▲개별 걸음걸이 등에 맞춰 발목 외골격을 수동으로 재보정해 줄 필요를 없애준 알고리즘이 개발됐다. 미시건대 산업 및 운영 공학 박사과정생인 재클린 해난이 스털링 랩에서 이 알고리즘을 적용한 발목 외골격을 착용하고 걷기 시연을 하고 있다. (사진=미시건대 공학과)

미국 미시건대학 연구원들이 직접적인 근육 측정을 통해 속도와 걸음걸이 변화를 처리하는 반응성 발목 외골격 알고리즘을 개발했다고 더로봇리포트가 1일(현지시각) 보도했다.

이 알고리즘은 사용자에게 손쉬운 걷기와 달리기 전환 능력을 지원하는 잠재적 능력을 갖췄다.

연구원들은 이 알고리즘이 사람들이 지구력을 확장하는 데 도움을 주는 발목 외골격에 한 걸음 더 가까이 다가갈 수 있게 해 줄 것으로 기대하고 있다.

특히 이 알고리즘은 연구원들이 개별 사용자와 작업에 자동 적응하는 외골격을 개발하는 데 도움을 주면서 각 작업마다 수동으로 재보정할 필요성을 없애거나 크게 줄여줄 수 있다.

이 연구의 수석 저자인 레이아 스털링 미시건대 산업 및 운영 공학 및 로봇공학 부교수는 “이러한 특정 유형의 발목 외골격은 이동성이 제한된 사람들의 능력을 증강시키는 데 사용될 수 있다. 이는 손주들과 공원에 걸어갈 수 없는 나이든 어른일 수도 있다. 하지만 이 시스템을 착용함으로써 그들은 이전보다 더 많은 일을 할 수 있게 해 줄 추가 도움을 받게 됐다”고 플로스 원저널에 밝혔다.

현재 외골격은 일반적으로 단일 사용자가 직선으로 걷는 것 같은 단일 작업을 수행하도록 조정해 줘야 한다.

작업 또는 사용자를 변경하려면 긴 시간 수동 재조정 과정이 필요하다. 하지만 이 새로운 알고리즘은 걷기와 달리기 사이의 걸음걸이 변화뿐만 아니라 다양한 걷는 속도를 다룰 수 있는 능력을 보여 주었다.

이 제어 알고리즘이 지금까지 통용되던 것과 다른 점은 근육 섬유가 얼마나 빨리 팽창하고 수축하는지 직접 측정한다는 것이다. 이는 측정결과를 사용해 근육이 일하는 동안 사용하는 화학 에너지의 양을 결정하고 그 측정치를 생물학적 모델과 비교함으로써 보행자 움직임을 돕는 가장 좋은 방법을 결정한다.

현재의 방법은 움직임을 보조하는 방법을 결정하기 위해 더 광범위한 움직임 측정을 사용하므로 근육 생리학을 직접 측정하는 이 방법보다 정확도가 떨어진다.

미시건대 연구원들은 이동성에서 중요한 역할을 하는 발목에 초점을 맞추기로 결정했다. 이 팀은 발목의 근육을 보조하는 것이 더 멀리 그리고 더 빨리 걷는 우리의 능력에 극적인 영향을 미칠 수 있다는 것을 발견했다.

팀은 코로나19 팬데믹으로 인해 제한된 기간 동안 작업했기 때문에 사람을 대상으로 테스트할 수 없었지만, 알고리즘을 시뮬레이션하고 테스트하기 위해 기존의 외골격 장치와 근육 역학에 대한 데이터를 사용했다.

이 팀은 테스트하는 동안 그들의 알고리즘이 속도와 걸음걸이의 변화에 더 잘 반응할 수 있도록 조정했다. 다음 단계는 인간에 대한 작업을 수행하는 것이다. 팀은 실험하는 동안 근육 섬유를 실시간으로 측정하기 위해 초음파를 사용하게 된다.

이 연구는 공군과의 계약(계약 번호 FA8702-15-D-0001)에 따라 국방부 연구 및 엔지니어링 차관의 자금 지원을 받았다.