로봇같은 '근육옷감' 자동직조장비 개발…대량생산 길 열어

'근육옷감'을 연속 대량 생산할 수 있는 자동 직조기가 국내 연구진에 의해 처음 개발됐다. '근육옷감'은 머리카락보다 가는 형상기억합금 코일실로 짠 의복형 웨어러블 로봇 핵심 구동기이다. 이를 이용하면 근육옷감 10g으로 10~15kg을 들 수 있다. 이 직조기를 개발한 연구진은 한국기계연구원 AI로봇연구소 박철훈 책임연구원 연구팀이다. 이들은 머리카락 4분의 1 정도 굵기인 직경 25㎛의 형상기억합금 와이어를 코일 형태로 가공, 연속적으로 옷감을 만든다. 근육옷감은 10g의 무게로 10kg에서 최대 15㎏ 정도를 들어올릴 수 있어 의복형 웨어러블 로봇의 핵심 구동기로 활용된다. 박철훈 책임은 "기존 형상기억합금 코일실은 금속으로 된 중심 실(심선)을 사용했기 때문에 실을 당겼을 때 늘어나는 비율(연신율)이 낮아 자동 직조기로 근육옷감을 짜는 것이 어려웠다"며 "이 문제를 해결하기 위해 금속 대신 천연사를 중심 실로 사용하고 근육옷감의 구조와 제작 공정을 새롭게 개발했다"고 말했다. 기존 웨어러블 로봇은 무겁고 소음이 큰 모터나 공압 구동기를 적용해 팔꿈치·어깨·허리 관절을 모두 보조하기에는 장치가 지나치게 커지고 무거운 단점이 있었다. 특히 어깨 관절은 움직임이 복잡해 능동 보조가 더욱 어려웠다. 그러나 이번에 개발한 근육옷감 구동기는 가볍고 유연해 팔꿈치·어깨·허리처럼 서로 다른 복잡한 관절에도 자연스럽게 움직일 수 있다. 박철훈 책임은 "근육옷감을 적용해 세계 최초로 팔꿈치·어깨·허리 3관절을 동시에 보조하는 2kg 미만의 경량 의복형 웨어러블 로봇을 개발해 근육 사용량을 40% 이상 감소시켰다"고 말했다. 연구팀은 또 세계 최고 수준인 840g 무게의 초경량 어깨 보조 로봇을 구현해 근육 약화 환자도 일상에서 부담 없이 착용하고 휴대할 수 있도록 했다. 실제 연구팀이 듀센 근이영양증 등 근육 약화 환자를 대상으로 서울대학교병원에서 초경량 어깨 보조 로봇 임상 실험한 결과 어깨 움직임 범위가 57% 이상 개선됐다. 박철훈 책임은 "일부 업체와 상용화 연구를 진행 중"이라며 "향후 웨어러블 로봇시장을 선도하는 기폭제가 될 것"으로 기대했다. 연구 과제는 지난해 기계연구원 최우수연구상을 수상했다. 기계연 기본사업인 ACE 사업 및 산업통상부의 로봇산업핵심기술개발사업, 서울대학교병원 소아암·희귀질환지원사업단의 이건희 소아암·희귀질환 극복사업으로 수행됐다. 연구성과는 재활공학 분야 국제 학술지(TNSRE) 온라인판으로 최근 게재됐다.