[4차산업 로봇㉓] “웨어러블 로봇”… 미래전망과 기술적 지원

[디지털비즈온 김맹근 기자] 산업현장 근로자 작업지원분야 웨어러블 로봇의 대중화는 산업현장 근로자의 근골격계 질환은 앞으로도 꾸준히 증가할 것으로 보이며, 이에 제조/건설 분야를 중심으로 산업용 웨어러블 로봇의 수요가 지속적으로 증가할 것으로 예측된다. 이러한 수요 증가는 궁극적으로 근로자 작업지원용 웨어러블 로봇의 단순화, 경량화, 저가화, 보조부위 확대 등의 기술 발전, 재활치료/군사/스포츠/레저 등 타 분야로의 기술 보급 및 확장, 나아가 근로자 작업지원용 웨어러블 로봇의 대중화에 크게 기여할 것으로 예상된다.

한국산업안전공단이 발표한 근골격계 질환 발생 빈도가 높은 취약 직종은 물류·유통종사자, 환경미화원, 간호사 및 요양보호사(간병근로자) 등이며, 해당 직군 종사자는 극한/반복작업에 일상적으로 노출되기에 우선적으로 웨어러블 로봇의 대상 직업군이 될 수 있다. 특히, 물류유통종사자의 경우 유통산업의 발전과 택배업, 홈쇼핑의 활성화로 그 수가 크게 증가하고 있으며, 시설 규모, 취급 물량, 소요 인원이 늘어나고 있어 관련업에 종사하는 근로자에 대한 안전보건관리가 중요한 이슈가 되고 있다.

저렴하고 가벼운 웨어러블 로봇 개발 가속화는 산업현장 및 일상생활 분야에서 소프트 웨어러블 로봇 관심 증가하고 있다. 외골격 형태의 로봇은 무겁고 딱딱하여 착용자의 자연스러운 움직임을 방해하고, 동력이 끊긴 경우에는 오히려 부담으로 작용하는 경우가 많다.

또한, 착용 후 피로감이 많아 활발한 신체활동이 필요한 산업현장이나 일상생활 분야에 적용하는데 한계가 있다. 산업현장 및 일상생활에서 착용하기 적합한 소프트 웨어러블 로봇이 많이 개발되고 있으며 이러한 개발 방향은 가속화 될 것으로 보인다.

옷감근육 및 이를 활용한 근육 옷의 등장은 작업복처럼 옷을 입는 것만으로도 근력을 보조할 수 있는, 옷 자체가 근육이 되는 혁신적인 형태의 소프트 웨어러블 로봇이 등장할 것으로 예상된다. 경량, 유연, 손쉬운 착용, 저소음, 동력이 없는 상태에서도 착용자의 움직임을 방해하지 않는 등의 조건을 만족하는 혁신적인 근육 옷을 개발하여, 현재 웨어러블 로봇의 한계를 극복하고자 하는 움직임이 활발하다. 옷 자체가 근육이 되는 근육 옷을 실현하기 위해서는 새로운 형태의 구동기가 필요하며, 스스로 힘을 내는 옷감(옷감 근육)의 개발이 선행되어야 한다.

향후 웨어러블 로봇 R&D 방향은 경량화 & 저가화로 웨어러블 로봇 대중화의 한계인 비싼 가격, 무겁고 복잡한 시스템, 불편한 착용감 등을 극복하고 저렴한 가격, 가볍고 단순한 시스템, 편안한 착용감을 갖는 단순/경량의 웨어러블 로봇을 개발하는 방향으로 제품 개발이 진행될 것으로 보인다.

부위별 보조는 어렵고 복잡한 전신 보조 또는 많은 자유도로 신체의 여러 부위를 보조하기 위한 소재, 배터리, 제어부분의 연구도 활발히 진행되는 한편, 상용화 측면에서는 현재의 기술수준으로 특정 관절이라도 실질적으로 도움을 줄 수 있는 방향으로 개발될 것으로 예상된다.

특히, 1인 작업보조 목적으로는 가볍고 저렴하게 만들기 위해 딱딱한 프레임의 비중을 줄이고 부드러운 재질을 갖는 단순한 구조로 어깨, 허리, 무릎, 발목 등 특정 부위만 효과적으로 보조할 수 있는 웨어러블 로봇이 개발될 것이다.

새로운 구동 메커니즘은 물류·유통 작업 등에서는 팔, 어깨, 허리 등을 복합적으로 보조해야 할 필요성이 있으나 모터와 같은 전통적인 구동기만으로는 무게를 줄이고 가격을 낮추는데 한계가 있기 때문에 가볍고 저렴한 혁신적 구동기가 개발되기 전까지는 보조부위를 한정하여 구동기를 최소화하거나 수동형 메커니즘을 활용하는 방향으로 개발이 진행될 것으로 예상된다.

결과적으로 웨어러블 로봇 관련 핵심부품 개발 지원 필요하다. 웨어러블 로봇에 특화되어 사용할 수 있는 핵심부품이 별도로 개발되어야 한다. 웨어러블 로봇은 구동기, 센서, 골격 메커니즘, 제어시스템으로 구성되며, 추가적으로 인체와 로봇을 결합시키는 결착구조가 필요함. 인간의 몸과 직접 결합되는 로봇인 만큼 경량화가 필수적이다.

웨어러블 로봇의 저가화, 경량화에 적합한 차별화된 경량 모터/감속기, 구동기 등을 개발하기 위한 연구 필요하다. 모터, 유압, 공압 등 기존 구동기를 활용해 개발된 웨어러블 로봇의 경우 무겁고 딱딱하며, 소음이 발생하고, 고가이며 가동범위를 제한하거나 착용이 불편한 경우가 많아 웨어러블 로봇 본연의 목적에 부합하지 못하고 있음. 소프트타입의 인공근육, 옷감근육, 또는 이를 활용한 근육 옷 등에 대한 정부차원의 개발 지원이 반드시 필요하다

소프트 구동기 및 로봇슈트 관련 원천기술 확보 및 국내외 초기 시장 선점을 위하여, 기존 하드타입 소재부품에 대한 개발 지원뿐만 아니라 유연한 구동 및 선형 수축이 가능한 소프트 타입에 대한 지원도 함께 이루어져야 한다.