中, 물에서 산소 20% 덜 쓰는 '외골격' 만들었다

중국 연구진이 다이버의 무릎 움직임을 보조해 산소 소모량을 줄여주는 휴대용 수중 외골격을 세계 최초로 개발했다고 인터레스팅엔지니어링 등 외신들이 최근 보도했다. 해당 논문은 지난 달 학술 전문지 'IEEE 트랜잭션즈 온 로보틱스'에 실렸다. 베이징대학교 연구진이 개발한 이 외골격 기술은 다이버의 신체적 부담을 줄이고 특히 산소 소모량과 수중 발차기 시 필요한 힘을 효과적으로 낮춰줄 것으로 기대된다. 연구진들은 "이 시스템은 다이버의 체력 소모와 산소 사용량을 줄여 잠수 시간을 늘리고, 안전성을 높이며 피로를 줄일 수 있다"고 밝혔다. 수중에서 다이버가 미끄러지듯 움직이는 모습은 평온하고 부드러워 보이지만, 실제로는 신체에서 가장 큰 근육인 다리를 강하게 사용해야 한다. 이 과정에는 많은 산소가 필요하며, 이는 잠수부가 메고 있는 산소 탱크에서 공급된다. 예를 들어 20m 깊이에서 24.6리터(ℓ) 탱크를 사용해 수심 약 20m 깊이에서 잠수할 경우, 산소를 평균 35~50분 정도 사용할 수 있다. 연구진은 잠수 시간이 늘어나도록 호흡 장비를 개선하는 대신, 물속에서 수영할 때 소모되는 에너지를 줄이는 방식을 선택했다. 이번에 개발된 외골격은 여러 구성요소로 이뤄져 있다. 등에 장착되는 두 개의 밀폐형 모터는 웨어러블 로봇에서 사용되는 보던(Bowden) 케이블을 통해 다이버의 허벅지와 종아리에 착용되는 커프와 연결된다. 허리 스트랩은 잠수복 외부에서 전체 장비를 안정적으로 고정하며, 장비 전체 무게는 약 9kg다. 이 장비의 핵심은 곳곳에 내장된 관성측정장치(IMU) 센서다. 이 센서들은 잠수부의 다리 위치 정보를 실시간으로 모터에 전달한다. 이를 바탕으로 모터는 다이버가 발차기를 할 때 어느 동작 구간에 있는지 감지하고, 케이블에 가해지는 힘을 자동으로 조절한다. 킥을 아래로 내리칠 때는 내장된 클러치가 작동해 움직임을 보조하고, 위로 차올리는 동작에서는 모터가 비활성화돼 자연스러운 복귀 동작을 방해하지 않는다. 연구진은 수심 2m 길이 50m 수영장에서 6명의 다이버에 외골격를 착용시킨 후 테스트한 결과, 장비를 착용했을 때 대퇴사두근과 종아리 근육의 활동이 20% 이상 감소됐고 공기 흡입량도 22.7% 감소시키는 결과를 보였다. 특히 다이버들이 이 장비에 빠르게 적응해 자연스러운 움직임을 유지한 점이 주목된다. 연구팀은 이로 인해 수중에서의 전반적인 에너지 효율이 크게 향상됐다고 설명했다. 이 기술은 해양 연구, 수중 건설, 전문 다이버 교육 분야에서 새로운 응용 가능성을 열어줄 수 있다고 외신들은 평가했다.