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수산업 종사자 안전을 책임지는 '웨어러블 로봇'…해양 로보틱스의 미래는

[오션테크2022 ④]일본·이스라엘·미국 시장 선점…하버드대, 기능성 직물 소재 연구
"수산업 특화 웨어러블 로봇 신산업화 가능성 높아…R&D사업 착수 기대"

(세종=뉴스1) 백승철 기자 | 2022-10-27 07:00 송고 | 2022-11-01 13:20 최종수정
편집자주 세계는 지금 4차 산업혁명이라는 커다란 소용돌이 속에 있다. 이에 맞춰 주요 선진국들은 이미 해양에 대해서도 관련 정책을 수립하고 관련 기업들과 발맞춰 새로운 기술을 선보이고 있다. 이러한 상황에 해양수산 분야의 세계적인 기술 흐름과 우리 해양수산 기업들의 대응방안을 마련하기 위해 <2022 오션테크 코리아>가 11월9일 롯데월드타워 스카이31에서 개최된다. 뉴스1에서는 행사에 앞서 우리나라 관련 정책과 세계 주요 기술 흐름을 6편에 걸쳐 미리 알아본다.
수산업 종사자 안전 웨어러블 로봇 기술개발 개념도(한국로봇융합연구원 제공)
수산업 종사자 안전 웨어러블 로봇 기술개발 개념도(한국로봇융합연구원 제공)

공상과학 영화(SF Film)를 보면 등장하는 인물들이 로봇을 착용, 즉 '웨어러블 로봇'을 입고 임무를 수행하거나, 생활에 활용하는 모습을 자주 볼 수 있다.

웨어러블 로봇은 사람이 착용해 인체 및 로봇 부착 센서를 통해 착용자의 운동 의도와 환경 반응(반발력 등)을 파악하여 동기화된 움직임과 근력보조력을 제공하는 로봇시스템이다.

착용형 웨어러블 로봇기술은 최근 비약적인 기술발전을 하고 있으며, 민간 주요 대기업의 시장 선점을 위한 착용형 웨어러블 로봇 프로토 타입 공개 및 특허 출원이 활발하다.

현재 타겟 시장은 단순반복 작업의 제조현장 근로자의 근골격계 질환예방과 특정부위 재활분야, 국방분야 중심으로 기술개발이 진행 중이지만. 수산업과 같은 노동 집약적인 부문에도 단계적으로 연구개발이 진행 중이다.

웨어러블 로봇 시장전망 (한국로봇융합연구원 제공)
웨어러블 로봇 시장전망 (한국로봇융합연구원 제공)

◇일본, 이스라엘, 미국 기업 시장 선점…모터구동식 배터리 전원 전통 동력방식 채택

2020 세계 수산·양식보고서에 따르면 전 세계적으로 수산물 소요 및 생산이 증대되고 있지만, 국내 수산업은 수산자원 감소, 어가인구 감소와 어촌 고령화, 인적기반 생산 시스템 등 수산업의 성장에 구조적 한계를 맞고 있다. 이에 정부는 ICT기반 양식업 첨단화, 친환경 어선 개발 등 수산업 성장 모멘텀 확보를 위해 R&D 투자를 확대하고 있다.

반면 수산업 생산성 향상을 위한 R&D 중심으로 추진되고 있는 등, 어촌 고령화 및 어업인 안전에 대한 투자는 미흡한 실정이다. 어가 인구는 1967년 114만 명을 정점으로 2018년 12만 명까지 급격히 감소, 고령화율은 30.5%를 상회하고 있으며, 업무상 어업 재해율은 타 산업 재해율과 비교하여 높은 수준이며, 특히, 위험도가 높은 광업에 비해 3배 이상 높은 것으로 파악된다.

어업인의 안전사고 예방 및 삶의 질 향상, 신규 어업인 유입 등을 위한 방안으로, 육상에서 다방면으로 연구개발 및 활용되고 있는 웨어러블 로봇 및 AI기술을 수산업에 접목해 수산업 종사자 안전관리 및 의복처럼 입을 수 있는 웨어러블 로봇 개발 등 新 안전 비즈니스 기반 마련이 필요하다.

웨어러블 로봇은 사람이 착용해 인체 및 로봇 부착 센서를 통해 착용자의 운동 의도와 환경 반응(반발력 등)을 파악해 동기화된 움직임과 근력보조력을 제공하는 로봇시스템으로 정의할 수 있으며, 생산작업 환경, 재활분야, 국방분야에서 인간의 특정 육체적 능력을 향상시키거나 부상을 방지하는 등의 용도로 기술 도입 시도가 계속되고 있으며, 모터·배터리·AI 기술 발전에 따른 웨어러블 로봇 시장이 급성장하고 있다.

