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KAIST, 국제사이보그올림픽 2연패, 세계 최고 아이언맨 재탄생
우리 연구진이 로봇 기술로 장애를 극복하자는 취지의 사이배슬론 국제대회에서 2016년 제1회 대회 동메달, 2020년 제2회 대회 금메달에 이어 제3회 대회인 2024년 대회에서 우승을 거머쥐며 디펜딩 챔피언의 타이틀을 지켜냈다.
우리 대학 기계공학과 공경철 교수(㈜엔젤로보틱스 의장)가 이끄는 엑소랩(EXO-Lab)과 무브랩(Move Lab), ㈜엔젤로보틱스 공동 연구팀이 개발한 하반신마비 장애인을 위한 웨어러블 로봇 ‘워크온슈트F1’으로, 27일에 열린 제3회 사이배슬론(Cybathlon)에 출전하여 우승을 차지했다고 28일 밝혔다.
사이배슬론은 로봇 기술로 장애를 극복하자는 취지로 스위스에서 처음 개최된 국제대회로, 일명 사이보그 올림픽이라 불린다. 매번 대회를 마친 후 바로 다음 대회의 미션들이 발표되고, 전 세계 연구팀들이 주어진 미션을 통과하기 위하여 4년여 동안 로봇 기술을 연구 개발한다.
웨어러블 로봇 종목 뿐만 아니라, 로봇 의수, 로봇 의족, 로봇 휠체어 등 8가지 종목이 열린다. 이번 제3회 사이배슬론 대회에는 총 26개 국가에서 71개 팀이 참가했다. 공경철 교수 연구팀은 지난 대회와 마찬가지로 웨어러블 로봇 종목에 참가했다.
웨어러블 로봇 종목은 사이배슬론의 핵심이라고 부를 만큼 하이라이트를 받는 종목이다. 의수나 의족 종목에서는 로봇이 아닌 고전적인 보조기를 착용한 장애인 선수가 우승을 하는 등, 로봇 기술보다 장애인 선수의 능력이 더 중요하게 작용하는 경우가 많다.
하지만 웨어러블 로봇 종목은 하반신 완전마비 장애인이 로봇에 완전히 의존하여 직접 걸으면서 다양한 미션을 수행해야 하는 만큼, 기술적 난이도도 높고 로봇 기술에 대한 의존도 또한 높다.
실제로 이번 대회의 미션을 보고 많은 팀이 출전을 포기했고, 기술 개발 과정에서도 반 이상의 연구팀들이 포기를 선언했다. 결국, 실제 경기에는 한국, 스위스, 독일, 네덜란드 등의 총 6팀만이 참가했다. 스위스 본진의 연구팀마저 포기를 선언했다.
이번 대회에서 특히 웨어러블 로봇 종목에 중도 포기한 팀이 많이 발생한 이유는 유난히 미션의 난이도가 높았기 때문이다. 대부분의 연구팀들이 하반신마비 장애인을 일으켜 걷는 것도 버거운 수준의 기술을 갖고 있는데, 지팡이 없이 걷도록 한다거나, 양손을 사용하여 칼질을 해야 하는 등 무리한 미션이 많이 등장했기 때문이다.
이렇게 미션의 난이도가 올라간 이유는 지난 대회 때 공 교수 연구팀이 주어진 모든 미션을 너무 빠르게 완수했기 때문이다. 실제로 지난 대회에서는 워크온슈트4를 착용한 김병욱 선수(하반신마비 장애인)에게 진짜 장애인이 맞느냐는 질문이 나오기도 했다.
공 교수 연구팀은 미션들을 성공적으로 수행하기 위하여 워크온슈트F1을 개발해냈다. 모터가 장착된 관절이 6개에서 12개로 늘었고, 모터의 출력 자체도 지난 대회보다 2배 이상 출력이 강화되었다. 발에 있는 6채널 지면반력 센서는 로봇의 균형을 1초에 천 번 측정하여 균형을 유지시키도록 하였다. 장애물을 감지하기 위하여 카메라를 설치하였고 인공지능 신경망 구현을 위한 AI 보드도 탑재시켰다.
그리고 대회 미션과는 관계 없이, 착용자 스스로 로봇을 착용할 수 있도록 스스로 걸어와 휠체어에서 도킹할 수 있는 기능을 구현하였다. 이 과정에서 모든 부품을 국산화했고, 모든 기초기술을 내재화했다. 로봇의 디자인은 우리 대학 산업디자인학과 박현준 교수가 맡아 사람과 로봇의 조화를 추구했다.
결국, 대회의 결과는 예상대로였다. 애초에 공 교수 연구팀을 겨냥해 만들어진 미션들을 수행할 수 있는 팀은 공 교수 연구팀 밖에 없었다. 좁은 의자 사이로 옆걸음, 박스 옮기기, 지팡이 없는 자유 보행, 문 통과하기, 주방에서 음식 다루기 등의 미션들을 6분 41초 기록으로 성공했다.
