지능형 행동보조 웨어러블 로봇 - 정의, 필요성, 분류

 

정의

행동보조용 웨어러블 로봇은 인간 신체에 물리적으로 체결된 구동 메커니즘을 통해 행동 수행에 필요한 근력을 보조하여 의도한 운동을 효과적으로 수행할 수 있도록 지원하는 입는 형태의 로봇을 말합니다. 이는 골격과 유사한 형태로 제작되어 신체에 착용되며, 로봇 관절에 장착된 구동기는 팔다리에 동력을 직접 전달하거나 부가되는 부하를 대신 지지하게 됩니다.. 과거에는 웨어러블 로봇이 하지 전체를 보조하는 로봇 형태였지만 최근 들어서는 손가락, 팔꿈치 등 단일 관절을 조절하는 로봇들이 개발되면서 고도화되고 있습니다.

 

행동보조용 웨어러블 로봇은 착용자의 동작 인식, 경량 소형 구동기 설계, 동작 의도에 따른 근력 제어 등의 핵심기술로 구성됩니다.

∎(착용자 동작 인식기술) 착용자의 동작 의도(방향, 속도, 힘 등)를 파악하는 기술로 자연스러운 동작이 가능하게 돕는 기술

∎(경량 소형 구동기 설계기술) 신체 착용성 향상을 위해 가볍고 작으면서 큰 구동력을 생성하는 구동기 기술

∎(동작 의도에 따른 근력 지원 동기화 제어기술) 착용자의 동작 의도와 동일한 방향, 속도, 힘으로 보조력을 생성할 수 있도록 도와 웨어러블 로봇을 원활하게 제어할 수 있도록 하는 기술

 

필요성

글로벌 기업들의 첨단 기술개발과 제품화에 대비하기 위해 국내 로봇 기업들의 전략적 준비가 필요한 상황입니다. 웨어러블 로봇의 개발은 미국과 일본의 글로벌 기업들을 중심으로 개발 중이고, 그중에서도 미국의 3개사(Ekso Bionics, Sarcos Corporation, Lockheed Martin Corporation)와 일본의 2개사(Cyberdyne, Honda) 등 글로벌 해외 기업들은 웨어러블 로봇 시장 선도를 위해 치열하게 경쟁 중입니다. 무동력 로봇과 일부 관절 중심의 특수목적형 로봇을 개발하고 있는 스타트업들이 계속 증가하고 있는 가운데 우리나라에서도 첨단 기술을 적용한 독창적인 로봇기술의 개발이 필요하다고 볼 수 있습니다.

 

일본과 유럽은 국가사업을 통해 안전 인증에 필요한 규제나 표준, 시험 인증 프로토콜 확립을 위한 단계로 접어들고 있습니다. 국내에서고 로봇 테스트필드 사업이 예비타당성 조사를 통과하며 웨어러블 로봇 등 로봇 실증 평가를 위한 제반 환경이 조성되고 있습니다.

 

특히, 초고령사회로의 진입이 국제적으로 가속화되면서 생산연령인구 감소 및 노동력 문제 해결을 위해 웨어러블 로봇이 대안으로 떠오르는 상황입니다.

∎독일, 프랑스, 이탈리아, 일본은 이미 초고령사회로 진입하였으며 미국과 우리나라도 초고령사회로의 진입 문턱에 도달함

∎고령 인구 비율이 늘어나고 출산율은 줄어들어 2020년 이후 생산연령인구 급감으로 인해 웨어러블 로봇을 활용한 노령 인구 작업 효율성 개선이 절실함

 

행동보조용 웨어러블 로봇은 기술적으로 성숙기를 향해 가고 있으며 플랫폼 및 서비스 구축 등 시장 활성화를 위한 기술개발이 필요한 실정입니다. 이에 동작 의도 파악, 신체 착용성 향상, 경량형 모델 개발 등 고도화된 웨어러블 로봇 개발을 위한 기술개발이 이루어지고 있습니다. 웨어러블 로봇은 다양한 산업에서 활용가치가 높은 품목으로 로봇의 착용성과 편의성 등이 개선되고 경량 수동형 일부 관절 보조 형태가 시장에서 자리를 잡으며 농업, 재활의료, 군사, 제조, 물류 등을 중심으로 시장이 급격히 확대되고 있습니다. 기계, 전기 등의 특성보다 인간공학적 설계 요소가 주요 성능인자이므로 시장별 특성에 맞는 제품개발이 중요 요건으로 자리 잡고 있습니다.

 

범위 및 분류

행동보조용 웨어러블 로봇은 고도화된 하드웨어 제작을 위한 소재, 부품 등이 후방산업에 위치하고 인간 신체활동이 동반되는 산업이 전방산업에 위치하고 있는 구조입니다. 후방산업으로는 모터, 감속기 등 기본적인 하드웨어 구성을 위한 부품뿐만 아니라 지능형 센서, 경량 소재 및 배터리 등 하드웨어 고도화를 위해 필요한 제품들이 웨어러블 로봇 제작에 필요합니다. 그리고 전방산업 측면에서는 실버, 헬스케어 등에서 노인이나 환자의 신체적인 활동을 돕거나 산업, 군사 등 이용자의 생산성 증대가 필요한 산업이 전방산업에 자리하고 있습니다.

 

용도별 분류

∎행동보조용 웨어러블 로봇은 산업, 군사, 재활, 헬스케어용으로 분류됨

∎농업, 군사 등에서 실질적으로 활용할 수 있는 작업용 로봇을 개발하고 이를 현장에서 적용하는 시도들이 진행되고 있음

∎최근 하지 보행 보조를 중심으로 하는 재활 로봇들이 출시되어 병원 현장에서 거동이 불편한 환자들을 대상으로 적극적으로 활용 중임

∎소형, 경량, 유연 웨어러블 로봇을 개발 중이며, 웨어러블 로봇의 실질적 활용을 위한 안정성 검증 또는 사용성 증대를 위한 평가 시스템 관련 연구개발이 진행 중임