보건의료 대표 뉴스 - 자매지 일간보사
의학신문
상단여백
HOME 기획연재 특별기고
웨어러블 재활로봇의 현황 및 미래 가치

김규석 한국의료기기산업협회

4차산업특별위 로봇분과 자문위원

[의학신문·일간보사=이상만 기자] 웨어러블 로봇은 의료, 국방, 재난구조 분야 등에서 기대되는 필요성 때문에 지속적인 연구개발이 이루어져 왔다. 특히 의료분야에서의 웨어러블 로봇에 대한 수요 및 시장규모는 그 성장 속도가 매우 급격하고 광범위해지고 있다.

웨어러블 재활로봇의 선도적 연구기관들은 로봇의 적용 범위를 척수마비 및 뇌졸중 대상자에서 뇌성마비, 다발성 경화증, 파킨슨병, 근감소증 등으로 확대하는 추세다. 신체장애를 가진 장애인 외에 고령화로 인한 초고령층을 대상으로 하는 로봇의 수요는 퇴행성 근골격계 문제를 의료적 수술 외에 웨어러블 로봇이 그 대안이 될 수 있다.

이미 미래 스마트 에이징 기술에서 근력지원 로봇은 한국과학기술기획평가원에서 10년 내 인구 고령화에 대응하기 위한 10대 유망기술로 발표하였다. 고령 노인 뿐만 아니라 사회적 약자(장애인 포함)의 신체적 문제 또한 해결함으로써 그들의 삶의 질을 획기적으로 개선할 획기적인 기술이라 할 수 있겠다.

4차 산업혁명 기반 기술로서의 웨어러블 로봇은 사용자의 높은 기대수준에 부합하기 위해 타 분야와의 기술 융합이 활발히 시도되고 있으며, 기술 융합에 따른 타 분야의 시너지 효과도 기대된다.

특히 의료 부분에 있어서 3D 프린팅 및 인공지능(AI), 가상현실(VR) 기술과의 융합은 웨어러블 로봇에 대한 다양한 요구를 실현해 줄 수 있으며, 융합기술에 의한 산업적 파급효과도 기대할 수 있다. 하지만 아직 웨어러블 로봇은 대상자 인체를 완벽하게 재현하지 못한다. 기존의 웨어러블 로봇은 제작된 부품을 대상자에게 맞게 수정하는 방식을 사용함으로써 인체에 정확하게 맞추기 어렵고, 수작업을 통한 제작방식은 작업시간과 비용을 크게 올리며, 제작자의 숙련도에 의한 품질 격차가 상당하다. 현재의 이런 장애 요인들이 웨어러블 로봇의 임상 적용에 걸림돌로 작용한다.

그러나 현재 활발히 연구 개발되고 있는 인체 맞춤기술에 따라 향후 웨어러블 로봇의 성능 및 활용이 극대화될 수 있다. 인체 3D 스캐닝 및 3D 프린터 기술은 웨어러블 로봇 제작에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.

재활치료에서는 대상자 개인별로 임상 양상이 다양하고 이에 따른 장기간의 복잡한 치료 프로세스가 요구된다. 또 치료의 연속성은 후유장애의 예후가 결정될 수 있는 매우 중요한 요인이다. 따라서 치료 단계별로 연속적인 상태 진단과 이에 부합되는 정밀 치료와 맞춤형 재활훈련이 수반되어야 한다. 하지만 지금까지의 로봇을 활용한 재활치료는 물리치료사의 도수치료 역할을 대신하는 수준으로, 고가의 로봇 가격과 정교한 장비 사용에 대한 어려움 탓에 활용 및 기대효과가 낮은 것이 사실이다.

이에 대한 해결방안으로 인공지능 기술을 활용할 수 있다. 아직 웨어러블 재활로봇에 인공지능 기술이 구축되어 있지 않아 개인별 상태 진단 및 치료 단계별 평가를 통한 맞춤형 치료를 제공하지는 못하고 있다. 인공지능 기술은 방대한 전자의무기록(EMR) 및 재활치료 빅데이터를 기반으로 재활로봇을 초지능화함으로써 정밀 진단 및 정량적 치료를 가능하게 한다. 이로 인해 재활치료의 기간은 줄이고 효과는 획기적으로 향상하는 역할을 기대할 수 있다.

웨어러블 로봇에 의한 근력보조 또는 재활과정은 로봇을 활용하여도 매우 지루하고 고통스러운 과정을 반복적으로 수행하여야 한다. 가상현실(VR) 또는 혼합현실(MR) 기술은 이러한 힘든 과정을 도울 수 있는 또 다른 방안으로 연구되고 있다. 몰입도를 높인 게임적 요소와 공간 제약이 없고 현실감을 높인 가상현실 기반의 훈련은 치료가 아닌 즐기는 과정으로 인식됨에 따라 높은 동기부여와 자발적 참여를 끌어낼 수 있어 웨어러블 로봇을 이용한 재활훈련법으로의 성과가 기대된다.

