인공 손·발에서 장애아동 친구까지…의공학로봇, 어디까지 왔나?

 

 

 

 

 

KIST, ‘카로·로보짱·코워크·큘렉스’ 등 의료·재활로봇 개발 박차
시청각 정보로 환자 행동치료 돕는 지능형 휴머노이드 로봇도 

 

편안하고 안락한 인간의 삶을 위해 개발된 로봇이 의료를 돕는데 사용되고 있다. 원격 수술이 가능한 로봇에서 거동이 불편한 환자들의 다리가 되어주는 로봇, 자폐 치료를 돕는 로봇까지 과학자들은 다양한 의료로봇개발에 박차를 가하고 있다.

 

KIST는 1980년 후반부터 다양한 로봇연구를 시작해 다양한 원천기술을 보유하고 있다. 최근에는 원천기술에 BT, IT, NT 등을 접목시켜 손실된 인지적, 신체적 기능을 되살리는 재활 로봇에서 수술현장에 투입되는 로봇 등을 개발하는데 주력하고 있다.

 

치매 노인과 자폐환자 치료를 돕는 로봇과 상지 및 하지근력 강화 로봇 등 다양한 로봇이 개발되는 KIST 연구현장에 직접 찾아가봤다. 4월 장애인의 날을 맞아 KIST에 어떤 로봇들이 개발되고 있는지 살펴보자.

 

 

로봇으로 자폐환자 치료 “사람보다 아이컨텍·치료놀이 등 효과적”

 

 

"자폐환자의 경우 눈 맞춤을 하는데 심각한 어려움을 보이지만 로봇에게는 흥미를 가집니다. 이 같은 특성을 살린 로봇치료는 사람이 하기 힘든 반복치료나, 정량적 데이터를 모으는데 효과적입니다."

 

박성기 바이오닉스연구단 박사는 자폐치료로봇 '카로'를 개발하고 있다. '카로'는 어린아이를 닮은 휴머노이드타입 로봇으로  6~7세의 평균키 110cm로 제작됐다. 아이컨텍(eye contact)기능과 얼굴표정 인식, 치료놀이 등이 가능하다.

 

이미 해외에도 자폐치료로봇들이 개발돼있지만 대부분 사람이 리모컨으로 조종하는 방식으로 움직인다. 자폐환자가 로봇과 눈을 마주치느냐 안 마주치느냐에 따라 다음 행동을 결정하는 것이 사람이라는 것. 그러나 카로는 휴머노이드타입 로봇으로 스스로 환자와 주변상황을 인식해 지능적으로 동작하는 것이 특징이다.

 

 

박 박사는 "로봇으로 자폐치료를 도와주려면 로봇이 자폐환자의 행동을 이해해야 한다"며 "자폐를 치료하기 위해서는 치료사나 부모님과 함께 있어야하는데 그 상황을 로봇이 이해할 수 있도록 환경 센서를 이용했다"고 설명했다. 환경 센서란 치료환자의 주변을 이해할 수 있도록 3인칭 시점으로 카메라와 마이크로폰을 달아놓은 것을 말한다. 카로는 자신의 눈 위치의 시각정보와 3인칭 시점의 시각 및 청각 정보를 둘 다 받아들이면서 행동치료를 수행한다.

 

박 박사에 따르면 자폐환자는 현재까지 약물 치료가 어렵다. 조기에 행동치료를 하는 것이 지금으로서 가장 효과적인 치료 방법으로 행동치료의 핵심은 '사회적 상호작용'이다. 의사소통, 시선, 몸짓 등을 통해 서로 영향을 주고 받아야한다. 그러나 자폐환자들은 사회적 상호작용이 어려워 사람과 눈을 마주치거나 소통하기를 힘들어한다. 그러나 로봇을 활용했을 때에는 이야기가 조금 달라진다.

 

 

연구진의 실험 결과 사람의 눈을 보고 대화하기를 꺼려했던 자폐환자들이 로봇의 눈을 쳐다보며 반복 훈련하는 것을 확인했다. 박 박사는 "로봇은 얼굴이나 표정이 단순화 돼 있다 보니 환자들이 눈을 쳐다보는 것에 두려움이 없는 것으로 안다"며 "로봇을 두려워하지 않아 반복훈련하기 좋고, 훈련의 기록들을 정량적으로 모을 수 있어 상황 분석하는데 유리하다"고 설명했다.

 

그러나 로봇에 집중해 행동치료를 받는 자폐아동도 있는 반면, 흥미를 전혀 느끼지 못하는 자폐아동도 있어, 자폐 행동치료를 돕는 로봇 실용화는 아직도 갈 길이 멀다는 게 그의 설명이다. 그는 "약물치료는 임상에 따른 객관적인 지표를 만들 수 있지만 로봇을 활용한 행동치료는 객관화된 지표를 도출하기 어려운 면이 있다"면서 "몇 명의 치료 사례를 과학적이라 할 수 없기에 병원에서도 받아들일 수 있도록 하는 것이 또 다른 과제"라고 말했다. 

 

이어 "로봇으로 행동치료 후 행동스케일을 사람으로 연결시키는 것 또한 검증이 필요하다"면서 "올해 서울대 분당병원과 임상실험을 통해 ‘로봇치료가 가능성 있다‘라는 과학적 데이터를 수집하는 것이 목표"라고 덧붙였다.

