[르포] 하반신 마비도 걷는다…기적을 만드는 연구소

[대전=신영빈 기자] 이보다 더 뛰놀고 싶은 연구소가 있을까. 어릴 적 동심을 다시 환기하는 듯한 공간에서는 ‘입는 로봇’ 연구가 한창이었다. 마치 영화 ‘아이언맨’ 속 실험실이 떠오른다.

웨어러블(착용형) 로봇 전문기업 엔젤로보틱스가 최근 대전에 문을 연 로봇기술 선행연구센터 ‘플래닛대전’은 마치 넓은 체육관 같은 모습이었다. 엄숙하기보다 오히려 자유롭고 사람의 운동 성능을 맘껏 펼쳐볼 수 있도록 가능성을 열어놓은 공간처럼 느껴졌다.

지디넷코리아는 지난 3일 플래닛대전에서 공경철 엔젤로보틱스 대표를 만나 시설 소개와 향후 회사의 비전에 대해 들어봤다. 또 출시가 임박한 일상용 웨어러블 로봇 ‘엔젤 슈트(angel SUIT) H10’을 직접 착용해보고 보행보조 효과를 느껴볼 수 있었다.

공경철 엔젤로보틱스 대표가 플래닛대전에서 시설과 연구 상황을 소개했다. (사진=지디넷코리아 신영빈 기자)

플래닛대전은 광범위한 로봇기술 연구와 실증을 위해 설립된 연구소다. 세계적으로도 유사한 공간이 없어 사실상 첫 사례에 가까운 시설이다. 공경철 대표는 카이스트 웨어러블 로봇 연구의 요구 사항을 충족하면서 선행기술 연구자, 임상 실증 전문가, 기술 지원 전문가들을 위한 공간을 만들고자 했다.

공 대표는 “엔젤로보틱스의 브랜드 이야기가 숨어있으면서도 외부인을 포함한 많은 사람들이 함께 사용할 수 있는 공간을 구상했다”며 “공인 사이배슬론(국제 사이보그 올림픽) 경기장이 될 수 있도록 규격에 맞게 공간을 구성했다”고 말했다.

또 “미래의 웨어러블 로봇 훈련장이자 경기장을 상상하면서 디자인했다”며 “영화 아이언맨에서 토니 스타크의 작업실과 사이배슬론 대회가 개최된 스위스 아레나, 나이키 하우스 오브 이노베이션 파리 매장 등에서 영감을 받았다”고 덧붙였다.

기자가 엉덩 관절 보조 웨어러블 로봇 ‘엔젤 슈트 H10’를 체험하고 있다. (사진=지디넷코리아 신영빈 기자)

■ "일상·극한 환경 모사…동작 분석하고 데이터 축적"

아이언맨 작업실에 걸맞는 최첨단 실험·계측 장비도 여럿 구비했다.

먼저 일상·극한 환경을 모사한 각종 트랙을 실내에 갖췄다. 국제 사이보그 올림픽 ‘사이배슬론’ 규격에 맞는 실내외 보행환경과 같은 트랙이 마련됐다. 식품 제조 회사에서 신제품의 맛을 확인하며 연구하듯이, 로봇 또한 실제 일상 속에서 어떻게 작동하는지 직접 확인할 수 있도록 구현됐다.

모래밭과 자갈밭, 산악 지형, 급경사 등 극한 환경도 실내로 그대로 옮겨 놨다. 전기도 인터넷도 없는 야지에서는 제한적인 실험밖에 할 수 없으며, 정밀도가 떨어지는 모바일 실험계측 장비를 사용해야 하는 한계가 있다. 때문에 선행연구 단계부터 극한 환경 속에서 정밀 실험·계측 장비로 연구할 수 있도록 이 같은 환경을 꾸몄다.

웨어러블 로봇의 위치 변화와 이동 속도를 정밀하게 추출해 내기 위해 정밀 측위 시스템도 설치했다. 이를 통해 측위 알고리즘을 정교하게 튜닝하게 되고, 웨어러블 로봇이 보조뿐만 아니라 정밀 측정 시스템으로서의 기능을 갖게 하기 위함이다. 동작분석·역동역학 해석 장비인 엠게이트(M-Gait)와 비콘(VICON)도 들였다.

마지막으로 인공지능(AI) 서버와 클라우드를 활용해 실시간 생성되는 생체 신호를 빅데이터로 축적한다. 웨어러블 로봇은 착용자에게 물리적인 효과를 전달할 수 있을 뿐 아니라, 인체에 가장 가까이 밀접해 수많은 생체 데이터를 수확할 수 있는 센서 플랫폼이다. 이를 연구에 활용하기 위한 기반이 마련돼 있었다.

엔젤로보틱스 로봇기술 선행연구센터 '플래닛대전' 내부 전경 (사진=지디넷코리아 신영빈 기자)

■ "하반신 마비 장애인도 로봇 입고 걷는다"

연구소는 바쁘게 돌아가고 있었다. 로봇뿐만 아니라 사람의 보행 동작과 에너지 사용량 등을 정밀하게 측정하는 실험이 이뤄졌다. 웨어러블 로봇 ‘워크온 슈트’를 개발하는 현장도 인상적이었다.

하반신 마비 장애를 지닌 연구원이 직접 워크온 슈트를 착용하고 걷는 모습을 생생하게 볼 수 있었다. 휠체어에서 내려 로봇을 입자 금세 발을 내딛을 수 있게 됐다.

