강화 외골격
우리 인간은 매우 나약한 존재이다. 다른 동물들에 비해 청각, 후각, 미각등 여러 방면에서 떨어진다. 힘 또한 그러하다. 인간은 자신의 몸무게의 최대 1.8배정도를 들어올릴 수 있다고 하지만 개미는 자신의 몸무게의 50배 이상을 들을 수 있다. 이러한 부분을 극복해 주는 것이 강화 외골격이다. 강화 외골격은 우리들에게 있어 개미와 같은 존재이다. 무거운 무게를 들을 수 있으며 적은 체력으로도 꾸준히 움직일 수 있게 한다. 이 개념은 1890년 외골격 특허가 나오면서 시작된다. 허나 그당시에는 에너지를 저장할 매체가 부족하므로 전선이 이어진 상태의 디자인이 나왔지만 그마저도 구현하지 못했으나 지금은 기술의 발달로 인하여 가능하다. 이러한 외골격 로봇은 상체형과 하체용으로 구분이 되는데 때로는 각 부위로 세부적이게 나뉘기도 한다. 처음 외골격 시장은 신경이나 근육질환에 의한 환자들에게 쓰이는 목적으로 만들어졌다. 허나 지금은 산업용, 군사용등 많은 외골격 시장이 늘어나며 큰폭의 성장률을 보인다. 최근 발표된 글로벌 웨어러블 로봇 시장 분석치를 보면 26년까지 5조 3천억원의 시장을 달성할 거라고 전망 하였다.
산업용 강화 외골격
특히 강화 외골격은 산업에서도 많이 쓰이게 된다. 많은 노동력을 요구하는 공장이나 건설현장에 특히 많이 쓰이는 편이다. 2018년 베를린에서 개최된 IFA 2018에서 LG는 LG클로이 수트봇이라는 것을 처음 공개하였다.
또한 현대에서도 의자형 착용로봇인 H-CEX를 적용하였고그 이후엔 윗보기 작업용 착용로봇인 H-VEX까지 적용 하였다. 의자형 강화 외골격 같은 경우 1.6kg의 경량형이고 최대 150kg지지가 가능하며 55,70,85도 등의 다양한 착좌각을 지원한다. 이러한 적용은 대퇴부 피로도 저감을 통해 하반신 근육 활성도를 최대 40%저감 시킨다.
상반신 보조 강화 외골격은 VEX는 2.5kg으로 다른 회사보다 42% 가벼운 무게를 가지며 최대 5.5kgf 까지 근력을 보조한다. 착용자의 체형 및 근력에 따라 길이와 강도6단계, 각도 조절까지 가능하다.
이러한 강화 외골격은 물류에도 적용할 수 있는데 서울대학교 공과대학에서는 무게 850g과 무동력으로 물류 운반 노동자들의 허리 부상 위험을 낮출 수 있는 이른바 택배 슈트를 개발했다. 최근 개발된 외골격 로봇은 동력이 필요하고 거추장 스러운 단점이 있는데 이 슈트는 일상복에도 충분히 가능하고 택배와 같은 차량 이동에도 보다 편안한 착용감을 준다고 전해진다. 서울대 공대의 조규진 기계공학과 교수팀은 무거운 물체를 들어올리는 작업을 많이 하는 택배 노동자의 상당수가 근골격계 질환과 허리디스크를 앓고 있는 것을 보고 허리를 구부려 물건을 드는 동작대신 무릎을 사용하여 물건을 들어 올리는 스쾃 동작을 할 수 있게 보조기기를 개발 한 것이다. 착용자가 허리를 굽히는 것과 같은 잘못된 자세를 취하면 신축성이 떨어지며 브레이크 작용을 하는 반면에 착용자가 등을 피고 무릎을 굽히는 스쾃 자세를 취하면 신축성이 올라가게 되어 약 10%의 근력 보조를 한다고 한다.
의료용 강화 외골격
이러한 외골격은 비단 산업에서만 쓰이는 것이 아니다. 미국의 리워크 로보틱스사는 최초의 유연한 로봇 외골격 슈트를 개발하여 미국 FDA의 승인을 받았는데 이 외골격앝은 경우 경량 허리 팩과 기계적 케이블로 연결돼 자연적 도보 패턴의 타이밍에 맞춰 환자 다리를 들 수 있게 도와준다. 출시가는 2만 8900달러라 높은 편이지만 대여도 가능하다고 한다.
또한 현대의 의료용 강화 외골격인 MEX는 하반신 마비 환자의 보행을 지원하고 앉기,서기,걷기,계단 오르기등의 행동을 지원하며 미국 FDA와 한국의 MFDS의료 기기 인증 취득을 진행하고 있다.
또한 과학기술정보통신부는 2026년까지 노인들의 자립 생활을 돕기 위한 맞춤형 바이오닉 슈트 기술의 개발을 하고 있는데 보행 운동보조와 동작 인식 및 감각 증진 기술을 통하여 노인들의 일상 생활을 스스로 할 수 있도록 도와주는 것을 목표로 하고 있다, 특히 무겁고 딱딱하한 산업용이나 재활용 외골격과 달리 옷처럼 가볍고 착용이 쉬운 것을 중점으로 두고 있다고 한다. 일본같은 경우 로봇 기업인 사이버다인은 하지 의료용 로봇인 HAL이 미국 신품의약국FDA의 승인을 획득했다고 한다. 사이버다인은 HAL을 통하여 추 후 재활이 된 후 HAL을 장착하지 않은 상태에서 보행 기능 개선의 효과가 있었다고 한다. 사비어다인은 양다리 뿐만 아니라 한쪽 다리에만 착용하는 단각형 제품도 있다.
군사용 강화 외골격
미국같은 경우 미래 미군 장비 체계 중에 군용 강화 외골격을 포함 시켰는데 대표적인 것이 탈로스 슈트다. 2018년부터 프로토타입을 채용하여 야전 테스트를 거치고 있다고 한다. 미군내 공식 명칭은 전술 공격 경량 작전대원 슈트로 여기엔 액체 방탄 패널과 다기능 전자 장비등으로 무장 할것이라고 한다. 비교적 움직임이 많은 팔과 목등에는 강화 외골격보단 사용자의 자율에 맡기는 편이고 다리와 허리 척추등에 부착되어 방탄 장비나 배낭등의 무게를 거의 느끼지 않는다고 한다. 특히나 기술의 발달로 방탄 효과가 좋아지자 전보다 더 크고 무거운 파괴력 높은 탄을 쓰게 되는데 다시 이를 방어 하기 위해선 튼튼한 방탄복과 많은 탄약으로 무장하여 반격해야 한다. 그로 인하여 무장의 무게는 올라가게 되고 전투원 개인의 높은 체력이 요구 되지만 이를 극복하게 해주는 것이 바로 강화 외골격이다. 우리나라 또한 국방과학연구소에서 근력증강로봇을 개발하고 있다. 현재 험지보행 외골격을 개발중에 있고 2030년에는 임무장비 연동 외골격을 선을 보인다고 한다.
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