지금까지 개발된 웨어러블 로봇은 인체 보행보조와 뇌졸중 재활치료에 주로 사용되고 있다. 대표적인 예로 마비환자용 웨어러블 로봇인 ReWalk(Argo Medical Technology, 이스라엘)과 뇌졸중 환자의 보행재활치료를 위한 설치형 보행로봇인 Lokomat(Hocoma, 스위스) 등이 있다. 국내에서는 핵사시스템즈, SG로보틱스, 현대차 등이 장애인 및 노인을 위한 웨어러블 보행로봇을 상용화하여 판매 중이거나 추진 중에 있다. 하지만 환자의 보행의도와 뇌에 의한 자발적 동작의도가 충분히 반영되지 않은 강제적 구동형태로는 웨어러블 로봇의 사용범위는 제한될 수밖에 없다. 웨어러블 로봇에 기대하는 다양한 요구사항을 만족시키기 위해서는 동작의도 센싱기술, 인간협응형 제어기술 및 고효율 구동장치 기술 등에 대한 지속적인 연구개발이 더욱 필요하다.

웨어러블 로봇은 특히 사용자의 까다로운 요구사항을 세심하게 만족해야 한다. 착용이 쉽고 신체에 부담을 주지 않도록 가벼워야 하며, 인체에 맞춤과 같은 밀착성과 고정성을 갖추어야 한다. 또한 최소한의 도움이나 자가 착용이 가능해야 하며, 활동성을 위해 인체를 최소한 구속하여야 한다. 또 로봇 운용은 필요한 내구수명과 수리성 및 보관의 편의성이 확보되어야 하며, 정교한 로봇이지만 쉽게 사용할 수 있어야 한다.

위험요소에 대한 요구사항으로는 인체 관절과의 부조화에서의 이상 동작과 로봇 착용 시 낙상에 대한 상해 대응방안도 요구되고 있다. 반면 사용자는 웨어러블 로봇에 대한 까다로운 요구사항과 유용한 기능 등이 제공되어도 최종적으로 저렴한 가격의 로봇을 요구할 것이다. 사실 웨어러블 로봇에 대한 사용자의 기대수준은 현실과 비교하여 아직 상당한 격차가 있다.

웨어러블 로봇의 산업화를 위해서는 안전성 및 사용성 등에 대한 검증이 필요하다. 하지만 아직 이에 대한 국제적인 검증기준 및 시험법이 완전하게 구축되지 못하였다. 웨어러블 로봇에 관한 적용표준으로는 국제규격(ISO 13482)이 있으나, 개인지원 로봇의 안전성을 위한 검증 및 평가 표준은 개발이 진행 중이며, 로봇 형태별로 세분화하여 국제표준(ISO TC 299 WG 2)으로 개발하고 있다. 일본은 공업표준(JIS)에서 장착형 신체보조 로봇에 대한 안전요구조건 표준과 평가방법을 규정한 표준을 개발하여 이를 국제 표준화하려고 노력 중이다.

국내에서는 웨어러블 로봇의 성능평가 방법에 대한 표준으로 지능형 로봇표준포럼(KOROS)에서 개인지원 로봇의 안전에 관한 단체표준을 제시하고 있으나, 웨어러블 로봇에 대한 사용적합성 규격(IEC62366)에 대해 평가할 기반이 아직 국내에 없는 상황이다. 사실 웨어러블 로봇을 시험 평가하는 것 자체가 기술적으로 매우 어려운 일이며, 과다한 안전성과 사용성에 대한 요구가 규격으로 마련된다면 웨어러블 로봇산업 분야의 또 다른 규제 장벽으로 작용할 수 있으므로 신중한 접근이 필요하다.

현재 기술 수준과 제기된 문제들에도 불구하고 여전히 웨어러블 로봇은 앞으로 다가올 미래의 문제를 해결하는 중요한 방안으로 주목받고 있으며, 이에 대한 기대와 가능성에 국제적 관심이 매우 높다. 일본은 로봇혁명실현회의를 총리 직속으로 설치하고, 로봇 신전략 5개년 계획을 발표하여 기술 경쟁력을 바탕으로 개인용 서비스 로봇시장을 겨냥한 로봇산업을 육성하고 있다. EU는 ‘Horizon 2020’을 통해 로봇동반자(RoboCom) 프로젝트를 추진 중이며, 중국은 공업정보화부에서 경제개발 5개년 계획에 로봇집중육성계획을 발표하면서 로봇산업 중심으로 세계 제조업 허브로의 도약을 목표로 하고 있다. 우리나라도 로봇기반 의료기기산업에 선제적 진출을 목표로 규제를 완화하고 국가연구개발사업에 집중 투자하고 있다.

웨어러블 로봇은 인공지능에 의한 초지능성과 생체와의 초연결성을 통하여 인간에게 유용하고 효과적인 수단을 제공하는 기술로 거듭날 것으로 기대된다. 웨어러블 로봇에 의한 신체적 독립은 수동적인 삶을 능동적인 삶으로 변화시키고, 경제활동 참여를 통해 사회적 보호대상이 국가에 기여하도록 변화시킬 것이다. 이는 적극적인 사회문화 참여를 통하여 소외를 극복할 획기적 기술로 기대된다. 이로써 로봇기술은 인간의 삶의 질을 향상하는 혁신적 기술로 발전할 것임이 분명하다. 

이상만 기자  smlee@bosa.co.kr

<저작권자 © 의학신문, 무단 전재 및 재배포 금지>

이상만 기자의 다른기사 보기
기사 댓글 0
전체보기
첫번째 댓글을 남겨주세요.
여백
여백
포토뉴스
여백
여백
Back to Top