워크온 슈트는 하반신 마비 장애인이 로봇에 몸을 완전히 의지해 보행이 가능한 외골격 보행보조 로봇이다. 이미 2020년 발표한 워크온 슈트 4에서 균형유지기능과 시속 3.2km의 보행 성능을 보여준 바 있다. 사용자에게 맞는 최적의 보행을 자동으로 학습하는 기능도 선보였다.

엔젤로보틱스 '플래닛대전' 2층에는 그간 개발된 웨어러블 로봇이 전시됐다. (사진=지디넷코리아 신영빈 기자)

이번에 새롭게 개발 중인 워크온 슈트는 'F1' 버전이다. 워크온 슈트 F1은 휴머노이드와 웨어러블 로봇을 모두 포함한 하이브리드 로봇이다. 지팡이 없이 지속적인 보행이 가능하도록 개발 중이며, 휠체어에서 바로 로봇을 착용할 수 있는 것이 특징이다. 사용자가 착용하지 않을 때는 휴머노이드처럼 자가보행도 가능하다.

관절 기능을 보조해주는 일상용 제품 ‘엔젤 슈트’ 최적화 작업도 이뤄지고 있었다. 연내 상용화에 앞서 일상·극한 모사 환경에서 제품을 실증해보는 단계였다.

컴퓨터 시뮬레이션은 수없이 많은 시도를 수행하며 최적의 동작 궤적을 생성하는 연구를 진행하고 있었다. 이를 통해 도출한 궤적은 웨어러블 로봇에 적용되고, 현실에서 얻은 데이터를 다시 시뮬레이션에 적용해 보완하는 과정을 반복했다.

이 밖에도 웨어러블 로봇에서 측정하는 데이터만을 이용해 로봇을 착용한 사람의 이동 경로, 에너지 사용량 등을 정밀하게 측정할 수 있는 알고리즘을 개발하고 실험 중이었다.

하반신 마비 장애를 지닌 연구원이 직접 워크온 슈트를 착용하고 걷고 있다. (사진=지디넷코리아 신영빈 기자)

■ "디지털 헬스케어로 확장…로봇 산업 생태계 이끌 것"

엔젤로보틱스는 이 공간을 활용해 웨어러블 로봇 시장을 확대하고 디지털 헬스케어 분야까지 공략한다는 방침이다.

공 대표는 “다양한 실험환경에서 수집한 데이터를 활용해 AI 기반 디지털 헬스케어 시장까지 확장을 계획하고 있다”며 “의료 분야를 넘어 가정과 일상으로 시장 영역을 확대할 계획”이라고 말했다.

엔젤로보틱스는 이 공간을 개방적으로 운영해 다양한 로봇 연구 기회를 제공할 계획이다. 제품 상용화 실증뿐만 아니라, 재력 있는 신기술을 사업화할 수 있는 공간으로서 역할도 이어가겠다는 구상이다.

공 대표는 “이미 많은 대학의 연구진과 기업, 정부출연연구소에서 방문했다”며 어떤 연구소에서는 일상 환경 모사 트랙을 보고 사족보행 로봇 실험에 사용해도 되냐는 문의를 주셨다”고 전했다.

그는 “상용화 중인 웨어러블 로봇뿐만 아니라 다양한 로봇 기술 연구원들에게 자유롭게 기술력을 펼칠 수 있도록 기회를 제공하고 사업적으로 연결해줄 것”이라며 “로봇 분야에 있어 신기술 연구개발과 신사업 인큐베이팅을 위한 인프라를 구축하고, 나아가 로봇 산업 생태계를 이끄는 리더로서 역할을 해내겠다”고 강조했다.

근골격계 보호를 위한 산업용 웨어러블 슈트 브랜드 '엔젤 기어' (사진=지디넷코리아 신영빈 기자)

■ "일상용 웨어러블 로봇 연내 출시…입어보니 금새 적응"

기자는 연내 출시가 예정된 엉덩 관절 보조 웨어러블 로봇 ‘엔젤 슈트 H10’을 직접 체험해볼 수 있었다. 슈트(SUIT)는 일상생활 중 보행과 운동을 보조하기 위해 설계된 로봇 브랜드다. 엉덩관절 보조로봇 ‘H10’과 무릎관절 보조용 ‘K10’이 올해 출시될 예정이다.

이 가운데 H10은 엉덩 관절 기능을 보조하고 보행 능력과 안정성을 높여주는 제품이다. 허리와 무릎 스트랩으로 간편하게 착용할 수 있다. 착용자의 보행 의도를 파악하고 패턴을 분석해 능동적인 보조력을 제공하는 것이 특징이다.

로봇을 착용하자 곧바로 걸음이 가벼워졌다. 처음에는 다소 어색하기도 했지만, 불과 1~2분만 사용해도 신체가 로봇의 보조력에 쉽게 적응해버렸다. 로봇을 벗고 다시 걸어보니 ‘몸이 원래 이렇게 무거웠나’ 싶은 생각이 들기도 했다.

제품은 ▲구동기와 골반 하드쉘 ▲허벅지 하드쉘과 연결 프레임 ▲컨트롤 모듈과 배터리 모듈 ▲배터리·LED로 구성됐다. 컨트롤러·배터리 모듈은 탈착이 가능하다. 컨트롤러를 통해 보조력 조절이 가능하며 LED를 통해 이를 직관적으로 파악할 수 있다.

구동기가 허리 좌우에 위치한 것도 특징이다. 허벅지 바깥쪽으로 연결된 프레임이 동력을 전달한다. 제품은 다리 한 쪽만 보조하는 단측, 혹은 양 다리를 모두 보조하는 양측 중 선택할 수 있다. 무게는 양측 기준 2.5kg이다. 2천650mAh 리튬이온 배터리를 탑재했다.