Win - Win Tech - 웨어러블 로봇의 현황
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로봇의 사전적 정의는 인간과 비슷한 형태를 가지고 걷기도 하고 말도 하는 기계 장치, 또는 어떤 작업이나 조작을 자동적으로 하는 기계 장치이다.
첫 번째 의미하는 기계장치는 ‘휴머노이드’를 지칭하는 것이고 두 번째 의미는 일반적인 ‘자동화 기계’를 지칭하는 것이다.
사전적 정의의 로봇의 의미는 상당히 좁은 의미와 넓은 의미를 전부 포괄하고 있다.
현재 로봇은 전문가마다 조금은 상이하나 제조용 로봇, 개인서비스용 로봇, 전문서비스용 로봇 이 세 가지로 분류할 수 있다.
그리고 각각의 분야에 해당되는 로봇 역시 로봇의 이용 목적에 따라 여러 분야로 세분화되어 분류된다.
이처럼 로봇이란 것은 단순히 휴머노이드뿐만 아니라 인간이 원하는 목적에 맞는 기능을 탑재하고 도움을 줄 수 있는 모든 장치를 의미한다고 생각한다.
따라서 로봇은 이제 단순한 작업을 반복하는 로봇(산업용 로봇)에서 인간을 닮은 로봇(휴머노이드형)을 거쳐 이제는 로봇을 닮아가는 인간(사이보그)의 형태로 연구개발이 진행되고 있다.
이러한 측면에서 웨어러블 로봇은 어쩌면 인간형 로봇과 로봇형 인간의 중간단계일 지도 모른다.
이러한 기술개발이 계속된다면 영화에서 선보인 ‘로보캅’이 개발되는 것도 꿈같은 이야기만은 아닐 것이다.
국제로봇협회 IFR(International Federation of Robotics)에서는 전문서비스용 로봇산업을 비제조업용 로봇으로, 사람의 복지나 특정한 시설 또는 특수목적에 유용한 서비스를 제공하는 로봇을 생산하는 산업으로 정의하고 있다.
이러한 관점에서 웨어러블 로봇은 전문서비스용 로봇에 해당되고, 전문 서비스용 로봇의 분류는 표 1 과 같이 분류할 수 있다.
표 1 을 참고로 보면 웨어러블 로봇은 전문서비스용 로봇 중에서도 의료 로봇/국방 로봇에 해당되는 것을 알 수 있다.
‘웨어러블 로봇’이란 로봇 액추에이팅 기술 및 센싱 기술이 적용된 기구부가 인체에 직·간접적으로 연결되어 인간의 근력을 보조하거나 증강하는 로봇을 의미하며, 그 중에서 근력보조란 노약자 장애인 등 일상생활을 수행함에 있어서 근력이 부족한 사람들을 위한 것이다.
근력보조가 필요한 일상생활로는 앉기/서기(STS, Sit-to-Stand)동작, 칫솔질, 계단 보행 등이 있으며, 근력증강은 산업현장에서 무거운 것을 옮기는 작업을 하는 경우나, 군사작전에서 장거리 고속행군을 하는 경우 등 일반적인 인력보다 큰 근력이 필요로 할 때 근력을 증강시키는 것을 의미한다.
여기에서 구분되어야 할 것은 ‘웨어러블 로봇’과 ‘웨어러블 기기’이다. 요즘 뜨거운 이슈가 되고 있는 ‘웨어러블 기기’ 또는 장치의 대표적인 것은 스마트 워치나 구글글래스 등이며 이외에도 인간의 몸에 부착되어 IT 기능을 가지는 장치 등을 포함한다.
이에 반하여 웨어러블 로봇은 그림 1 과 같이 사람의 외골격계에 직접 장착되어 사람의 의지를 파악하여 작동하는 일종의 외골격(Exoskeleton) 기계이다.
또한 웨어러블 로봇은 사용자의 움직임을 취득하고, 별도의 로봇이 증강된 힘을 출력하는 구조의 로봇이 사용자를 보호한다는 의미를 가지고 있다.
그렇다면 이런 웨어러블 로봇을 개발하게 된 배경은 무엇일까? 일단 근력보조 웨어러블 로봇부터 생각해 보자.
현재 인류는 전 세계적으로 인구 고령화 문제가 사회적 이슈( 그림 2 참조)로 대두되고 있으며 특히, 고령자의 삶의 질을 향상시키기 위해서 로봇기술의 사회적 기대가 커지고 있다.
노약자의 삶에 질을 향상시키는 데 가장 큰 영향을 미칠 것으로 이동성(Mobility) 관련 기술이 기대를 받고 있다.