2위, 3위를 차지한 스위스와 태국 팀들은 10분을 모두 사용하면서도 2개 미션을 수행하는데 그쳤다. 애초에 적수가 되지 않는 경기였다. 사이배슬론 중계진도 경쟁보다는 워크온슈트F1의 성능에 더 큰 놀라움과 관심을 보였다.
이번 Team KAIST의 주장인 박정수 연구원은 “애초에 우리 스스로와의 경쟁이라 생각하고 기술적 초격차를 보여주는 것에 집중했는데, 좋은 결과까지 따라와서 매우 기쁘고 자랑스럽다”며, “아직 공개하지 않은 워크온슈트F1의 다양한 기능을 계속해서 공개할 예정”이라고 밝혔다.
팀의 하반신마비 장애인 선수인 김승환 연구원은 “세계 최고인 대한민국의 웨어러블 로봇 기술을 내 몸으로 알릴 수 있어서 너무나 감격스럽다”라며 소감을 밝혔다.
한편, 공 교수 연구팀은 지난 2020년 대회 이후로 ㈜엔젤로보틱스를 통하여 웨어러블 로봇을 상용화하는데 성공했다. 2022년에는 의료보험 수가의 적용을 받는 최초의 웨어러블 로봇인 “엔젤렉스M20”을 보급하기 시작했고, 그 결과 ㈜엔젤로보틱스는 지난 3월에 성공적으로 코스닥 상장했다.
이번 대회로 쌓인 다양한 노하우와 기초기술을 바탕으로 또 어떤 웨어러블 로봇이 우리의 일상생활을 바꿀 것인지, 미래가 더 기대된다.
<영상 목록>
결승경기 (자체촬영) : https://youtu.be/3ASAtvkiOhw
결승경기 및 인터뷰 (공식영상) : https://youtu.be/FSfxOTpDjSE
결승경기 및 인터뷰 (요약) : https://youtu.be/Sb_vd5-3f_0
2024.10.28 조회수 8359 -
웨어러블 로봇이 걸어와 장애인에게 착용되다니!
하반신 완전마비 장애인을 위해 우리 연구진이 이제는 휠체어에서 내릴 필요 없이 로봇이 직접 걸어와서 타인의 도움 없이 바로 착용할 수 있도록 개발한 새로운 웨어러블 로봇을 공개하였다. 또한, 공경철 교수팀은 2020년 사이배슬론(Cybathlon)의 웨어러블 로봇 종목에서 금메달을 딴 이후 4년 만에 열리는 제3회 사이배슬론에 출전한다.
우리 대학 기계공학과 공경철 교수(엔젤로보틱스 의장) 연구진이 하반신마비 장애인용 웨어러블 로봇의 새로운 버전, 워크온슈트 F1 (WalkON Suit F1)을 24일 공개했다.
워크온슈트는 연구팀이 2015년부터 지속적으로 연구해 온 하반신마비 장애인을 위한 웨어러블 로봇이다. 이번 로봇은 하반신마비 중에서도 중증도가 가장 높은 ASIA-A(완전마비)레벨을 대상으로 한다. 따라서 현재 ㈜엔젤로보틱스의 상용화를 통해 전국적으로 보급되고 있는 재활치료 및 근력 보조 웨어러블 로봇과는 개발 목적이 다르다.
이미 공 교수 연구팀은 2016년에 워크온슈트1을 처음으로 발표한 이후, 2020년에 워크온슈트4를 발표하면서 보행속도를 시속 3.2km까지 끌어올려 비장애인의 정상 보행속도를 달성한 바 있다. 이외에도 일상생활에서 마주할 수 있는 좁은 통로, 문, 계단 등의 장애물을 통과하는 기능을 선보였다.
그러나, 로봇을 착용하기 위해 타인의 도움이 반드시 필요하다는 모든 웨어러블 로봇이 가진 본질적인 문제를 똑같이 갖고 있었다. 로봇을 입고 나면 타인의 도움 없이 걸을 수 있는데, 로봇을 입기 위해 누군가의 도움이 필요한 것이다.
이번에 새로 공개한 워크온슈트 F1은 이러한 본질적인 문제에 대한 기술적인 해결 방안을 제시했다. 휠체어에서 내리지 않고 타인의 도움 없이 로봇을 바로 착용할 수 있도록 후면 착용 방식이 아닌, 전면 착용 방식을 적용했다.
또한 로봇을 착용하기 전에는 마치 휴머노이드처럼 스스로 걸어와 착용자에게 다가온다. 무게중심을 능동적으로 제어하는 기능을 적용해서, 착용자가 로봇을 잘못 밀더라도 넘어지지 않고 균형을 유지하는 기능도 구현됐다. 휴머노이드와 웨어러블 로봇을 넘나드는 워크온슈트 F1의 디자인은 우리 대학 산업디자인학과 박현준 교수가 맡았다.
