기계연, 세계 최고 수준 발목형 로봇의족 개발

해운대백병원과 발목절단 환자 임상착수 … 상용화 눈 앞

한국기계연구원(이하 기계연, 원장 박천홍)은 무릎 아래가 절단된 환자의 보행을 돕는 ‘발목형 로봇의족’을 개발했다. 발목의 움직임을 세계 최고 수준으로 자연스럽게 모사하면서 무게는 가장 가볍고, 가격은 시중 제품의 1/5까지 낮췄다.

기계연 대구융합기술연구센터 의료지원로봇연구실은 고유의 ‘경량 고출력 통합구동모듈*’ 기술을 이용하여 무게는 실제 발목과 비슷할 정도로 가벼우면서도 발목이 바닥을 차는 힘은 세계 최고 수준까지 구현한 로봇의족을 개발했다.

발목 관절을 30°까지 움직일 수 있고 토크 출력**은 150 Nm 으로 실제 걸을 때와 같이 발로 땅 바닥을 차주는 반동을 그대로 구현할 수 있다. 무게는 1.4 ㎏으로 실제 발목의 무게와 유사한 수준이다. 세계 최고 기술력을 갖춘 것으로 평가받는 미국 BIONX사의 ‘BioM’ 모델 경우 출력은 150 Nm으로 같지만 무게는 1.8 ㎏ 이다.

이번 연구는 한국기계연구원 주요사업 ‘하지절단 환자를 위한 발목형 로봇의족 개발’과제의 지원을 받아 수행됐으며 국내 특허등록 및 미국 특허출원을 마쳤다. 로봇의족의 핵심기술인 모터 설계와 관련해 중소기업 기술이전에 성공했으며 현재는 해운대백병원과 하지절단 환자를 대상으로 상용화를 위한 임상시험을 진행하고 있다.

연구팀은 환자의 보행동작을 정밀하게 분석하기 위해 3D 모션캡쳐 시스템과 지면반력측정기 등 다양한 측정 시스템을 이용했다. 이를 바탕으로 개인별로 최적화된 맞춤형 보행모델을 개발했다.

로봇의족은 개인별 보행모델에 따라 착용자의 보행속도와 지면의 경사도를 순간적으로 측정하고 출력 토크를 조정해 자연스러운 보행을 하도록 돕는다. 실제 지난 2016년부터 해운대백병원과 협력을 통해 발목절단 환자를 대상으로 시작품 착용실험을 진행하고 있다.

가격경쟁력을 확보한 만큼 국내 시장 및 해외 시장 진출도 준비하고 있다. 연구팀은 핵심 기술을 자체개발함으로써 로봇의족 1대당 판매가를 1,500만 원까지 낮췄다. 현재 해외에서 판매되는 제품은 1대당 가격이 8,000만 원 수준이다. 가격이 고가일 뿐만 아니라 의족에 적용할 보행모델을 개발하기 위해서는 환자가 미국 현지에 3개월 이상 체류해야 하는 등 사실상 구입이 어려운 실정이었다.

로봇의족이 상용화 되면 국내 하지 절단 환자의 재활을 도울 수 있을 뿐 아니라 세계로봇의족 시장에도 진출 가능할 전망이다. 한국산업마케팅연구소의 2016년 분석에 따르면 세계 로봇의족의 시장 규모는 10조 원, 국내 시장 규모는 254억 원에 달할 것으로 추정되고 있다.

우현수 책임연구원은 “지금까지 로봇의족을 쓰고 싶어도 너무 비싼 가격 때문에 엄두를 내지 못했던 국내 환자들의 재활에 큰 도움이 될 수 있을 것”이라며 “특히 로봇기술은 제조 및 재난구조 로봇의 하지 개발에, 보행모델 분석기술은 일반 환자의 근력 보조기나 웨어러블 로봇의 동작 제어에도 활용할 수 있는 원천 기술”이라고 말했다.