웨어러블 로봇은 일본, 이스라엘, 미국 기업에서 작업보조 및 재활 제품을 개발해 관련 시장을 선점하고 있으나 대다수가 모터구동식 배터리 전원의 전통적인 동력 방식을 채택하고 있다. 직물(Fabric) 소재의 소프트 웨어러블 같은 경우에는 미국의 DARPA의 지원을 받아 하버드대학 등에 의해서 초기 연구 개발이 이뤄지고 있다.

 웨어러블 로봇을 착용하고 근부 중인 BMW 미국 스파턴버그 공장 (한국로봇융합연구원 제공)
 웨어러블 로봇을 착용하고 근부 중인 BMW 미국 스파턴버그 공장 (한국로봇융합연구원 제공)

◇하버드대, 기능성 직물 소재·인간-기계 상호 작용 알고리즘 연구

웨어러블 로봇은 주요 모듈(구동모듈, 센싱모듈, 전자회로, 기구부)과 이를 제어하고 추출된 데이터를 유의미한(동작패턴, 운동상태, 위험도 등) 데이터로 가공하는 알고리즘 등 SW기술의 집합체로 크게 H/W관점에서는 구동기 기술과 센싱 기술, 시스템 기술로 구별할 수 있고, 주요 선진국 대비 국내 기술수준은 구동기(60%), 센서(80%), 시스템(80%)로 평가된다.

미국의 포드, 유럽의 아우디, BMW, 르노 등 자동차 공장에서 근력 보조형 로봇을 적용하고 있으며, Laevo사의 경우 간호인력 및 외과의의 허리 통증을 효과적으로 경감시켜주는 근골격계 질환 예방용 로봇을 실증한 사례가 있다. 국내는 포스코 용광로 내화물 적재 작업, 대우조선해양은 LNGC 단열박스 설치작업에 웨어러블 로봇기술을 실증하여 생산성·근로환경 개선한 사례가 있다.

이스라엘의 Rewark Robotics는 옷을 입는 것처럼 착용가능하며 내장 센서를 통해 상체의 변화와 무게 중심의 변화를 다리 부분에 부착된 관절 모터에 전달하는 방식으로 FDA 승인을 받았다.

미국의 Ekso Bionics는 외골격형 재활 슈트 최초로 FDA 시판 승인을 획득했으며, 완전 체중 부하 상태에서도 일어서는 것과 걷기, 왕복 보행이 가능하고 스마트 지원 소프트웨어가 장착돼 환자의 몸 어느 방향에서도 충분한 적응력을 제공해 보호 기간에 환자가 신체 활동에 나설 수 있다.

일본의 사이버다인(Cyberdine)사는 다리에 스트랩을 걸어주는 보행 로봇으로 다리 근육에 부착된 센서가 뇌에서 근육으로 전달되는 생체 신호를 감지해 보행을 도와주며 보행 능력과 안정성을 강화하여 노약자의 보행과 안정성을 강화했다.

록히드마틴사는 개인병사 지원용으로 중량을 리프팅하기 위한 웨어러블 로봇으로, 로봇을 착용한 군인은 지형에 관계없이 약 90kg 운반이 가능하며, 근력증강 보조 기능으로 이동시간 내 최대의 기동성 유지할 수 있다.

하버드 대학은 기능성 직물(Fabric) 소재뿐만 아니라 인간-기계 상호 작용을 위한 Flexible한 전원 시스템, 소프트 센서 및 제어 알고리즘을 연구하고 있다.

뉴로루션스는 2021년 미국 식품의약국(FDA)로부터 뇌졸중 환자의 손의 재활을 돕는 IpsiHand에 대한 판매 허가를 획득했다. Brain Computer Interface를 통해서 손의 사용의도를 예측하여 손의 움직임을 보조하는 형태로 제품화에 성공했다.

필더세임(Feel the Same)에서는 소프트 센서인 HiFLEX를 상용화했으며, 해당 센서는 인장 또는 압력이 발생하면 패턴이 늘어나거나 줄어들면서 저항이 바뀌는 원리로, 저항값의 변화로 인장의 세기와 압력의 세기를 측정, 모듈형으로 인장/압력 측정이 필요한 위치에 부착해 사용가능하며, 소프트한 재질로 소프트 웨어러블 로봇 기술에 활용할 수 있다.