웨어러블 로봇 본연의 기능도 대폭 개선됐다. 직립 상태에서는 두 손을 자유롭게 사용할 수 있는 것은 물론이고, 지팡이 없이 수 걸음을 걸을 수 있도록 균형 제어 성능이 향상됐다.
부품 단위에서의 기술 발전도 주목할 만하다. ㈜엔젤로보틱스와의 긴밀한 협업으로 로봇의 핵심부품인 모터와 감속기, 모터드라이버, 메인 회로 등을 전부 국산화했으며, 모터와 감속기 모듈의 출력밀도는 기존 연구팀의 기술에 비해 약 2배(무게당 파워 기준), 모터드라이버의 제어 성능은 해외 최고 기술 대비 약 3배(주파수 응답속도 기준) 향상됐다.
특히, 고가의 상위제어기를 사용하지 않아도 고급 모션제어 알고리즘을 안정적으로 구현할 수 있도록 모터드라이버의 임베디드 소프트웨어 기술이 대폭 향상됐다. 이외에도 장애물 감지를 위한 비전, 인공지능 적용을 위한 AI보드 등이 탑재됐다.
공 교수는, “워크온슈트는 장애인을 위한 웨어러블 로봇 기술의 결정체”라고 설명하면서, “워크온슈트에서 파생된 수많은 부품, 제어, 모듈 기술들이 웨어러블 로봇 산업 전체의 표준을 제시하고 있다”고 밝혔다.
공 교수 연구팀은 워크온슈트F1을 공개하면서, 4년 만에 열리는 제3회 사이배슬론에 출전한다고 밝혔다. 10월 27일 열리는 이번 대회는 박정수 연구원을 주장으로, 김승환 연구원(완전마비 장애인)이 선수로 참가할 예정이다.
이번에 새로 열리는 대회는 지난 대회보다 미션의 난이도가 대폭 올랐으며, 그 수도 6개에서 10개로 늘어났다. 일부 미션은 일상생활에서 마주할 만한 수준을 넘어 지나치게 도전적으로 설정했다는 비판이 나올 정도다.
이에 대해 박정수 주장은 “이미 지난 대회에서 1등을 차지한 만큼 이번 대회에서는 순위 경쟁보다는 기술적 초격차를 보여주는 것이 목표다”라고 포부를 밝혔다.
사이배슬론 대회는 스위스에서 4년마다 개최되는 장애 극복 사이보그 올림픽이다. 이번 대회는 10월 27일 일부 참가자는 스위스 현지에서, 일부는 각국의 경기장에서 생중계하는 하이브리드 방식으로 진행된다. 공 교수 연구팀은 엔젤로보틱스의 선행연구소(플래닛대전) 내에 설치된 경기시설에서 온라인으로 참가한다.
한편, 워크온슈트F1의 시연 영상은 아래 링크를 통해 확인할 수 있다.
(https://www.youtube.com/KyoungchulKong_EXO-Lab)
2024.10.24 조회수 14685 -
기계공학과 공경철 교수, 아이뉴스24 소셜DNA 혁신상 포용상 수상
"데이터, 네트워크, 인공지능은 미래산업의 핵심이자 웨어러블 로봇의 심장입니다. 웨어러블 로봇에서 쏟아지는 데이터를 이용해 모두가 오래 건강하게 살 수 있도록 하는 데 기여하겠습니다."
우리 대학 기계공학과 공경철 교수(엔젤로보틱스 대표)는 지난 2일 서울 드래곤시티호텔 그랜드볼룸 한라홀에서 개최한 '제2회 아이뉴스24 소셜D·N·A 혁신상' 시상식에서 한국지능정보사회진흥원장상인 '포용상'을 수상하고 "기술개발에 매진하면서도 따뜻한 마음을 잃지 말라는 뜻으로 포용상을 주신 것 같다"며 이같은 소감을 전했다.
'소셜D·N·A혁신상'은 아이뉴스24가 창간 20주년을 맞은 지난해 사회적 가치 실현의 일환으로 과기정통부와 함께 제정한 상이다. 4차 산업혁명 시대의 사회문제를 해결하고 포용적 혁신성장을 실현할 데이터(Data), 네트워크(Network), 인공지능(AI) 분야 우수 사례를 발굴해 시상한다.
엔젤로보틱스는 장애인들을 위한 '착용형 보행보조로봇'을 개발하고 있는 스타트업이다. 로봇공학자인 공경철 교수와 재활치료 전문의인 나동욱 교수(세브란스 재활병원)가 의기투합해 2017년 창업했다. 공경철 교수 연구실은 회사 설립 전인 2016년 스위스에서 처음 열린 사이배슬론 국제대회에서 착용형 외골격로봇(웨어러블 로봇) 부문 3위에 입상하면서 이름을 알렸다. 2020년 열린 2회 대회에서는 금메달과 동메달을 석권, 웨어러블 로봇 분야의 기술력을 입증했다. (사이배슬론(Cybathlon)은 인조인간을 뜻하는 사이보그(cyborg)와 경기를 의미하는 애슬론(athlon)을 합성해 만든 단어로, 신체 일부가 불편한 장애인들이 로봇과 같은 생체 공학 보조 장치를 착용하고 미션 수행을 겨루는 대회다. 2016년 스위스 취리히 연방 공과대학교(ETH)가 대회를 창설했다)
현재 회사의 주력 제품은 하지 재활을 위한 보행훈련 로봇인 '엔젤렉스(ANGEL LEGS) 메디컬'이다.
