제3회 사이배슬론에 참가하는 김승환 연구원이 워크온슈트F1을 착용하고 있다. [KAIST 제공]

“하반신 완전마비 장애인이 휠체어에서 내릴 필요없이 로봇이 직접 걸어와 타인의 도움없이 바로 착용하고 걸었습니다.”

KAIST와 엔젤로보틱스 연구진이 하반신마비 장애인용 웨어러블 로봇의 새로운 버전, 워크온슈트 F1을 공개했다. 워크온슈트는 공경철(작은 사진) KAIST 기계공학과 교수(엔젤로보틱스 의장) 연구팀이 2015년부터 지속적으로 연구해 온 하반신마비 장애인을 위한 웨어러블 로봇이다. 이 로봇은 하반신마비 중에서도 중증도가 가장 높은 ASIA-A(완전마비)레벨을 대상으로 한다. 현재 ㈜엔젤로보틱스의 상용화를 통해 전국적으로 보급되고 있는 재활치료 및 근력 보조 웨어러블 로봇과는 개발 목적이 다르다.

연구팀은 2016년 워크온슈트1을 처음으로 발표한 이후, 2020년 워크온슈트4를 발표하면서 보행속도를 시속 3.2㎞까지 끌어올려 비장애인의 정상 보행속도를 달성한 바 있다. 이외에도 일상생활에서 마주할 수 있는 좁은 통로, 문, 계단 등의 장애물을 통과하는 기능을 선보였다.

하지만 로봇을 착용하기 위해 타인의 도움이 반드시 필요하다는 모든 웨어러블 로봇이 가진 본질적인 문제를 똑같이 갖고 있었다. 로봇을 입고 나면 타인의 도움 없이 걸을 수 있는데, 로봇을 입기 위해 누군가의 도움이 필요한 것이다.

이번에 새로 공개한 워크온슈트 F1은 이런 본질적인 문제에 대한 기술적인 해결 방안을 제시했다. 휠체어에서 내리지 않고 타인의 도움 없이 로봇을 바로 착용할 수 있도록 후면 착용 방식이 아닌, 전면 착용 방식을 적용했다. 또 로봇을 착용하기 전에는 마치 휴머노이드처럼 스스로 걸어와 착용자에게 다가온다. 무게중심을 능동적으로 제어하는 기능을 적용해서, 착용자가 로봇을 잘못 밀더라도 넘어지지 않고 균형을 유지하는 기능도 구현됐다. 휴머노이드와 웨어러블 로봇을 넘나드는 워크온슈트 F1의 디자인은 KAIST 산업디자인학과 박현준 교수가 맡았다.

웨어러블 로봇 본연의 기능도 대폭 개선됐다. 직립 상태에서는 두 손을 자유롭게 사용할 수 있는 것은 물론이고, 지팡이 없이 수 걸음을 걸을 수 있도록 균형 제어 성능이 향상됐다.

부품 단위에서의 기술 발전도 주목할 만하다. 엔젤로보틱스와의 긴밀한 협업으로 로봇 핵심부품인 모터와 감속기, 모터드라이버, 메인 회로 등을 전부 국산화했으며, 모터와 감속기 모듈의 출력밀도는 기존 연구팀의 기술에 비해 약 2배(무게당 파워 기준), 모터드라이버의 제어 성능은 해외 최고 기술 대비 약 3배(주파수 응답속도 기준) 향상됐다.

특히 고가의 상위제어기를 사용하지 않아도 고급 모션제어 알고리즘을 안정적으로 구현할 수 있도록 모터드라이버의 임베디드 소프트웨어 기술이 대폭 향상됐다. 이외에도 장애물 감지를 위한 비전, 인공지능 적용을 위한 AI보드 등이 탑재됐다.

공경철 교수는 “워크온슈트는 장애인을 위한 웨어러블 로봇 기술의 결정체”라면서 “워크온슈트에서 파생된 수많은 부품, 제어, 모듈 기술이 웨어러블 로봇 산업 전체의 표준을 제시하고 있다”고 했다.

공 교수 연구팀은 워크온슈트F1을 공개하면서, 4년 만에 열리는 장애극복 사이보그 올림픽 ‘제3회 사이배슬론’에 출전한다. 이번 대회는 박정수 연구원을 주장으로, 김승환 연구원(완전마비 장애인)이 선수로 참가한다.

구본혁 기자