이에 따라 로봇기술이 적용된 지능형 휠체어와 웨어러블 로봇이 필요성이 생겨나기 시작했다.
또한 뇌졸중 등의 편마비 환자들의 경우에도 정상적인 생활에 대한 욕구에 따라 웨어러블 로봇 기술을 필요로 하고 있는데 병에 걸리기 전 오른손잡이인 사람이 편마비가 오른쪽으로 온 후에도 오른손으로 일상생활 작업을 수행하려는 욕구가 있고 여기에 대한 해결방안으로 웨어러블 로봇 기술이 긍정적인 반응을 얻고 있다.
이러한 니즈를 반영하여 국외에서 개발되었거나 개발하는 근력보조용 웨어러블 로봇은 보행을 보조하는 것에 집중하여 개발되고 있다.
Ekso Bionics社의 Ekso의 경우 두 개의 지팡이와 웨어러블 로봇을 통하여 사용자가 보행이 가능하게 하는 시스템이며, AlterG社의 AlterG Bionic Leg는 무릎 1자유도를 보조하는 로봇으로서, 하반신 전체를 감싸는 웨어러블 로봇이 아니어도 사업화가 가능하다는 것을 보여주는 대표적인 사례이다.
실제로 하반신 전체에 대한 근력보조가 아닌 무릎에만 집중한 포지셔닝으로 시장에서도 좋은 반응을 얻고 있다.
이외에도 국내의 많은 연구기관, 대학에서도 이러한 보행 보조 또는 노약자/장애인이 일상생활을 하는 데 근력을 보조하는 연구들이 활발하게 이루어지고 있으며 국내 제품으로는 피엔에스미캐닉스에서는 2010년에는 보행재활용로봇인 ‘Walkbot’을 출시하였으며, 2012년에는 어린이용 ‘Walkbot_K’를 출시하였고, 현재 4곳의 병원에서 시범 도입되었다.
헥사시스템즈는 하지보행보조기기 WA20, 무릎 관절용 전동식 재활의료 로봇인 KR40P, 상지재활운동로봇인 UR10 등 다양한 재활로봇을 개발하였다.
하지만 미국에서는 근력보조용 웨어러블 로봇을 남에게 보이는 것에 대해 거부감이 없으며 오히려 자랑하는 경향이 있는 반면에 국내에서는 거부감이 심하기 때문에 도입에 어려움이 있는 것 또한 현실이다.
근력보조 웨어러블 로봇과는 달리 근력증강 웨어러블 로봇은 노약자/장애인이 대상이 아니라 특정한 임무를 수행하는 사람을 대상으로 개발되었다.
물론 원천적인 기술은 유사하나 목적이 다른 만큼 차이가 있다.
근력증강 웨어러블 로봇은 실제 산업현장에서 무거운 물체를 조작하거나 이동시킴에 있어서 별도의 설치물 또는 기계 장치를 사용하는 것보다 근력증강 웨어러블 로봇을 작업자가 착용함으로써 간편하고 유연성 있는 작업을 수행할 수 있다.
때문에 작업자의 근골격계 질환의 위험을 낮출 뿐 아니라 작업의 능률에도 상당한 효과가 있다.
산업현장이 아니 군사적 목적으로도 이러한 근력증강 웨어러블 로봇의 니즈는 상당히 크다.
사실, 현재 연구개발의 목적은 전자보다는 후자에 더욱 가까우며 실제로 개발된 사례 역시 군사용이 대부분이다.
군사적 목적의 웨어러블 로봇은 단가에 있어서 큰 제한을 받지 않기 때문에 다양한 접근이 시도되고 있으며 군인이 착용하였을 때 이동속도 증대와 많은 군사적 목적의 장비를 지닐 수 있게 되어 작전수행능력의 확대가 가능하다는 큰 장점이 있다.
근력증강(군사 목적)의 웨어러블 로봇은 미국의 주도로 진행되고 있으며, Lockheed Martin社의 HULC의 경우에는 바위 사이를 뛰어 달리는 동작에서 강점을 보이는 등 실용화에 상당히 접근해 있다.
뿐만 아니라 휴대성, 단독 착용, 전면 및 후면 장비 적재 등 실제현장에서 필요로 하는 요소들을 지속적으로 개발되고 있는 상황이다.
Raytheon Sarcos의 Big Arm은 웨어러블 로봇을 통해서 사용자의 의도를 감지하고 별도의 고출력 팔을 통해서 작업을 하는 개념의 웨어러블 로봇이며, 이는 작업을 수행하는 팔과 명령을 취득하는 팔이 분리되어 있기 때문에 착용자를 보호한다는 특징을 가지고 있다.