뇌성마비나 선천성 보행장애를 가진 소아에서부터 뇌졸중, 근력저하 등 노인성 질환으로 인한 보행장애 환자들이 스스로 걸을 수 있는 능력을 회복해 일상에 복귀할 수 있도록 돕는 제품이다. 지난해 말부터 병원 보급이 시작돼 현재 전국 13개 의료기관에 16대가 도입됐다. 조만간 말레이시아 재활병원에도 도입될 예정이다. 최근에는 정부의 공공조달 혁신제품에도 선정돼 공공 의료기관으로의 보급확대도 기대할 수 있게 됐다.
이 밖에 병원이 아닌 집에서 재활훈련을 할 수 있는 '엔젤렉스 홈', 일상생활을 위한 보조기기인 '엔젤 앵클' 등을 출시해 장애발생시 입원치료→재활훈련→퇴원→자가훈련→일상복귀에 이르는 전 사이클을 지원할 계획이다.
공경철 교수는 "기술개발은 다 해 놓았지만 이를 어떤 서비스로 완성할 것인지 고민하고 있다"고 말했다. 로봇 대회 참가는 기술을 겨루는 것이지만 사용자에게는 실제로 재활치료에 도움을 주는 제품이어야 하기 때문이다. "사용자에게 로봇은 신기한 미래기술이 아니라 생활에 필요한 필수 제품이어야 하기 때문에 개발자의 시각이 아닌 철저하게 사용자의 입장에서 생각하며 로봇을 만들겠다"는 게 그의 철학이다.
다음은 공경철 교수와의 일문일답.
-작년 사이배슬론 대회에서 우승하는 장면이 인상적이었다. 회사를 알리는 데 많은 도움이 됐을 것 같다
국제대회 참여는 우리 회사의 정체성을 상징적으로 보여주기 위한 것이다. 직원들의 동기부여에도 굉장한 도움이 된다. 사실 2016년 대회 때는 외부 지원없이 우리 팀이 모든 것을 하느라 정말 고생을 많이 했다. 첫 대회 이후 LG전자가 선제적으로 투자해 줘서 창업을 하게 된 직접적인 계기도 됐다. 2회 대회부터는 산업부에서 예산지원도 받고 공동연구 참여기관들도 많아져서 도움이 많이 됐다.
-이제 창업 4년째인데 실제 제품 판매는 어느 정도 이루어지고 있나
작년말부터 매출이 발생하기 시작했다. 올해는 현재까지 약 10억원의 매출을 올렸다. 올해 목표는 20억원으로 잡고 있다. 병원 보급이 본격화되고 있어서 내년부터는 본격적인 매출이 발생할 것으로 기대하고 있다. (다른 부대사업 없이) 오로지 로봇판매로만 거둔 매출이다.
-실제 치료효과는 얼마나 있나
임상에 적용하기 시작한지 얼마 되지 않았지만 기존의 재활치료로는 얻기 어려웠던 재활효과를 얻었다는 연구가 나오고 있다. 현재 14개 병원에서 사용하고 있는데 병원마다 환경이 달라서 다양한 피드백을 받고 있다. 굉장히 만족하는 병원도 있고 그렇지 않은 경우도 있는데 전반적으로 괜찮은 편이다. 사용하는 병원이 늘어나면서 데이터도 쏟아지고 있는데 이를 통해 나날이 개선하고 있다. 데이터가 우리 회사의 자산이다.
-엔젤로보틱스의 핵심 기술 경쟁력은
웨어러블 로봇은 저마다 목표로 하는 시장이 달라서 특별히 서로간에 경쟁업체라고 생각하는 기업들이 있지는 않다. 우리가 타깃으로 하는 재활로봇 분야에서는 로봇공학 기술과 임상 기술이 잘 어우러진 게 가장 독특한 점이 아닐까 싶다. 로봇공학으로 말하면 우리는 환자별로 다르게 튜닝할 수 있도록 힘제어가 잘되는 정밀한 구동기 기술, 몸에 센서를 붙이지 않고 의도를 파악하는 기술, 빠르게 걸으면서 균형을 유지하는 기술 등을 갖고 있고, 임상적으로는 환자마다 다른 임상 상황에서 적절한 보조방법, 재활정도에 대한 평가기술, 치료사 인터페이스, 개인 맞춤형 착용부 제작 등 다양한 기술이 접목된다.