 

 

근력 부족으로 움직이지 않는 팔·다리를 대신한다

 

 

KIST는 근력이 부족한 팔과 다리에 로봇을 부착해 일상생활이 가능하도록 근력을 보조하는 시스템로봇을 개발하고 있다.

상지근력 강화를 위해 김기훈 실감교류로보틱스 연구센터 박사팀이 '큘렉스(KULEX)'를, 하지근력 강화를 위해 김승종 바이오닉스연구단 박사팀이 '코워크(COWALK)'를 개발 중이다.

 

큘렉스는 상지에 힘이 부족한 사람이 활용할 수 있는 로봇이다. 휠체어, 식탁, 침대 등에 부착해 일상생활이 가능하도록 어깨-팔꿈치-손목-손의 근력을 보조한다. KIST의 메커니즘 기술로 개발된 큘렉스는 외국 제품에 비해 슬림하면서도 무거운 물건을 드는 힘이 강한 것이 특징이다.

 

 

큘렉스를 개발 중인 김기훈 실감교류로보틱스연구센터 박사는 “근력이 약해진 노약자분들이 큘렉스를 장착하면 근력이 강화돼 물건들을 손쉽게 잡을 수 있게 된다”며 “2~3년 후 상용화가 가능할 것”이라고 내다봤다.

코워크(COWALK)는 반신마비 후유증을 겪는 뇌졸중환자들의 보행재활을 위해 사용되는 로봇이다. 사람이 걷는데 중요한 균형을 잡고, 다리움직임 뿐 아니라 골반의 움직임도 컨트롤해 환자가 정상 보행에 가깝게 움직일 수 있도록 돕는 것이 특징이다.

 

현재 상용화된 보행재활 로봇 대부분은 걷는 속도가 일정해 환자가 자칫 지루함을 느낄 수 있다. 반면 코워크는 근전도 신호나 뇌전도 신호 등을 읽어내 환자가 걷고 싶어 하는 속도에 맞춰 보행재활을 할 수 있다.

 

연구 관계자는 "근전도 및 뇌전도 신호가 잘 전달되어 환자들이 재활운동을 편히 할 수 있게 기술을 성숙화 시킬 것"이라며 "빠르면 5년 안에 상용화 될 것으로 예상된다"고 말했다. 

 

 

장애학생의 친구가 되어주는 ‘로보짱’

 

 

장애학생 및 관심군 학생의 수는 전체 학생의 10%에 이를 정도로 심각한 사회문제로 대두되고 있지만 교육 및 복지예산의 한계로 담당교수 부족 및 적합한 교육방법을 찾기 어려운 문제점이 있다. 이에 김문상 바이오닉스연구단 박사팀이 '로보짱'을 개발했다. 사람을 불편해하는 자폐아동의 도우미로서 소통교육이 가능한 로봇이다.

 

로보짱은 지난해 10월 14일부터 경기도 오산시의 화성초등학교에서 실제로 운영되고 있다. 대구대학교특수교육·재활과학연구소가 개발한 사회성 향상 로봇 콘텐츠를 입력시켜 수업에 투입시킨 결과 참가 학생들의 수업 집중도 향상 및 학급 내 교유관계를 개선할 수 있는 가능성을 보여주고 있다.

 

 

로보짱은 다양한 감성을 표현하고, 지능적으로 이동할 수 있다. 또 원격에 있는 전문가가 개입해 교육을 진행하는 방식으로 교육 참여 학생들의 적극적인 흥미와 참여를 유도하고 있다. 교육이 끝난 후에는 스마트 장치를 활용해 아이들의 자연스러운 의견을 수집하게 된다.

 

로보짱 시스템의 중요요소인 사회성 향상 로봇 콘텐츠는 자폐 아동들이 흔히 가장 힘들어하는 부분인 사회성 증진을 위한 사회적 인식, 자기 통제, 효율적 의사소통, 의미있는 관계형성 및 유지, 의사결정 및 문제대처 등의 26개 프로그램으로 구성되어 있다. 이 외에도 흥미 유발을 위한 노래, 게임 등이 준비되어 있어 아이들에  지속적인 몰입감을 유도할 수 있다.

교육을 담당하는 대구대 관계자와 화성초등학교 교사들은 "기존 교육방식에 소통의 한계를 보여주던 학생들이 로봇에는 매우 적극적인 흥미와 집중을 보이고 있어 이들의 사회성 증진 및 학교 교육 등에 매우 커다란 효과를 보이고 있다"고 밝혔다.

 

김문상 박사는 "이번에 개발된 장애아동로봇시스템은 2014년 본격적인 2차적 연구를 위해 덴마크와의 국제 협력 등이 예정되어 있어 향후 유럽국가 등에 상용화를 위한 발판을 마련할 수 있을 것으로 보인다"고 말했다.

한편, 지능 로봇 기술을 실제 공공교육 현장에서 본격적으로 이용한 사례는 그동안 전 세계적으로 보기 힘들었던 방식이다. 김문상 박사팀의 다양한 지능로봇 기술과 기존의 KIST의 영어교사 보조 로봇, 노인을 위한 치매예방 훈련로봇 등의 경험을 바탕으로 가능했다.