선린대학 물리치료과

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손이 손상된 환자에게 더 나은 파지력을 제공하는 로봇 장갑

게시일 2015-06-08 17:17

유연한 착용형 로봇공학 전문가인 코너 월시(Conor Walsh)는 미국 하버드 대의 공학 및 응용과학부(SEAS: School of Engineering and Applied Sciences) 및 위스 생체 모방 공학 연구소(Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering)의 연구자들과 협력하여 유연한 로봇 장갑을 개발하고 있다.

현재 개념을 증명하는 시작품을 제작하여 실험을 수행하는 단계에 있으며, 전도유망한 결과를 달성하였다. 이러한 로봇 장갑은 언젠가 손에 대한 운동 제어를 상실한 사람들이 일상생활의 독립성 일부를 회복하는 데에 도움이 될 수 있다.

손 운동 능력을 부분적으로 혹은 전체적으로 상실한 대부분의 환자들은 일상생활에서 쉽게 할 수 있는 많은 활동들을 수행할 수 없어서 삶의 질이 크게 낮아지는 것을 경험한다. 이러한 환자들은 감소된 파지력 및 손 운동 제어 능력의 상실로 인하여 셔츠의 단추 끼우기, 전화기 들기, 요리 도구 및 식사 도구 이용하기 등과 같이 보통의 사람들이 종종 당연하다고 여기는 작업을 수행할 수 없어 좌절감을 느끼게 된다.

그러나 이제 코너 월시가 가지는 유연한 착용형 로봇 시스템에 대한 전문지식과 로봇 장갑의 개발 덕택으로 이러한 상황이 변화될 가능성이 있다. 로봇 장갑의 개발 과정에서 로봇 장갑의 잠재적인 최종 사용자가 모든 단계의 시험 및 개발에 관여하였다.

이러한 전체적인 접근방법은 기술 개발이 기능성을 달성하는 것을 넘어 의도된 최종 사용자들에 의한 끊임없는 채택과 변형을 촉진하는 사회적 및 심리적 설계 요소를 결합하는 데에까지 이르는 것을 보장한다.

“우리는 이 프로젝트의 시작부터 연구를 수행하기 위하여 환자들의 가정을 방문하여 이들이 겪고 있는 실제 세계의 난관을 이해하는 데에 집중하였다”고 하버드 대의 공학 및 응용과학부(SEAS) 기계 및 의용생체 공학과 조교수이자, 하버드 바이오 설계 연구실(Harvard Biodesign Lab)의 창립자이며, 위스 생체 모방 공학 연구소의 핵심 연구원인 코너 월시가 말했다.

학부생들로 구성된 연구팀은 코너 월시가 개설한 ‘의학 장치 설계 과정(ES227 Medical Device Design Course)’의 일환으로 초기 로봇 장갑 설계에 기여하였다.

위스 생체 모방 공학 연구소의 기술 개발 연구원인 파나지오티스 폴리제리노스(Panagiotis Polygerinos) 박사와 위스 생체 모방 공학 연구소의 기계공학자인 케빈 겔러웨이(Kevin Galloway) 박사는 변형의 잠재력을 최대화하기 위한 노력으로 로봇 장갑 개발의 모든 단계에서 환자들의 피드백을 결합하였다.

“궁극적으로 환자들은 로봇 장갑의 착용을 편안하게 여겨야만 한다. 우리는 환자들이 로봇 장갑의 기능뿐만 아니라 그 외관에도 신경쓴다는 것을 알아냈다. 로봇 장갑의 외관은 환자들의 일상적 생활에서 환영을 받을지 여부에 큰 영향을 미칠 수 있다”고 케빈 겔러웨이 박사가 말했다.

이제 연구팀은 로봇 장갑의 제어 전략을 개선하는 연구를 수행하고 있다. 이러한 제어 전략은 로봇 장갑 시스템이 착용자의 의도를 탐지하도록 만들 것이다. 하나의 잠재적 해법은 환자의 팔뚝 근처 소매 끝동에 있는 소형 전기 센서를 이용하여 표면 근전도 검사를 이용하는 것이다. 이 근전도 검사 센서는 환자가 파지 동작을 수행하려고 할 때 운동 신경 세포(motor neuron)에 의하여 점화된 잔류 근육 신호(residual muscle signal)를 탐지하며, 로봇 장갑을 직접적으로 제어하는 데에 사용될 수 있다.

“우리는 계속하여 환자들이 착용하는 유연한 로봇 장갑의 설계를 시험하고 있다. 이러한 실험은 개별 환자들의 특별한 병리학에 맞춤형으로 대응하고, 어떠한 제어 전략이 최선으로 동작하는지를 이해하는 것과 연관된다. 그리고 우리는 이미 흥미진진한 개념 증명을 보여주는 실험 결과를 목격하고 있다”고 코너 월시가 말했다.“현재의 목표는 전체 시스템을 충분히 정교화하여 올해(2015년) 후반에 여러 환자들에게 실행 가능성을 알아보는 시험을 시작하는 것”이라고 코너 월시가 덧붙였다.

근육 위축병(muscular dystrophy), 근위축성 측색 경화증(ALS: amyotrophic lateral sclerosis, 루게릭병), 불완전한 척수 부상 등을 겪고 있는 환자들은 이 유연한 로봇 장갑이 지원하는 손 기능을 통하여 일상생활의 독립성 일부를 회복할 수 있다.

또한, 코너 월시와 그의 연구팀은 하버드 대 학제간 연구 정교수(Woodford L. and Ann A. Flowers University Professor)인 조지 화이트사이드즈(George Whitesides), 하버드 대의 공학 및 응용과학부(SEAS) 로버트 우드(Robert Wood) 교수와 협력하고 있으며, 이 두 교수는 모두 위스 생체 모방 공학 연구소의 핵심 연구자들이다. 이 로봇 장갑의 설계는 로봇 및 자동화 시스템과 관련된 국제학술지(명칭: Robotics and Autonomous Systems)에 출판되었으며, 연구팀은 최근에 로봇 및 자동화와 관련된 국제학술회의(명칭: International Conference on Robotics and Automation)에서 이러한 설계를 발표하였다.

그리고 올해(2015년) 8월에 연구팀이 수행한 근전도 측정을 이용한 제어 결과가 싱가포르에서 열리는 또 다른 로봇 연구와 관련된 국제학술회의(명칭: International Conference on Robotics Research)에서 발표될 예정이다.

연구팀은 미래에 이 로봇 장갑을 단순한 보조 기구를 넘어 다양한 손 병리학에 대한 재활 도구로 개발하는 데에 관심이 있다. 또한, 연구팀은 로봇 장갑이 손에 있는 관절에서 지원 기능을 수행하는 것을 확장하여 손상된 팔꿈치 및 어깨 운동도 지원할 계획이다.