공압부품 글로벌기업인 페스토(Festo)는 공압을 활용한 인공근육 구동기를 개발해 상용화했다. 로봇에 필요로 하는 출력(힘)과 적용 사이즈 등에 따라서 부품 선택이 가능하고 소프 트웨어러블 로봇의 큰 출력이 필요할 때 인공근육을 결합한 하이브리드형태로 웨어러블 로봇기술에 활용이 가능하다.

 엔젤로보틱스 – 워크온 슈트(엔젤로보틱스 누리집 갈무리)
 엔젤로보틱스 – 워크온 슈트(엔젤로보틱스 누리집 갈무리)

◇"수산업 특화 웨어러블 로봇 신산업화 가능성 높아…R&D사업 착수 기대"

우리나라의 경우는 삼성전자가 로보틱스 기술을 기반으로 보행과 운동 기능을 증진시켜 일상에서 보다 효율적이고, 안정적으로 걸을 수 있도록 도와주는 웨어러블 보행 보조 로봇 GEMS을 CES 2019에서 공개했다.

GEMS은 각 관절 보조를 위해 GEMS Hip, GEMS Knee, GEMS Ankle 3가지의 별도 모델로 구성, GEMS Hip은 고관절에 착용하는 신체 보조 로봇으로, 걸을 때 24% 정도의 힘을 보조해 보행 속도를 14% 높여주며, 국내 최초로 GEMS Hip에 대해 착용로봇 안전 관련 국제 표준인 ISO 13482 인증을 획득했다.

현대로템은 제조 공장 등 근로자 작업자의 근골격계 질환 예방 목적으로 평상 보행 등의 작업에서는 저항없이 동작하다가 허리를 굽혀 무거운 물체를 들어올릴 때 이를 자동으로 인식해 무릎과 허리의 부하를 40~50% 절감하는 RMX-HI와 RMS-KI를 2018년 공개하는 등 산업 현장에 도입돼 생산성 및 근로자 복지를 향상을 높이는 웨어러블 로봇 개발에 박차를 가하고 있다.

LG전자는 산업현장이나 상업, 물류공간에서 사용자의 허리근력을 보조하는 LG 클로이 수트봇(CLOi SuitBot)을 CES 2019에서 공개했다. 이 제품은 사용자가 일정 각도 이상으로 허리를 굽히면 이를 감지해서 로봇이 준비상태에 들어가고, 사용자가 허리를 펼 때 로봇이 사용자 허리에 가해지는 힘을 보조하는 식으로 작동한다. 반복되는 작업에서 사용자의 허리에 가해지는 부담을 줄여줄 수 있으며, 기존 웨어러블 로봇들의 약점이었던 불편한 착용감을 대폭 개선해 사용자가 간편하게 입고 벗을 수 있는 것도 장점이다.

엔젤로보틱스사의 워크온 슈트는 장애인용 외골격형 슈트로 해외 선진사인 이스라엘 Rewalk사와 유사성능을 자랑하고 있으며, 사이배슬론(Cybathlon, 국제 사이보그 올림픽, 2016)세계 랭킹 1위를 차지하는 등 하반신 완전마비 장애인도 재빠르게 걷게 하는 파워슈트 상용화했다.

한국로봇융합연구원 박규희 박사는 "최근 웨어러블 로봇 시장은 기존의 신경 및 근골격계 질환으로 고통받는 노동자 근무환경 개선과 환자의 재활과 치료에 수요가 크게 증가함에 따라 지난 몇 년 동안 고도의 성장을 보이고 있다"”고 말했다.

이어 "웨어러블 로봇 시장의 시장 형성 단계 및 국내 기술 수준을 고려할 때, 수산업 특화 웨어러블 로봇의 신산업화 가능성이 높고, 수산업의 고령화, 반복 노동, 열악한 작업환경으로 인해 발생되는 사고 및 근골격계 질환을 예방하기 위해서 웨어러블 로봇 기술개발은 필요성에 따라, '해상작업 안전을 위한 웨어러블 로봇 및 스마트 장비 기술개발' 기획이 완료되는 등 정부 R&D사업이 착수되기를 기대한다"고 덧붙였다.

 웨어러블 로봇의 연구개발 사례(출처: 인간능력 증강 웨어러블 로봇 기획보고서(2018, 산업부))
 웨어러블 로봇의 연구개발 사례(출처: 인간능력 증강 웨어러블 로봇 기획보고서(2018, 산업부))



bsc9@news1.kr

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