-현재 판매하고 있는 엔젤렉스 메디컬 외에 앵클, 홈 등은 어떤 제품인가
엔젤렉스 메디컬은 의료기기다. 병원에서 의사의 처방에 따라 치료사가 사용하는 재활치료기기다. 반면 앵클과 홈은 퇴원 후에 집에서 재활훈련을 하거나, 일상에서 사용할 수 있게 만든 보조기기다. 개발은 마무리됐지만, 현재 병원에서 사용성을 평가하고 있다. (장애를 회복하기 위한) 재활기기와 (회복불가능한 장애에 대한) 보조기기는 전혀 다른 개념의 기술이어서 사용자들의 평가를 받아 제대로 된 제품이라고 인정받으면 출시할 것이다.
-대학에서 학생들을 가르치면서 기업을 경영하는 게 쉽지 않을 텐데 창업을 하게 된 동기는
웨어러블 로봇 연구를 하다 보니 이게 결국 사람보고 하는 연구인데, 사람한테 입혀줘야 의미가 있는데 라는 생각이 들잖아요? 그럴려면 병원도 끼고 가야지, 제품에 대한 인정도 받아야지, 연구실에서는 할 수 없는게 많았다. 내가 벌려놓은 연구의 끝을 보고 싶다는 그런 막연한 느낌? 그런 게 가장 컸다. 그래서 박사학위를 할 때 의공학도 부전공으로 했다. 재활치료에 대한 임상 전문의의 도움이 필요해 세브란스병원의 나동욱 교수님을 찾아갔는데 서로가 원하는 게 맞아 떨어져서 창업을 하게 됐다. 물론 막상 창업을 하고 보니 연구실에서 생각한 것과는 많이 다르다.
-엔젤로보틱스의 향후 비전은?
사람이 걷는다는 것은 다양한 의미를 내포하고 있다. 근육활동이면서 두뇌활동이다. 아프거나 늙어서 보행장애가 발생하면 자존감이 하락하고 건강이 나빠진다. 우리의 최종 목표는 병원이 아니라 일상 생활공간이다. 장애인들도 일상에서 사용하면서 걸어 다닐 수 있는 행복을 누릴 수 있게 만드는 것, 보행이라는 운동효과를 집에서도 누리게 하는 것이 목표다.
엔젤로보틱스는 최근 180억원의 시리즈B 투자를 유치했다. 공 대표는 "다행히 투자를 잘 받아서 큰 걱정은 덜었다"면서 내년 하반기에는 기업공개를 할 수 있도록 노력할 계획이라고 밝혔다.
관련기사: https://www.inews24.com/view/1419288
2021.11.10 조회수 13769 -
공경철 교수팀, 사이배슬론 2020 국제대회 1·3위 석권
우리 대학 기계공학과 공경철 교수가 이끄는 팀 엔젤로보틱스가 지난 13일 우리 대학 본원 캠퍼스에서 열린 사이배슬론(Cybathlon) 2020 국제대회에서 압도적인 기량을 선보이며 금메달과 동메달을 석권했다.
착용형 외골격 로봇 종목에 출전한 김병욱 선수(47세, 남)는 ▴소파에서 일어나 컵 쌓기 ▴장애물 지그재그 통과하기 ▴험지 걷기 ▴계단 오르내리기 ▴옆 경사로 통과 ▴경사로 및 문 통과하기 등 6개의 임무를 3분 47초 만에 완벽하게 수행하며 금메달을 차지했다.
함께 출전한 이주현 선수(20세, 여) 역시 모든 임무를 성공적으로 수행하는데 5분 51초를 기록해 동메달의 주인공이 됐다. 은메달은 6개의 미션을 4분 40초 동안 수행한 스위스 팀이 차지했다.
다른 출전팀과 비교해 월등한 기술력과 선수들의 로봇 운용 능력을 선보인 공 교수팀은 2016년 열린 1회 대회에서 김병욱 선수가 동메달을 획득한 이후 4년 만에 세계 최정상의 자리에 올랐다.
김병욱 선수는 "4년 전 동메달의 아쉬움을 이번 대회 금메달로 깨끗하게 풀어냈다ˮ고 말했다. 이어, "공경철 교수님과 여러 연구진이 있었기에 오늘의 결과가 가능했다ˮ고 감사의 인사를 전했다.
이어, 이주현 선수는 "순위권에 들 수 있을까 걱정을 많이 했는데 동메달을 따게 되어 기쁘다ˮ며, "이번 대회에 참가하는 동안 보고 배운 연구진의 열정을 마음에 교훈으로 간직하고 앞으로 살아갈 것ˮ이라고 대회를 마무리한 소감을 밝혔다.
이번 대회에서 선수들이 착용한 워크온슈트4는 KAIST 공경철 교수의 연구팀을 중심으로 (주)엔젤로보틱스, 세브란스 재활병원, 영남대학교, (주)에스톡스, 재활공학연구소 등이 협업하고 산업기술평가관리원(산업통상자원부)을 비롯한 여러 기관의 지원을 바탕으로 개발됐다.
