최근 영화를 통해 외골격 로봇이 많이 소개되고 있다. 외골격 로봇은 인간의 힘을 증폭 또는 지원하기 위해 신체의 외부에 부착해 작업을 수행할 수 있는 외골격 형태의 로봇이다.

인간의 몸에 착용해 사용자의 동작의도 신호를 기반으로 액추에이터를 구동함으로 팔, 다리의 근력을 지원 또는 증폭시켜 인간의 물리적인 작업 능력을 증대시키는 기능을 수행한다.

착용자는 작은 힘으로 액추에이터에서 발생하는 큰 힘을 제어할 수 있어 무거운 물체를 작은 힘으로 쉽게 들어 올리거나, 유지하며 보행이 가능하다.

이는 지능형 로봇과는 다르게 인간의 인지 및 판단능력으로 학습 없이 직관적으로 로봇을 이용한 작업을 수행할 수 있다.

동작의도 신호 따라 액추에이터 구동

즉, 인간의 지능과 인체 외부의 기계적 로봇시스템의 결합으로 구성되며, 착용자가 느끼는 피로도를 감소시켜 이동성 및 고중량물 운용 효율성을 증대시켜주는 시스템이다.

외골격 로봇의 핵심기술은 ▲통합 개념 분석 및 시험평가를 위한 시스템 통합기술 ▲인체공학적 관절 메커니즘 및 소형·고출력 액추에이터 개발을 위한 구동·메커니즘 기술 ▲로봇을 착용한 상태에서 고속으로 보행하거나 재난현장에서 신속 임무 할당을 위한 인체-기계 연동제어 기술 ▲다양한 센서를 이용해 착용자의 운동의도를 인식하기 위한 운동의도 인식·추정기술 ·임무 지속성을 증대시키기 위한 휴대용 전원공급 기술 등 크게 5가지로 구분할 수 있다.

5가지 핵심기술과 함께 분야별 응용을 위한 추가 기술을 더해 군용(병사의 기동성 증대), 산업용·재난대응용(고중량물 취급 및 반복 작업성 증대), 재활·의료용(보행장애 환자들의 보행 및 재활 보조) 등 다양한 분야에 적용이 가능하다.

세계 최초의 웨어러블 로봇은 군인을 위해 개발됐으나, 지금은 재활, 고령자 및 장애인 보조기구 등 의료·복지 분야에서 가장 폭넓게 활용되고 있으며, 기술 개발에 따라 건설·산업, 국방 등 활용분야가 확대되고 있다.

먼저 건설·산업분야는 건설 및 산업 현장, 물류창고 등 인력을 활용하는 작업이 많으며, 계단을 오르고 내리거나 중량물을 실어 나르는 반복작업이 많은 분야에서 작업의 효율성 및 작업자의 근골격계 질환 예방을 위해 근력증강이 가능한 착용형 외골격 로봇의 활용이 많을 것으로 전망된다.

국방 분야는 중량물을 지고 있는 보병부대의 신속한 이동 및 장거리 행군 등에서 병사들의 피로도 감소 및 전투능력 향상을 위해 외골격 로봇의 필요성이 증가하고 있다. 또 중량의 국방 장비 정비 등을 위한 반복적인 중량물 이송 작업, 보급부대의 보급품 반복 이송 등 다양한 국방 분야에서 활용성이 높을 것으로 예상된다.

의료·재활 분야는 근력이 약한 노인들의 근력 지원 또는 장애인의 재활에 사용할 수 있고 무거운 물건도 쉽게 들어 올릴 수 있다. 반복적인 보행 훈련을 오랜 시간 할 수 있도록 하고, 환자의 관절각, 관절토크 등의 상태를 정밀하게 모니터링할 수 있다.

현재 세계 외골격 로봇은 미국, 일본, 유럽 일부 국가에서 연구개발 및 상업화에 성공해 시장을 선점하고 있으나, 이 시장에 진입한 기업은 많지 않다.

외골격 로봇은 인체공학적인 설계기술, 착용자의 동작의도 파악을 위한 센서 융합 및 추론 기술, 로봇 제어 및 알고리즘 기술, 첨단 재료 응용 기술, 고급 기계 메커니즘 설계 기술 등의 핵심기술은 더 많은 기술개발이 필요하다. 현재 로봇 시장은 미국, 일본, 유럽, 한국이 주도하고 있다.

한국의 로봇 기술력은 충분히 세계 시장에서 통할 것으로 보여 빠르게 기술개발이 달성되면 세계 시장 진입은 어렵지 않을 것으로 생각된다.

현재 국내 산학연에서 외골격 로봇 관련 연구개발을 활발히 진행하고 있으며, 일부 기업에서 상용화를 추진 중에 있어 머지않아 외골격 로봇을 우리 생활에서 볼 수 있을 것이다.

<본 기사는 테크M 제43호(2016년 11월) 기사입니다>