| 재활(再活)로봇 | |
| 日本사이버다인社의 재활 로봇 HAL[1] | |
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1. 개요
재활 로봇(영어: Rehabilitation robot / 일본: リハビリロボット)은 질병이나 사고에 의한 팔다리 마비등, 신체에 발생한 문제를 원래 상태로 회복시키기 위한 목적의 로봇이다. 고령화사회 진입과 저출산에 의한 의료 인력 부족[2], 로봇 산업 발전 등에 따라 최근 각광 받고 있는 분야이다.2. 보조 로봇과의 차이
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| 재활 로봇[3] | 보조 로봇[4] |
재활 로봇과 보조 로봇은 형태가 비슷하지만 그 목적이 다르다.
- 재활 로봇은 신체 능력 회복의 목적으로 사용되는 로봇이다. 이는 사용자가 질병이나 사고에 의해 뇌졸중, 뇌 마비 등이 생겨 신체를 제대로 움직일 수 없을 때 원래의 상태로 돌아오기까지의 기간을 단축하기 위한 것이다. 그러므로 재활 로봇은 회복 이후에 환자가 로봇의 도움 없이도 자립하여 생활할 수 있다.
- 보조 로봇은 신체 능력 강화의 목적으로 사용되는 로봇이다. 비장애인이 작업 현장에서 무거운 물체를 보다 쉽게 들 수 있도록 하여 노동 효율을 늘리거나 노화 등에 의해 근력이 약화된 경우에 근력 강화를 위한 것이다. 그러므로 보조 로봇은 사용자가 로봇없이는 신체 능력 강화의 효과를 볼 수 없다.
3. 종류
재활 로봇은 형태에 따라 상반신 재활 로봇과 하반신 재활 로봇으로 구분된다.- 상반신 재활 로봇의 경우 많은 기술력이 요구되는데, 이는 상반신이 하반신에 비해 움직임이 복잡하기 때문이다. 특히, 손의 움직임을 로봇으로 구현하기 위한 연구가 활발하다.
- 하반신 재활 로봇은 보행, 기립, 균형 기능 등의 회복을 위해 사용된다. 과거 여러 명의 치료사가 동반되었던 하반신 물리치료도 로봇을 이용하여 인력 부담, 법적인 책임을 줄일 수 있게 되었다.
4. 원리
재활 로봇은 사고, 신호 송출, 신호 검출, 작동, 피드백의 5가지 과정을 거쳐 구동되며 인간이 움직이는 원리와 동일하다. 다만, 신경계의 역할은 컴퓨터와 센서가 대신하고, 근육의 역할은 모터가 대신한다.- 사고
- 신호 송출
- 신호 검출
뇌에서 신경을 통해 근육으로 보내진 신호는 매우 미약한 신호 "생체전위신호"로서 피부 등으로부터 새어나온다. 재활 로봇은 센서를 통해 다양한 정보를 조합해 사용자가 어떠한 동작으로 수행하고자 하는지 인식한다.
- 작동
- 피드백
5. 효과
재활 로봇은 뇌졸중, 척수 손상, 뇌 손상 등으로 중앙 및 주변 신경계 손상 환자를 대상으로 신경 가소성[5]을 중심으로 한 재활치료 목적으로 사용된다.국내 모 병원에서 불완전 척수 손상 환자들을 대상으로 재활 로봇을 활용해 신체에 반복 자극을 가한 결과, 보행 기능이 2.2배, 균형 감각이 1.2배 향상되었다는 보고가 존재한다.
6. 국가별 개발 사례
6.1. 대한민국
6.2. 일본
6.2.1. 개발 현황
의료용 로봇 분야에서 단연 세계최고 수준의 규모를 가진 나라이다. 일본은 고령화 사회라는 특수한 환경 때문에 의료 및 복지와 관련된 로봇산업이 발전하였다. 최근 일본정부는 로봇기술을 이용한 복지와 고령자 수발분야에서의 활용을 국가 중점과제 중 하나로 두기도 하였다.- 사이버 다인과 츠쿠바 대학이 협력하여 보행보조 로봇인 HAL을 제작하기도 한 것이 대표적임.
- 오사카대학 기계공학 전공-지능 제어 학계 연구실이 물고기 근섬유를 이용하여 소프트 로봇을 제작하였다. (참고: https://ishikawa-lab.sakura.ne.jp/yoichi)
- 도쿄공업대학 공학원-기계코스 연구실이 인공근육을 이용하여 보조로봇을 개발한 사례가 있다. (참고: https://youtu.be/rXtI38PwokU / http://www-robot.mes.titech.ac.jp/staff.html)
6.3. 미국
7. 한계
- 낮은 속도, 비싼 가격[7] 등의 문제는 당연한 것이다.
- 현재의 재활 로봇은 자유도가 매우 낮다. 재활 효과를 극대화 하기 위해서는 정확한 움직임을 여러 번 반복하여 신경가소성을 일깨워야 하는데, 낮은 자유도로는 인체의 유연하고 다각도의 다양한 움직임을 구현할 수 없다.
- 재활 로봇의 자유도를 높이기 위해서는 각 관절에 모터를 많이 장착하여야 하는데, 사용되는 전력량이 많아져 배터리의 크기도 커지게 된다.[8] 그렇기에 병원 치료실에서나 사용할 수밖에 없다.
- 또한, 높은 자유도를 위해 복잡한 구조를 가지게 된다면 기계 특성상 고장이 많이 날 수밖에 없다.
- 그러므로 높은 자유도, 낮은 설계 난이도를 가진 재활 로봇의 형태가 요구된다.
[1] 재활 로봇의 가장 대표적인 예시. 일본 뿐만 아니라 전세계에서 의료기기로 인정받아 활용되고 있다.[2] 의료 인력이 충분해도 특히 거동이 불편한 고령의 노인을 재활하려다가 사고가 나면 민형사상 문제로 골머리를 앓는다.[3] KAIST 공경철 연구팀의 엔젤로보틱스. 2021년 사이배슬론대회에 참가하여 1, 3등을 차지했다.[4] 일본의 어토운. 공항에서 활용되고 있다.[5] 뇌가 외부 환경의 양상에 따라 스스로 구조와 기능을 변화 시키는 특성[6] 외골격 로봇을 이용한 종목[7] 현재는 상용화가 많이 진행되어 일반인도 쉽게 구할 수 있지만 보급화까지는 시간이 소요될 것으로 보인다.[8] 현재 전기자동차의 상용화가 늦어지고 있는 이유이기도 하다.