로봇 기술을 각 선수의 신체 특성 및 보행 패턴에 최적화시켜 적용하기 위해 올해 2월 대표 선수 선발 이후 9개월간 최정수 영남대학교 로봇기계공학과 교수와 우한승 KAIST 기계공학과 박사 후 연구원의 감독 아래 훈련을 진행했다.
이전 모델과 비교해 연속 보행 속도를 8배 이상 높이고 착용자가 느끼는 무게감을 현저히 낮추는 등 4년간의 연구를 통해 향상시킨 워크온슈트4의 기술력은 공 교수팀이 이룬 이번 쾌거의 바탕이 됐다.
공경철 교수는 "금메달과 동메달을 동시에 석권한 것은 하반신 마비 장애인 선수들의 노력과 더불어 워크온슈트4에 적용된 로봇 기술의 우수성을 증명하는 것ˮ이라고 소감을 밝혔다. 이어, "아이언맨이 실제로 개발된다면 대한민국에서 가장 먼저 완성될 것ˮ이라고 자신감을 드러냈다.
실제로 공 교수팀은 국제대회 참가용 수트 개발과 동시에 (주)엔젤로보틱스를 창업해 착용형 로봇의 상용화에 앞장서고 있다. 최근 하지 부분 마비 환자를 위한 보행 재활 훈련 로봇의 의료기기 인증을 마무리하고 세브란스 재활병원 등 실제 치료 현장에 보급하는 단계에 이르렀다.
한편, 총 20개국 53개 팀이 참여한 사이배슬론 2020 국제 대회는 코로나19의 확산으로 출전 선수들이 속한 전 세계 33개 지역에 경기장을 짓고 다원 중계를 하는 방식으로 진행되었다. 공 교수팀이 출전한 착용형 외골격 로봇 종목에는 8개국 소속 12명의 선수가 기량을 겨뤘다.
2020.11.16 조회수 33651 -
공경철 교수팀, 13일 사이배슬론 2020 국제대회 참가
우리대학 기계공학과 공경철 교수 연구팀이 13일 오후 3시 대전 본원에서 열리는 사이배슬론(cybathlon) 2020 국제대회에 참가한다.
사이배슬론은 신체 일부가 불편한 장애인들이 로봇과 같은 생체 공학 보조 장치를 착용하고 겨루는 국제대회다. 지난 2016년 첫 대회가 개최된 후 올해 5월 스위스에서 2회 대회가 열릴 예정이었으나, 코로나19 팬데믹으로 인해 대회 일정이 9월에서 11월로 두 차례 변경되는 등 난항을 겪었다. 게다가, 최근 유럽 지역에 코로나19가 재확산 되어 영국과 프랑스, 독일 등 유럽 각국이 봉쇄령을 잇따라 발표하는 등 상황이 악화돼 대회 주최 측은 출전팀이 속한 각 국에 개별 경기장을 설치해 분산 개최하는 방식으로 대회 규정을 변경했다.
공 교수팀은 6개 장애물을 포함해 국제 규격에 맞춰 제작된 경기장을 KAIST 대전 본원에 설치하고 착용형(웨어러블) 로봇 종목에 출전한다. 주최 측은 각 경기 현장마다 심판을 파견해 분산 개최되는 대회의 공정성을 확보할 예정이다. 또한, 현장 기록 및 결과 공유를 위해 실시간 영상 전송 플랫폼을 도입하는 등 온라인으로 진행되는 대회에서 발생할 수 있는 각종 문제를 최소화하는 방안들을 마련했다.
6개의 종목으로 구성된 사이배슬론 2020 국제대회에는 25개국 소속의 60여 개 팀이 참여하며, 공 교수팀이 출전하는 착용형 로봇 종목에는 미국·스위스 등 8개 국을 대표해 출전한 12명의 선수가 진검승부를 펼친다.
착용형 로봇 종목은 하반신이 완전 마비된 장애인 선수가 두 다리를 감싸는 외골격형 로봇을 입은 상태로 평지 및 험지 걷기·앉았다 일어서기·계단 오르내리기·계단 및 측면 경사로 보행 등 6개의 장애물을 통과해 부여된 임무를 완수하는 경기다. 임무 완수의 정확도에 따라 점수가 주어지는데 10분 안에 얻은 점수를 합산해 선수의 최종 성적으로 기록한다. 총점이 같을 경우 짧은 시간 안에 경기를 완료한 선수가 우위에 오른다. 대회 당일에는 출전 선수 별로 총 3번의 도전 기회가 주어지며 이 중 가장 좋은 성적을 기준으로 상대 선수들과 경쟁하게 된다.
공 교수팀은 지난 2월 김병욱(47, 남)·이주현 (20, 여) 씨를 대표 선수로 선발해 최정수 교수(영남대학교 로봇기계학과)와 우한승 박사(KAIST 기계공학과 연구원)의 감독 아래 9개월 간 훈련을 진행해왔다. 현재, 두 선수 모두 6개의 장애물을 어려움 없이 통과해 임무를 완수하는 수준에 이르렀으며, 계단 위에서 중심을 잃는 등의 극한 상황을 가정해 이를 극복하는 훈련을 진행 중이다.
