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美 미시건대, 자연스런 보행 지원하는 로봇의족 제어 기술 개발국립보건원 자금 지원 받아
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승인 2023.12.29  19:24:39
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미국 미시건대 연구팀이 보다 자연스럽게 로봇 의족을 제어할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다. 이 제어 기술은 제자리 서기, 보행하기, 계단 오르기 등 여러 동작 간에 자연스럽고 끊김없는 움직임을 지원한다.

로버트 그렉(Robert Gregg) 미시건대 교수는 미국 국립보건원(National Institutes of Health)으로부터 300만달러(약 39억원)의 자금을 지원받아 로봇 의족 사용자들에게 부드러운 보행 경험을 제공하는 로봇 의족 제어 기술을 개발하고 있다. 상업적으로 활용 가능한 로봇 의족 제어 프로그램 개발을 목표로 하고 있다.

인간의 몸은 제자리에서 일어서기, 걷기, 계단 오르기 등 동작을 부드럽게 이어갈 수 있다. 그러나 이 같은 유연한 동작을 로봇의족에 구현하는 것은 쉽지 않다. 로봇 의족을 사람의 중추신경계와 연결해 몸과 동기화 상태를 유지하는 것은 로봇 공학자들에게 매우 도전적인 과제다.

로버트 그렉 교수는 지난 2013년부터 이 분야에 관한 연구를 진행해 왔는데, 최근 보행 주기(사이클) 모든 단계를 연속적으로 표현할 수 있는 초기 모델을 개발하고, 무릎과 발목 관절의 위치를 제어하는 데 성공했다.

기존 로봇 의족은 보행 단계별로 별도의 컨트롤러를 사용했다. 이에 따라 각 모델에 대한 제어 매개변수와, 한 모델에서 다른 모델로 전환하는 규칙을 환자별로 최적화해야 했다. 그렉 교수는 "사람마다 걸음걸이가 다르기 때문에 다른 매개변수를 가지고 있다. 그 결과 매우 번거로운 임상 배치가 이뤄진다“고 말했다.

연구팀은 지난 2018년 최초의 보조금을 투입해 중요한 시나리오를 다루도록 보행 제어 모델을 확장했다. 허벅지의 움직임을 사용해 연속적인 모델로 관절의 위치를 예측하는 것은 자연스러운 걸음걸이를 만드는 꽤 좋은 방법으로 밝혀졌다.

그렉 연구팀은 연속 모델링 프레임워크(continuous modeling framework)를 사용해 간접적으로 관절의 위치를 조절하는 것을 고려하고 있다. 임피던스 접근법을 사용하면 평형 위치가 만들어지고, 관절이 방해를 받으면 힘이 그 위치로 부드럽게 다시 당길 수 있도록 설정할 수 있다. 이는 약간의 흔들림을 발생시킨다. 이를 통해 로봇 의족이 한 활동에서 다른 활동으로 원활하게 이동하는 동시에 쿠션감을 제공할 수 있다는 것이다.

장길수  ksjang@irobotnews.com
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