때마다 추가적인 힘을 제공하기 위해 종아리 근육과 함께 작동하는 모터를 탑재하고 있다. 기존의 다른 외골격 로봇과 달리, 실험실 환경에서 에뮬레이터 장치를 사용해 수년간 작업한 기계학습 기반 모델을 적용, 로봇 부츠 착용자에게 추가적인 힘을 개인화해 제공한다.

연구팀 관계자는 “런닝머신에서 우리 장치는 이전의 외골격에 비해 두배의 에너지를 절약해주며, 실제 세계에선 상당한 에너지 절약과 보행 속도 향상으로 이어진다"고 말했다. 연구팀은 수년 내 이 기술을 상용화한다는 계획이다.

연구팀에 따르면 처음에 로봇 부츠를 착용하고 15분 정도는 부자연스럽게 느끼지만 약간의 조정 과정을 거치면 자연스럽게 보행할수 있다고 한다. 발걸음을 내디딜 때 마치 여분의 스프링이 있는 것 같은 느낌을 가질 수 있다는 설명이다.

실제 대부분 외골격 로봇 개발시 겪는 어려움은 개인의 신체적 특성을 반영하는 '개인화'에 있다. 콜린스 교수는 "많은 연구자들이 직관이나 생체모방을 결합해 대부분 외골격 제품을 설계하지만, 사람들은 워낙 복잡하고 다양해서 외골격이 잘 작동하지 않는다"고 설명했다.

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 실험실 환경에서 외골격 에뮬레이터를 만들었다. 이 장치는 사람들을 지원하는 최선의 방법을 신속하게 테스트하고, 실험실 밖에서 사용할 수 있는 효과적인 휴대용 장치에 대한 청사진을 제시한다

연구팀은 학생들과 자원봉사자들을 외골격 에뮬레이터에 연결한 후 사람이 외골격 로봇으로 보행시, 착용자의 움직임과 에너지 소비에 관한 데이터를 수집했다. 이 데이터는 에뮬레이터가 제공하는 다양한 이점을 보여준다. 연구팀은 "우리는 힘을 정확하게 지원하기 위해 웨어러블을 통해 힘과 발목 움직임을 측정했다”면서, "이렇게 함으로써, 사람들이 걸을 때 장치를 조심스럽게 제어할 수 있고 눈에 잘 띄지 않는 안전한 방법으로 그들을 도울 수 있다“고 설명했다.

연구진은 로봇 부츠의 효과가 에너지 절약과 속도 향상 측면에서 30파운드 무게의 배낭을 벗는 것과 같다고 말했다. 일반 신발을 신고 걷는 것에 비해 이동 거리당 소비되는 에너지를 약 17% 줄이면서 9% 정도 더 빨리 걸을 수 있다는 것이다.

장길수  ksjang@irobotnews.com
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