그러나 기 확보된 성능으로 근력증강을 목적으로 하는 로봇의 이득을 위해서는 반드시 사용자의 안전이 확실하게 보장되어야 한다는 전제가 있어야 한다.
이는 근력증강 웨어러블 로봇에만 국한되는 것이 아니라 근력보조 웨어러블 로봇의 가장 중요한 전제조건이기도 하다.
이렇듯 실제의 사용자의 니즈에 의해 개발되기 시작한 웨어러블 로봇은 현재까지 개발된 로봇 시스템 중에서 청소 로봇, 수술용 로봇에 이어서 확산될 가능성이 가장 높은 플랫폼이라고 생각한다.
하지만 이러한 웨어러블 로봇이 확산되려면 아직 해결해야 할 과제가 남아 있다.
웨어러블 로봇이 포함되어 있는 전문서비스용 로봇 분야의 국내 로봇기업은 2013년 기준 59개 사로 전체 로봇산업의 약 14.67%를 차지하고 있으며 전문서비스용 로봇기업의 대부분이 중소기업이며 수출현황은 전체 로봇기업 수출액 중 0.2%, 18억 원이며 부품 및 부분품, 제조업용 로봇, 개인서비스용 로봇 순서이다.
전문서비스용 로봇 분야 인력에 가장 많은 비중을 차지하고 있는 분야는 연구직 40.7%(410명)이다. 이는 로봇산업의 연구직 비율(26.3%)보다 약 50% 정도 높은 비율이다.
국내의 반도체, 이동통신 등 전기, 전자 산업과 자동차, 금속, 기계 제조업 등 로봇산업에 적용할 수 있는 산업인프라가 형성되어 있다.
또한 국내 로봇산업기술개발에 대한 정부의 정책, 재정지원 등의 노력으로 로봇산업선진국들과의 기술격차가 좁혀지고 있으며, 로봇산업에 바로 적용이 가능한 세계 수준의 금속, 금형, 주조 분야 기술이 확보되어 있다는 점은 향후 국내의 전문서비스용 로봇 중에서 웨어러블 로봇의 개발이 촉진될 수 있는 요인이다.
하지만 미국, 일본 및 유럽 등 로봇산업 선진국들의 표준·인증선점으로 핵심기술 및 부품에 대한 해외 의존도가 심화되고 있다.
또한 로봇 하드웨어 분야에서는 다양한 연구개발 성과가 나타나고 있으나 로봇 소프트웨어 분야에서는 그 중요성에 비추어 산업자체의 활성화는 미진한 상황이며, 웨어러블 로봇의 핵심기술 분야인 모터, 센서, 액추에이터 등에서 미국, 일본 등 로봇 산업 선진국과의 기술수준의 차이가 여전히 존재하고 있다.
게다가 중소기업 중심인 국내 웨어러블 로봇산업 분야에서 관련 기술력을 축척할 인력과 자본이 부족한 것이 저해 요인으로 남아있다.
현재 적극적인 정부 지원 하에 기술집약적인 중소기업 위주로 아직 시장 초기단계에 진입해 있지만 향후 폭발적인 관련 시장 성장이 예상되는 만큼 웨어러블 로봇 분야에 대한 적극적인 연구개발 및 관련 부품에 대한 원천적인 기술 확보가 가장 시급한 상황이다.
웨어러블 로봇은 실제 사용자가 착용하여 근력증강이나 근력보조를 얻기 위한 로봇 시스템이며 실제 사용자가 착용하는 것이기 때문에 이 기술을 적용하기 위해서 추가적인 환경 조작 등이 필요하지 않다는 이점으로 시장 확산에 많은 장점이 있다.
하지만 사용자가 인간인 동시에 직접 착용하는 만큼 웨어러블 로봇의 안전성을 확보하고 검증하기 위한 제도가 필요하다고 생각한다.
또한 모든 과학기술에는 긍정적인 효과와 부정적인 효과가 존재한다.
웨어러블 로봇 역시 노약자/장애인의 일상생활을 돕기 위해 시작된 근력보조 기술과 산업현장에서 작업자의 근골격계질환 등의 위험을 감소하기 위해 시작된 기술이지만, 최근 군사용으로 활발하게 개발되는 상황은 기술 발전 측면에서는 긍정적이지만 동시에 부작용이 발생할 수 있다는 점에서 항상 경계해야 할 것이다.
< 참고문헌 >
1. http://www.hexarsystems.com/
2. http://www.dailymail.co.uk/news/article-2718969/Superageing-planet-By-2030-20-people-65-34-countries-world.html
3. http://www.lockheedmartin.com/us/products/hulc.html
4. http://www.eksobionics.com/ekso
5. http://www.alterg.com/products/bionic-leg/consumer#content