주최 측은 한국 시간으로 14일 오후 11시(스위스 시간 오후 3시)에 최종 순위 발표 및 메달 수여식을 진행하고 출전 팀 경기 영상을 사이배슬론 홈페이지(www.cybathlon.com)에 공개한다.
공 교수팀이 출전하는 착용형 외골격로봇 종목은 ▴뇌-기계 인터페이스 ▴전기자극 자전거 ▴로봇의수 ▴로봇의족 ▴전동 휠체어 등으로 구성된 사이배슬론의 여러 종목 중에서도 가장 큰 관심을 받는 분야다. 휠체어나 자전거 등 안정적인 보조 수단을 사용하는 다른 경기와는 달리 선수가 로봇을 착용하고 직접 보행해야하는 특성 때문이다. 약간의 기술적 오류만으로도 하반신이 마비된 선수가 넘어져 크게 다치는 위험 요소가 존재해 기술 난이도가 매우 높으며, 실존하는 가장 첨단의 착용형 로봇 기술이 총 집결돼 현실판 아이언맨 대회로도 불린다.
한편, 공 교수팀은 지난 1회 대회에서 동메달을 획득하는 등 착용형 로봇 분야에서 세계 최고로 손꼽히는 전문 연구팀으로 인정받고 있다. 이번 대회를 준비하기 위해 엔젤로보틱스, 세브란스 재활병원, 영남대학교, 재활공학연구소 등 각계 최고의 연구팀과 협력해 워크온슈트4를 개발했다.
연구 책임을 맡은 공경철 KAIST 기계공학과 교수는 "각국 연구팀들이 선의의 경쟁을 펼치며 장애를 극복하기 위한 기술을 개발하는 것이 대회의 본질인 만큼 코로나19에도 불구하고 대회가 개최되어 지난 4년간 발전시킨 기술을 공개하고 서로 배울 기회가 주어져 다행ˮ이라고 전했다. 공 교수는 이어 "그러나 대회의 성적은 기록으로 남기 때문에 좋은 결과를 얻기 위한 준비도 소홀히 하지 않았다ˮ고 강조했다.
지난 1회 대회에 이어 두 번째로 대회에 출전하는 김병욱 씨는 "국산 착용형 로봇 기술이 전 세계와 비교해 얼마나 우수한지 증명하는 좋은 기회가 될 것ˮ이라는 포부를 밝혔다.
또한, 이번 대회에 첫 출전하는 이주현 씨는 "이제는 남은 것은 자신과의 경쟁ˮ이라며, "장애를 로봇 기술로 이겨내는 장면을 통해 코로나19로 지친 전 국민들에게 희망을 전하고 싶다고ˮ고 각오를 드러냈다.
2020.11.04 조회수 31371 -
기계공학과 공경철 교수팀, 워크온슈트4 및 사이배슬론 2020 출전 선수 공개
우리대학 기계공학과 공경철 교수가 연세대학교 의과대학 세브란스병원 나동욱 교수와 공동 개발한 웨어러블 로봇인 '워크온슈트 4' 및 사이배슬론(Cybathlon) 2020' 대회에 출전할 선수를 15일 공개했다.
워크온슈트 4는 사이배슬론 2020에 출전하기 위해 새롭게 개발한 모델로 두 다리를 감싸는 외골격형 로봇이다. 모터를 이용한 힘으로 하반신을 전혀 사용하지 못하는 장애인들의 움직임을 보조할 수 있다. 일어나 걷는 등의 기본적인 동작은 물론 계단·오르막/내리막·옆경사·문 열기·험지 등 일상생활에서 자주 접하게 되는 장애물을 극복할 수 있도록 제작됐다.
이전까지 개발된 하반신 마비 장애인을 위한 웨어러블 로봇은 장시간 사용하기 어렵다는 한계가 존재했다. 하반신 기능을 소실해 근육 등 신체 기능이 퇴화한 장애인들이 로봇을 착용하고 움직이려면 수십 kg에 이르는 무게를 감당해야 했기 때문이다.
연구팀은 문제를 해결하기 위해 인체가 이루는 자연스러운 균형을 모사해 로봇의 무게중심을 설계하는 기술을 고안했다. 사용자 신체 각 부위에 정밀하게 밀착되는 착용부를 만든 뒤, 로봇 관절의 기준 위치를 조절해 무게중심을 정밀하게 맞춘 것이다.
또한, 착용자의 긴장 정도나 지면의 상태와 같은 외부 요인을 지능적으로 관측하고 제어하는 기술도 더했다. 로봇이 제공해야 하는 보조력은 사용하는 환경에 따라 크게 달라진다. 워크온슈트 4는 로봇이 착용자의 걸음을 30보 이내로 분석해 가장 적합한 보행패턴을 찾아 맞춤형으로 제공한다.
