택배-돌봄노동부터 재활훈련까지 힘 필요한 신체 부위 어디든 쉽게 붙여 쓰는 근육옷감 개발

- 기계연, 근육옷감 직조기술 개발, 일상복을 근력보조 로봇 슈트로 -
- 팔뚝, 허벅지 같이 필요한 신체에 부착해 값싸고 편한 웨어러블 로봇기술 구현 -

택배노동부터 돌봄노동, 건설노동 등 일상적인 작업부터 재활훈련까지 필요에 따라 가볍고 편하게 착용할 수 있는 웨어러블 로봇을 제작할 수 있는 근육옷감 직조기술이 개발됐다. 실제 옷감처럼 부드럽고 가볍게 만든 근육옷감을 힘이 필요한 신체 부위 옷에 부착하면 간단하게 근력을 보조받을 수 있다.

과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원(원장 박상진, 이하 기계연) 첨단생산장비연구부 로봇메카트로닉스연구실 박철훈 책임연구원은 얇고 가벼운 근육옷감을 직조하고, 이를 이용해 의복형 웨어러블 로봇을 만드는 데 성공했다.

착용자의 근력을 향상시켜주는 웨어러블 로봇은 아이언맨 슈트처럼 딱딱한 외골격형과 스파이더맨 슈트처럼 부드러운 의복형으로 나뉜다. 최근에는 일상복처럼 편하게 착용하면서도 필요할 때만 근력보조를 받을 수 있는 의복형 웨어러블 로봇에 대한 관심이 높아지고 있다.

▲ 한국기계연구원 박철훈 박사 연구팀이 개발한 직조 근육옷감.

실처럼 가는 스프링 형태의 형상기억합금을 옷감제작과 동일한 방법으로 직조하여 가볍고 부드럽지만 자체 무게의 1,500 배를 들어올릴 수 있다.

연구팀은 스파이더맨의 슈트처럼 가볍고 부드러우며, 근육처럼 스스로 힘을 낼 수 있는 의복형 웨어러블 로봇을 만들기 위한 근육옷감을 직조했다. 먼저 머리카락 1/2보다 가는 40㎛ 굵기의 형상기억합금을 스프링 형태의 실로 만들어 옷감을 짜듯 직조했다. 이 근육옷감은 실제 옷감처럼 자르거나 접을 수 있고, 힘이 필요한 신체 부위에 붙이기만 하면 쉽게 근력을 보조받을 수 있다.

형상기억합금으로 만든 이 근육옷감은 손바닥 크기의 무게가 6.6g으로 종이컵 하나 정도에 불과하다. 우리 몸의 근육이 움직일 때 수축과 이완을 반복하듯이 이 옷감도 머리카락보다 가는 형상기억합금에 전류가 흐르면 근육처럼 수축하며 힘을 낸다. 이때 힘은 자체 질량의 1,500배에 달하는 10㎏을 들어 올릴 수 있는 정도다.

▲한국기계연구원 박철훈 박사 연구팀이 아무 힘이 없는 마네킹에 근육옷감을 부착시켜 마네킹의 근력을 보조하는 모습을 시연하고 있다.

근육옷감의 힘으로 마네킹이 일어서서 버틸 수 있고(좌)

 무거운 물건을 들고 버틸 수 있다(우).

이처럼 근육옷감을 사람 몸에 부착하여 쉽게 근력을 보조받을 수 있다.

연구팀은 다리나 팔의 근육 위치에 근육옷감을 부착하고 앉았다 일어서기, 계단 오르기, 무거운 짐 들기 등의 동작을 보조하는 실험 결과 평소 사용하던 근력의 50% 만으로도 같은 동작이 가능한 것을 확인했다.

또한, 형상기억합금을 스프링 실 형태로 만들어 근육옷감으로 직조하는 데 성공한 만큼 기존의 직조기를 이용한 대량생산도 가능할 전망이다.

▲한국기계연구원 박철훈 박사 연구팀이 개발한 근육옷감을 바지위에 붙이면 의복형 웨어러블 로봇으로 변신한다.

근육옷감은 필요할 때, 필요한 부위에 부착하여 ‘입는 근육’으로 활용할 수 있다.

연구팀은 향후 직조 근육옷감 및 이를 적용한 근력 보조 의복형 웨어러블 로봇의 기술이전을 추진하고, 직조용 형상기억합금 스프링 실의 굵기를 지금보다 더  가늘게 만드는 등 직조 근육옷감의 성능을 향상하기 위한 연구를 지속할 계획이다.

박철훈 책임연구원은 “근육옷감 직조기술은 택배, 돌봄노동 등 다양한 근로자 작업환경 개선을 위한 웨어러블 로봇 분야 뿐만 아니라 가정에서 재활훈련이 가능한 착용형 재활기기, 마사지기기 같은 헬스케어 분야까지 폭넓게 적용될 수 있는 원천기술”이라며 “이 직조기술을 적용하면 웨어러블 로봇 제조공정 경제성을 수백~수천만 원대에서 양산 가능한 수준까지 크게 개선할 수 있는 만큼 로봇산업부터 섬유, 패션산업까지 다양한 신산업 창출도 가능할 것으로 기대된다”고 말했다.

본 연구와 관련하여 국내특허 7건 및 해외 PCT특허 2건이 출원되었으며, 본 연구는 산업통상자원부의 ‘알키미스트 프로젝트’의 지원을 받아 수행되었다.