손이나 팔 일부를 잃은 절단 장애인에게 의수는 큰 힘이 되는 장치다. 하지만 국내 의수 시장 대부분은 미관용(美觀用) 제품이 대부분이다. 전자 의수는 손가락 하나에 1천만원 이상으로 비싼데다가 좋은 제품을 찾기는 더욱 쉽지 않았다.
만드로는 절단 장애인에게 새 희망을 줄 저비용 전자의수를 개발하는 국내 스타트업이다. 지난 9일부터 12일(현지시간)까지 미국 라스베이거스에서 열린 국내 최대 IT·가전 전시회 ‘CES 2024’에서 노인 및 접근성 부문 최고혁신상을 받았다.
9일에는 사티아 나델라 마이크로소프트(MS) 최고경영자(CEO)가 이곳 부스를 찾아 살펴보고 “매우 좋다(Very Good)”이라고 평가하기도 했다.
이상호 만드로 대표는 2015년 그와 동갑내기인 양손 절단장애인 친구의 3D 프린팅 의수 제작 문의를 받아 재능 기부로 프로젝트를 진행하기 시작했다. 그는 한 달 정도 시제품을 만들어서 기부해보겠다는 생각으로 프로젝트에 임했는데, 실제로는 제품이 필요한 이들이 생각보다 많다고 판단했고 본격적인 사업화에 돌입했다.
■ "저렴한 부분 손 절단장애 제품 없었다"
이 대표는 “기존 상용 제품군에는 유형별 제품이 일부 마련돼 있었으나 가격이 너무 비쌌고, 신규 스타트업 제품은 상대적으로 저렴하지만 일부 유형만을 대상으로 하기 때문에 다양한 장애에 대응하기 어려운 문제가 있었다”고 말했다.
대규모 투자를 받지 않고 연구·개발을 진행해온 지 10여년 만에 상지 절단장애인 대부분에 맞는 제품군을 갖췄다고 이 대표는 설명했다. 기존에 개발했던 마크 5(Mark 5)와 마크 7(Mark 7) 시리즈는 아래팔과 위팔 절단장애인을 위해 쓸 수 있는 다섯 손가락 의수다. 최근에 개발된 마크 7D(Mark 7D)는 부분손 절단장애인을 위한 손가락 단위 의수다.
만드로 의수의 가장 큰 장점이자 특징은 가격이다. 이 대표는 “이전까지는 손가락 하나에 1천만원 정도 했고, 맞춤 제작을 하면 비용이 추가로 필요해서 너무 비쌌다”며 “마크 7D는 손가락 하나에 약 50만원 수준으로 가격을 낮췄다”고 설명했다.
만드로가 저렴한 의수를 만들 수 있던 배경은 기술 내재화다. 초소형 모토와 감속기 등 구동계를 직접 만들고 설계했다. 이 대표는 CES 현장에서 만난 기자에게 제품 시연을 선보이면서 기계적 설계에 대해서도 자세히 소개했다.
■ "자체 모터 개발·2단 감속기 구조 설계"
마크 7은 브러시리스 직류 전동기와 마이크로 제어 보드, 2단 감속기를 탑재한 전자의수다. 특히 약 1~2kgf.cm의 손끝 힘을 얻기 위해서 감속비 약 2천 대 1이 필요한데, 지골 내 공간을 활용하기 위해 감속기를 2단계로 나눈 것이 특징이다.
이상호 대표는 “손가락 안에 들어가는 10mm 크기 정도의 작은 모터가 손가락 하나당 약 2kg 정도 악력을 낼 수 있으면서 1~2초 가량의 잡기 동작을 수행할 수 있어야 했다”며 “이를 위해 손가락 내장형 초소형 10mm BLDC 모터를 개발했다”고 설명했다.
이어 “모터는 띠 형태로 FPCB로 설계를 파라매트릭하게 하고 그냥 말기만 하면 상이 나눠져서 하나의 코일이 되는 그런 구조를 자체 개발했고, 자동화 설계가 가능한 소프트웨어도 함께 개발했다”고 덧붙였다.
그 다음 문제는 감속기였다. 1분에 약 3만 번 회전하는 빠른 모터에 비해 실제 손가락 속도는 느리기 때문에 적합한 감속 시스템이 필요했다. 이를 위해 이 대표는 적합한 감속기를 설계하고 3D 프린팅을 하면서 내구성 확보하기 위한 복합 구조를 도입했다.
첫 번째 감속기는 모터와 함께 조립돼 손끝과 몸쪽손가락뼈사이관절(PIP) 사이에 위치한다. 빠르고 낮게 힘을 축소해 두 번째 감속기로 전달한다. 두 번째 감속기는 특정 길이와 모양 요구에 따라 구성된다.
마크 7은 13개 관절을 갖췄으며 2.5kg에서 최대 8kg에 이르는 파지력을 지원한다. 무게는 성인용 기준 380g에 불과하다. 1개 손가락 모듈인 마크 7D 제품은 55g 수준까지 경량화했다. 3S1P 배터리팩을 탑재했다.
내구성 테스트에서도 강한 모습을 보였다. 이 대표는 “손가락 굽힙·펼침 반복 시험을 자체적으로 행한 결과 약 25만 회까지 충분한 내구성을 보였다”고 설명했다. 이 밖에도 손가락 직경은 10~12mm로, 길이는 12~25mm까지 다양화해 맞춤형 생산이 가능한 점도 특징이다.
■ "근전도 신호 적용 가능…세계 시장 공략할 것"
절단 분위 근육에서 발생하는 ‘근전도’ 신호를 이용할 수 있는 점도 특징이다. 만드로는 지난 2020년부터 약 4년 간 범부처전주기의료기기연구개발 사업에 참여해 ‘근전전동의수를 위한 손가락·손바닥 내장형 통합 구동시스템 개발’ 연구를 수행한 바 있다.
이 대표는 전자의수 기술을 휴머노이드 로봇에 활용할 수 있다는 가능성도 제시했다.
그는 “이런 다섯 손가락 형태의 로봇 손이 원래 수천만 원에 달했다면 우리는 300만원 수준으로 공급할 수 있게 될 것”이라며 “휴머노이드나 상반신 로봇 마네킹 등에 적용할 수 있다고 본다”고 전했다.
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만드로는 이번 전시를 기점으로 임상 단계에 있는 전자의수 제품을 본격 시장에 내놓을 방침이다. 국내를 넘어 세계 수 많은 절단 장애인에게 값싸고 좋은 제품을 제공하겠다는 꿈을 위해 한 발 전진하는 계기가 됐다.
이 대표는 “회사를 처음 차릴 때부터 ‘돈이 없어서 전자의수를 쓰지 못하는 사람은 없어야 한다’는 모토를 강조해왔다”며 “올해도 열심히 달려보겠다”고 포부를 전했다.
