미시간대 오픈소스 로봇 의족 VIDEO: An Open-Source Bionic Leg


美 미시간대, 오픈소스 로봇 의족 개발


'네이처 바이오메디컬 엔지니어링지'에 설계 및 임상실험 결과 게재


     미국 미시간대(Michigan State University) 연구팀이 보다 많은 사람이 안전하고 유용한 로봇 재활 치료기를 만들고 시험할 수 있도록 오픈소스 로봇 의족을 제작했다고 ‘IEEE 스펙트럼’이 6일(현지시간) 보도했다. 연구팀은 오픈소스 로봇 의족에 관한 설계 및 임상 실험 자료를 온라인에 발표했다.


Photo: Joseph Xu/Michigan Engineering

미국 미시간대 연구팀이 개발한 로봇 의족을 착용한 모습(사진=IEEE 스펙트럼)


 

An Open-Source Bionic Leg

Freely available designs could help drive advanced control systems


Details on the design and clinical tests of an open-source bionic leg are now freely available online, so that researchers can hopefully create and test safe and useful new prosthetics.



Bionic knees, ankles and legs under development worldwide to help patients walk are equipped with electric motors. Getting the most from such powered prosthetics requires safe and reliable control systems that can account for many different types of motion: for example, shifting from striding on level ground to walking up or down ramps or stairs.


However, developing such control systems has proven difficult. “The challenge stems from the fact that these limbs support a person's body weight,” says Elliott Rouse, a biomedical engineer and director of the neurobionics lab at the University of Michigan, Ann Arbor. “If it makes a mistake, a person can fall and get seriously injured. That's a really high burden on a control system, in addition to trying to have it help people with activities in their daily life.”


Part of the problem with designing these control systems is the fact that many research groups don't have access to prosthetic legs for testing purposes. As such, they have to either build their own, which is expensive and time-consuming, or rely on virtual testing, which may not adequately emulate real-life situations.


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https://spectrum.ieee.org/the-human-os/biomedical/bionics/opensource-bionicleg



via youtube

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전 세계적으로 많은 로봇 재활 치료기가 환자보행을 돕기 위해 개발되고 있다. 이 기기에는 전기모터가 장착되기 때문에 다양한 종류의 움직임을 구현할 수 있는 안전하고 신뢰성 있는 제어 시스템이 필요하다.




그러나 이같은 제어 시스템을 개발하는 일에는 몇 가지 어려움이 따른다. 미시간대 신경생물학 연구소 책임자인 ‘엘리엇 루즈(Elliott Rouse)’는 “이같은 문제는 팔다리가 사람의 체중을 지탱한다는 사실에서 비롯된다”며 “실수로 사람이 넘어지면 중상을 입을 수 있는데, 이는 일상 생활에서 사람들의 활동을 돕는 일과 함께 통제 시스템에 매우 높은 부담을 줄 수 있다”고 말했다.


Photo: Joseph Xu/Michigan Engineering

미국 미시간대 연구팀이 개발한 로봇 의족을 착용한 모습(사진=IEEE스펙트럼)

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또 다른 문제는 실험을 목적으로 로봇 의족을 사용할 수 없다는 사실이다. 이에 많은 연구팀이 많은 비용과 시간을 들여 의족을 자체적으로 개발하거나, 실제 상황을 온전히 모방하지 못함에도 불구하고 가상시험에 의존한다.


미시간대 연구팀은 이같은 문제를 해결하기 위해 ‘오픈소스 의족(Open Source Leg)’을 개발했다. 이들은 이번 연구 결과를 ‘네이처 바이오메디컬 엔지니어링(the journal Nature Biomedical Engineering)지’에 상세히 설명했는데, 여기에는 인공 팔다리를 조립하거나 부품을 주문하려는 연구진을 돕기 위해 단계별 무료 가이드도 함께 제공된다.또 하드웨어를 만들고 테스트하는 방법을 보여주는 비디오와, 예비 제어 시스템을 사용해 인공 팔다리를 프로그래밍하는 코드도 들어있다.


연구팀은 오픈소스 로봇 의족을 비교적 쉽게 조립, 제어, 유지 관리하기 위해 필요한 부품과 공급업체 수를 줄이는 방법을 택했다. 의족의 무릎과 발목관절은 독립적으로 작동할 수 있어 무릎 위·아래를 절단한 환자에 대한 연구도 가능하다.


각 조인트에는 내장 배터리와 자체 감지 및 제어 시스템 세트가 있어 실험실 외부에서도 테스트가 가능하다. 발의 유형이나 무릎 탄력 등 특정 연구에 맞게 의족의 설계 및 제어 기능을 커스터마이징할 수 있다.


의족은 BLDC 모터를 사용해 효율적이고, 미세한 제어 등이 가능하다. 무게는 4kg에 불과해 실제 다리보다 가볍다. 가격은 옵션에 따라 1만달러에서 3만달러까지 있다. 전기모터로 작동하는 상용화된 로봇 재활기기는 최대 10만달러까지 가격이 나간다는 게 연구팀의 설명이다.


연구팀은 다른 의족을 사용한 적 있는 세 명의 지원자를 대상으로 임상실험을 진행했다고 밝혔다. 새로운 로봇 의족을 착용한 이들은 계단을 오르는 등 물리치료사가 제시한 여러 목표를 완수했다고 말했다. 특히 착용 시 빠른 반응과 부드러움을 느낄 수 있었다는 설명이다.

조상협  robot3@irobotnews.com 로봇신문사




The Cybathlon pushes the limits of bionic technology


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