웨어러블 로봇이란?

웨어러블 로봇은 사람의 몸에 착용해 근력이나 움직임을 보조하는 로봇을 말합니다. 사람을 대신해 일하는 산업용 로봇과 달리, 사람의 동작에 맞춰 힘을 보태는 것이 목적입니다. 그래서 얼마나 큰 힘을 내는가보다 사람의 움직임을 방해하지 않는가가 더 중요한 조건이 됩니다.

쓰이는 곳은 넓습니다. 물류센터의 상하차와 제조 라인의 머리 위 조립처럼 같은 동작을 반복하는 산업 현장, 환자를 들어 올리고 자세를 바꾸는 간병·요양 현장, 근력이 약해진 사람의 재활, 중량물을 다루면서도 기동성이 필요한 국방 분야가 대표적입니다.

학계에서는 '외골격(exoskeleton)'과 '엑소수트(exosuit)'를 구분해 부르기도 합니다. 강체 프레임으로 하중을 지지하는지, 인체 자체가 하중 경로가 되는지에 따라 나누는 구분입니다.

대부분의 능동형 웨어러블 로봇은 세 부분으로 이루어집니다. 센서가 사람의 움직임이나 의도를 감지하고, 제어기가 언제 얼마만큼 도울지 판단하며, 구동기가 실제로 힘을 냅니다. 수동형은 센서와 제어기 없이 탄성체가 저장한 힘을 돌려주는 방식으로, 전원이 필요 없다는 장점이 있습니다.

이 중에서 형태를 가장 크게 좌우하는 것이 구동기입니다. 힘을 만드는 장치가 어디에 자리 잡느냐에 따라 전체 구조가 따라 결정되기 때문입니다. 구동기가 단단한 프레임 위에 있으면 프레임이 있어야 하고, 몸에 얹힌 별도 부품이면 그것을 고정할 스트랩이 필요합니다.

그래서 웨어러블 로봇의 변화를 읽을 때는 '구동기가 어디에 있는가'를 기준으로 보면 이해가 쉽습니다. 아래 세 단계가 그 기준에 따른 구분입니다.

산업 현장에서는 물류센터의 상하차, 제조 라인의 머리 위 조립, 건설 현장의 자재 운반처럼 특정 부위에 부담이 쌓이는 반복 작업에 쓰입니다. 허리와 어깨가 가장 많이 다뤄지는 부위입니다.

간병·요양 현장에서는 환자를 들어 올리고 자세를 바꾸는 동작이 하루에도 수십 번 반복되기 때문에 허리 보조 수요가 큽니다. 재활 분야에서는 근력이 약해진 사람이 팔을 들거나 걷는 동작 자체를 돕는 용도로 연구가 이어지고 있습니다.

국방 분야에서는 군수·보급 현장의 중량물 취급과 기동성을 함께 요구하기 때문에, 가벼우면서도 움직임을 제약하지 않는 형태가 검토됩니다.

작업 유형이 첫 번째 기준입니다. 허리를 굽혔다 펴는 동작이 많은지, 팔을 머리 위로 드는 시간이 긴지에 따라 보조가 필요한 부위가 달라집니다. 여러 부위를 함께 쓰는 작업이라면 관절별 제품을 조합하거나 통합형을 검토하게 됩니다.

착용 시간도 중요합니다. 교대 근무 내내 입고 있어야 한다면 무게와 착용감이 성능보다 앞서는 조건이 됩니다. 아무리 힘이 세도 불편하면 현장에서 벗어 두기 때문입니다.

그 밖에 세탁이 필요한 환경인지, 기존 작업복·유니폼과 통합해야 하는지, 전원 공급이 가능한 환경인지가 선택을 가릅니다. 수동형은 전원이 필요 없다는 장점이 있고, 능동형은 힘의 크기와 시점을 제어할 수 있다는 장점이 있습니다.