발목 마비 온 뇌졸중 환자 '뚜벅뚜벅'…바지 속엔 0.6㎏ 초경량 로봇

한국생산기술연구원 연구진이 발목에 착용할 수 있는 0.6㎏ 보행 보조로봇, 어깨에 메는 1.9㎏ 공압백팩을 개발했다. 백팩에서 만들어진 고압의 공기가 튜브를 거쳐 로봇에 전달되는 원리다. 실제로 서울대병원 환자가 보행 보조로봇을 착용하고 정상적으로 걷는 데 성공했다. 영상은 이해를 돕기 위해 생산기술연구원 연구진이 직접 보행 보조로봇을 착용하고 걷는 모습. 2배속 영상. / 영상=한국생산기술연구원

뇌졸중 후유증으로 족하수(足下垂)를 겪는 국내 환자가 초경량 보행 보조로봇을 착용하고 걷는 데 성공했다. 족하수는 발을 발등 방향으로 젖히지 못하는 질환이다. 발가락이 아래로 처져 걸을 때 발이 땅에 끌리는 상태로, 일반적인 사람보다 발을 더 높이 올려야 걸을 수 있다.

24일 한국생산기술연구원(생기원)에 따르면, 안범모 인공지능·로봇연구부문 수석연구원 연구팀은 착용형 보행 보조로봇 'ASSIST'를 개발했다. 카이스트(KAIST·한국과학기술원)와 서울대병원이 공동 연구한 결과다.


ASSIST는 발목에 착용하는 0.6㎏ 보행 보조로봇, 어깨에 메는 1.9㎏ 공압백팩으로 구성된다. 백팩에서 만들어진 고압의 공기가 튜브를 거쳐 로봇에 전달되는 원리다. 이를 통해 환자가 기계적 힘을 받아 걸을 수 있다.

뇌졸중 후유증으로 족하수(足下垂, Foot Drop)를 겪는 환자들이 많다. 족하수는 발을 발등 방향으로 젖히지 못하는 질환이다. 발가락이 아래로 처져 걸을 때 발이 땅에 끌리는 상태로, 일반적인 사람보다 발을 더 높이 올려야 걸을 수 있다. 그림으로 볼 때 왼발이 족하수, 오른발이 정상이다. 국내 연구진은 초경량 보행 보조로봇을 개발해 서울대병원 환자 보행을 도왔다. / 사진=미국 메이요 클리닉(Mayo Clinic)

이와 비슷한 기술로는 미국 하버드대 연구팀이 출시한 3.8㎏ 보행 보조로봇 엑소 슈트(Exo Suit)가 있다. 국내 연구팀 로봇 보단 다소 무겁다. 이 밖에도 전 세계 공학자들은 다양한 착용형 보조로봇을 개발 중이다. 하지만 동력을 생성하는 동력 발생기와 로봇이 무겁고 이를 작동할 때 소음이 큰 한계가 있었다. 생기원 연구팀은 무게와 소음, 부피를 대폭 줄였다. 특히 옷 안에 착용해 외부에 드러나지 않는다.

이 기술은 국내 최고 전문가들이 의기투합해 만들어냈다. 안범모 생기원 수석연구원 연구팀은 공압펌프, 제어기, 배터리로 구성된 공압백팩 무게를 줄였다. 특히 탄소섬유 소재로 발판을 만들어 보조로봇 무게를 0.6㎏으로 대폭 줄였다. 또 발목 고정부를 환자가 조력자의 도움 없이 신고 벗도록 만들었다.


김정 카이스트 기계공학과 교수 연구팀은 공압백팩과 지면반력(지면에 힘을 가했을 때 반작용력) 센서의 원천기술을 개발했다. 또 시제품을 만들었다. 이동연 서울대병원 교수 연구팀은 뇌졸중 환자 중 족하수를 겪는 환자를 대상으로 임상평가를 진행했다.

한국생산기술연구원은 초경량 보행 보조로봇을 개발했다. 특히 발목 고정부를 환자가 조력자의 도움 없이도 신고 벗도록 만들었다. 2배속 영상. / 영상=한국생산기술연구원

임상 결과, 환자는 ASSIST 착용 후 보행할 때 최대 30도까지 발목 관절을 들어 올릴 수 있었다. 이와 함께 좌우 걸음 비대칭 각도가 최대 5도 미만으로 교정되는 결과를 얻었다.

질병관리청이 발행하는 '주간 건강과 질병'에 따르면, 뇌졸중 환자 71%는 치료 후에도 보행에 불편을 겪는다. 뇌졸중은 뇌 일부에 혈액 공급 혈관이 막히거나 터져 그 부분의 뇌가 손상돼 나타나는 신경 질환이다.

안범모 수석연구원은 "최근 보행 보조로봇이 고령화 시대의 블루오션 기술로 꼽히지만, 각종 부가 장치와 부피 문제로 사용자의 부담이 크다"며 "소형 공압백팩과 탄소섬유 소재를 활용한 경량화 기술 등으로 옷 안에 착용할 수 있는 보조로봇을 개발할 수 있었다"고 강조했다.

연구팀은 현재 고성능 모터 구동기를 활용한 보행 보조로봇을 개발 중이다. 향후 관련 기술을 기업에 이전해 상용화를 추진할 예정이다.

한국생산기술연구원이 개발한 보행 보조로봇은 신발 안에 착용할 수 있다. / 사진=한국생산기술연구원