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[미리 체험하는 의료로봇]⑧불편한 어깨와 손 동작 돕는 재활로봇

2019년 05월 22일 09:35
이미지 확대하기다양한 재활로봇을 마련해두고 재활로봇을 연구 개발하거나 임상시험하고 있는 국립재활원 재활로봇짐의 모습. 국립재활원 제공
다양한 재활로봇을 마련해두고 재활로봇을 연구 개발하거나 임상시험하고 있는 국립재활원 재활로봇짐의 모습. 국립재활원 제공

몸이 불편한 환자의 치료를 돕는 재활로봇은 현재 국내에서 의료분야에서 가장 많이 활용되는 로봇 기술로 손꼽힌다. 1990년대 말 스위스의 로봇회사 호코마와 미국의 바이오닉스가 재활로봇을 내놓으면서 최근 국내에서도 다양한 용도의 재활로봇이 등장하고 있다. 로봇 종류가 다양해지면서 훨씬 효율적이거나 편리하게, 또는 저렴하게 재활치료를 받을 수 있다는 기대가감을 높이고 있다. 

 

국내에서 가장 활발한 연구가 이뤄지는 국립재활원이다. 이곳에는 로봇을 이용해 재활치료를 할 수 있는 로봇보조치료실, 다른 연구기관이나 학교, 기업 등과 로봇을 연구, 개발하거나 임상시험 할 수 있는 재활로봇 짐(gym·체육관)이 마련돼 있다. 

 

지난 15일 서울 강북구 인수동 국립재활원 나래관 2층에 있는 재활로봇짐에서 최근 상용화를 눈앞에 두고 있는 어깨재활로봇과 손재활로봇을 직접 만나봤다. 재활로봇짐에는 여러 다양한 재활 로봇과 의료장비들이 마치 피트니스센터처럼 놓여 있었다. 

 

세계 최초 어깨 특화 재활로봇

이미지 확대하기기자가 직접 어깨재활로봇에 팔을 넣고 어깨 운동을 해보고 있다.
기자가 직접 어깨재활로봇 '라파엘스마트숄더'에 팔을 넣고 어깨 운동을 해보고 있다.

국립재활원 연구팀은 박형순 KAIST 기계공학과 교수팀과 함께 2015년부터 3년간 편마비 환자를 위한 어깨 재활로봇 ‘라파엘스마트숄더’를 개발했다. 2017년 국내 재활로봇제조업체인 네오펙트와 함께 제품으로 만들어 의료기기 인허가를 받았고, 지난해에는 상용화를 눈앞에 두고 사용에 불편하거나 예상 못한 오류는 없는지 사용적합성테스트를 거쳐 제품을 개선했다. 

 

팔 운동을 돕는 재활로봇은 이미 시판돼 있다. 하지만 어깨 훈련에만 특화된 로봇은 라파엘스마트숄더가 최초다. 권순철 재활로봇중개연구사업단 기술연구팀장은 “기존 팔 운동 로봇들은 주로 손목과 팔꿈치를 굽혔다 폈다하는 동작을 반복하기 때문에 어깨 관절을 움직이기에 부자연스러울 수 있다“며 ”라파엘스마트숄더는 팔을 굽히고 펴거나 옆으로 돌리는 등 어깨를 움직일 때도 자연스럽게 로봇이 어깨관절 위치를 따라 움직일 수 있다“고 설명했다. 이렇게 자연스러운 동작을 할 수 있는 비결은 인체 동작에 적합하게 설정된 스프링댐퍼 시스템이다.

 

기존 재활로봇은 팔 관절의 움직임을 구현하기 위해 모터가 7개나 들어 있다. 만약 어깨 관절의 움직임만 구현하려면 모터가 서너 개 필요하다. 연구팀은 재활로봇의 핵심동작 구현을 위해 모터를 1개만 넣고, 나머지는 수동으로 움직이며 스프링댐퍼로 동작을 완충시키도록 로봇을 만들했다. 팔을 움직일 때 발생하는 힘을 흡수해 부드럽게 움직일 수 있는 셈이다. 
 

마비된 손으로 양치도 가능한 마법의 손 로봇

이미지 확대하기기자가 직접 손재활로봇 ′엑소 글러프 폴리′를 껴봤다. 조이스틱을 움직이면 로봇 안에 든 와이어가 당겨지거나 느슨해지면서 손이 자동적으로 쥐어지거나 펴진다.
기자가 직접 손재활로봇 '엑소 글러프 폴리'를 껴봤다. 조이스틱을 움직이면 로봇 안에 든 와이어가 당겨지거나 느슨해지면서 손이 자동적으로 쥐어지거나 펴진다.

조이스틱을 움직일 때마다 손이 스스로 쥐어지거나 펴졌다. 마치 ‘아이언맨’이 된 듯한 착각을 주는 이 유연한 로봇은 손 마비 환자의 재활 운동을 돕는 로봇 ‘엑소 글러브 폴리’다. 국립재활원과 조규진 서울대 인간중심 소프트로봇 기술연구센터장(기계공학과 교수)팀이 함께 2015~2017년에 개발하고, 상용화를 위해 네오펙트와 함께 의료기기 인허가를 받은 상태다.

 

개발 초기에는 천으로 만들어 정말 ‘장갑’ 같았다. 하지만 손으로 이것저것 다양한 물건을 만지면서 때가 쉽게 탄다는 문제가 있어, 다음 버전은 천처럼 부드럽게 움직이면서도 물로 씻을 수 있도록 실리콘으로 만들었다. 검지와 중지 끝에 손가락 모양 골무를 끼운 다음, 밴드를 당겨 손등과 손바닥에 감아 붙인다. 

 

이 로봇에는 모터도 관절도 없다. 얇은 실리콘으로 된 껍질 안에는 낚싯줄처럼 투명하고 얇은 와이어들이 손가락 부분에 각각 들어가 골무 안쪽 끝에서 휘어진 뒤 다시 손바닥으로 나와 이어져 있다. 조이스틱을 움직이면 제어장치에 든 모터가 와이어를 당기거나 느슨하게 풀면서 손을 쥐거나 펴게 한다. 로봇 자체에는 전자부품이 없어 부드럽고 가벼운 데다, 아무리 물을 묻혀도 고장 나지 않는다. 

 

이 로봇은 손 근육이 마비돼 손을 굽히거나 펴기 환자라도 장갑처럼 끼고 물건을 집거나 옮기거나, 심지어 스스로 이를 닦을 수 있다. 모터 등 전자부품이 아닌, 와이어만으로도 손을 움직일 수 있도록 만들어 의료기기 인허가까지 받은 로봇은 엑소 글러브 폴리가 최초다. 
 
권 기술연구팀장은 “현재 마지막 테스트를 거쳐 이르면 2020년에는 재활의료기기로 출시할 수 있도록 계획 중”이라며 “재활 치료용으로 개발했지만 궁극적인 목표는 손 마비 환자가 일상생활에서 손을 쉽게 사용할 수 있도록 돕는 것”이라고 밝혔다.

 

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