무거운 물건을 오랫동안 쥘 수 있는 ‘로봇 장갑’이 개발됐다. 서울대 체육교육과 안주은 교수, 서울대 기계공학부 조규진 교수, 카이스트 전산학부 조성호 교수, 분당서울대학교병원 공현식 교수의 공동 융합연구 결과다.

 

이번에 개발된 로봇 장갑은 물건을 단단히 쥐고자 하는 의도를 단 하나의 센서만으로 작동된다.

 

일상생활 속에서 무거운 물건을 들거나 망치나 드릴, 톱 같은 공구를 다뤄야 할 때, 손의 악력은 안정적인 작업 수행을 위해 매우 중요하다. 특히 화재와 같은 재난 현장이나 여러 가지 전동공구를 사용하는 작업현장에서 도구나 물건을 단단히 쥐는 동작이 빈번히 요구되지만, 이러한 동작을 오래 지속할 경우 팔 근육에 피로가 쌓이며 이로 인해 안정적인 작업 수행이 어려워진다.

 

이번에 개발된 장갑의 기본적 원리는 힘을 주고자 할 때 근육을 중심으로 발생하는 전기적인 신호인 근전도를 감지해 동작의 의도를 파악하는 것이다. 이러한 근전도를 이용한 의도 파악은 의족이나 의수를 제어하는데 주로 사용되어 왔으나 장갑과 같은 착용형 로봇에 적용하는 데에는 많은 어려움이 있었다.

 

우선 정확한 의도 파악을 위해 여러 개의 근전도 센서를 여러 근육에 부착시켜 사용해야 하는데 이러한 근육의 위치는 사람마다 다르고 동작을 수행하는 과정에서 센서가 조금이라도 원래의 위치에서 벗어나면 의도 파악이 부정확해진다. 또 팔을 펴거나 굽히는 자세의 변화에 의해 의도 파악 성능이 저하되는 문제도 있다.

 

융합 연구팀은 큰 악력을 내고자 할 때만 손목 부근에서 큰 근전도 신호가 감지되는 현상을 발견하고 이를 이용하여 장갑형 로봇을 직관적으로 제어하는 방법을 개발했다.

 

그 결과 여러 개의 센서에 의존하는 기존의 방식과는 전혀 달리 단 하나의 센서를 손목 부분에 밀착시키는 것만으로 큰 악력을 내고자 하는 의도를 정확히 파악할 수 있었다. 그 성능은 팔의 각도 등 자세 변화에 무관하게 높게 유지됐다. 심지어 새로 개발된 로봇 장갑의 의도 파악 성능은 5개의 센서를 팔뚝 주위의 여러 근육에 부착시켜 의도를 파악하는 기존의 방법보다도 우수하게 나타났다.

 

이번 연구 성과는 인체와 관련된 새로운 발견과 운동학적 실험, 기계학습, 소프트 로봇제작 등 여러 분야에 걸친 전문성의 융합을 통한 미래 기술 개발의 사례이다. 특히, 단일 센서만으로 정확한 의도 파악 및 악력 증강이 가능함을 보여준 연구결과는 앞으로 신체 능력 증강을 위한 실용적인 착용형 로봇의 개발에 중요한 기여를 할 것으로 예상된다.

 

서울대학교 천상희 연구원이 주저자로 작성한 관련 논문은 IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics 2월호에 정식 게재될 예정이며 현재 미국전기전자학회(IEEE) 사이트를 통해 열람 가능하다.

 

이번 연구를 수행한 인간중심소프트로봇기술연구센터(센터장: 서울대학교 조규진 교수)는 2016년부터 기계공학, 전산공학, 의학, 의류학, 운동역학을 포함한 다양한 학문분야의 융합연구를 통해 인간의 운동 능력 증진을 위한 다양한 착용형 소프트 로봇을 개발하고 있다.