이를 통해, 하반신 마비 장애인들이 웨어러블 로봇을 착용하고 장시간 걷거나 설 수 있도록 월등하게 기능을 끌어올렸고 연속보행 시 1분당 40m 이상을 걸을 수 있게 된 성과도 거뒀다.
이는, 시간당 2~4km가량을 걷는 비장애인의 정상 보행 속도와 견줄만한 수준으로 그동안 전 세계적으로 보고된 하반신 완전 마비 장애인의 보행 기록 중 가장 빠른 속도다.
연구팀은 활발한 기술협력을 통해 일부 부품을 제외한 대부분의 구성 요소를 국산 기술로 완성했다. 로봇의 구조설계와 시스템 소프트웨어는 공경철·나동욱 교수가 공동 창업한 ㈜엔젤로보틱스에서 주도했다. 공학적 설계와 제어는 공경철 교수가, 보행 보조기로서의 구조와 대상자를 위한 필수 기능 등을 점검하는 생체역학 분야는 나동욱 교수가 분담해 맡았다.
개인맞춤형 탄소섬유 착용부는 재활공학연구소에서 연구를 진행했으며 로봇의 동작 생성과 디자인은 영남대학교 로봇기계공학과와 ㈜에스톡스가 각각 담당했다.
한편, 우리나라를 대표해 올해 개최예정인 `사이배슬론 2020'에 출전할 선수들은 지난 2월 KAIST에서 열린 선발전을 통해 결정됐다.
앉고 서서 물컵 정리하기·지그재그 장애물 통과·험지 보행·옆경사 보행 등 실제 대회에서 수행하게 될 미션이 선발전 평가항목으로 채택됐는데 작년 9월부터 출전을 준비해온 7명의 후보 선수 중 4명이 참가해 경기를 치렀다.
그 결과, 각각 2분 24초와 3분 35초의 기록으로 4개의 미션을 완수한 김병욱 씨(남, 46세)와 이주현 씨(여, 19세)가 국제대회에 출전할 최종 선수로 선발됐다.
현재 워크온슈트 4의 로봇기술은 선발된 두 선수의 개별적인 특성에 맞게 최적화되었으며, 두 선수 모두 6개의 모든 미션을 5분대에 통과할 정도로 기록이 향상되었다.
지금까지는 미국팀과 스위스팀이 4개의 미션을 6분대에 수행하는 기록을 공개했으며, 그 외 사이배슬론 참가팀은 모든 미션을 완벽하게 수행하지 못하는 단계에 머물러 있다.
선발전 1위에 오른 김병욱 씨는 1998년 뺑소니 사고로 장애를 얻은 뒤 2015년 공 교수 연구팀에 합류했다. 2016년 스위스에서 열린 제1회 사이배슬론 대회에서 워크온슈트의 초기모델을 착용하고 동메달을 딴 주인공으로 "우리나라의 웨어러블 로봇기술이 세계 최고 수준임을 직접 보여줄 것ˮ이라는 포부를 밝혔다.
2위에 오른 이주현 씨는 고등학교 3학년에 재학 중이던 작년 불의의 교통사고로 하반신이 마비됐다. 같은 해 6월 연구팀에 합류해 사이배슬론 2020 출전을 위한 훈련과 수능 시험을 준비를 병행했으며, 올해 초 최종 선수 선발 및 이화여대 정치외교학과 합격의 영광을 동시에 안았다.
공경철 KAIST 기계공학과 교수는 "지난 대회 이후 4년 동안 모든 연구원과 협력 기관들이 하나가 되어 수준 높은 기술을 개발할 수 있었고 선수들과도 큰 어려움 없이 훈련했다ˮ고 전했다. 이어, "다가올 국제대회는 워크온슈트 4의 기술적 우월성을 전 세계에 증명하는 중요한 무대가 될 것ˮ이라며 강한 자신감을 보였다.
2020.06.15 조회수 24126 -
공경철 교수, 사이배슬론 2020 출정식 개최
〈 장애인을 위한 보행보조로봇 '워크온슈트' 착용 시연 영상 〉
우리 대학 기계공학과 공경철 교수 팀이 일명 사이보그 올림픽이라 불리는 ‘사이배슬론 2020 국제대회’에 도전하기 위한 출정식을 24일 열었다.
사이배슬론(Cybathlon)은 신체 일부가 불편한 장애인들이 로봇과 같은 생체 공학 보조 장치를 착용하고 겨루는 국제대회로 4년에 한 번씩 개최된다.
〈 기계공학과 공경철 교수팀 사이배슬론 2020 출정식 단체 사진 〉
2016년 열린 1회 대회에서 착용형 외골격로봇(웨어러블 로봇) 종목 3위에 오른 공경철 교수 팀은 내년 5월 스위스에서 열리는 2회 대회에 연속으로 출전해 세계 1위에 도전한다.
공 교수 팀이 개발한 ‘워크온슈트’는 하반신 완전마비 장애인을 위해 개발된 보행보조 로봇으로 사람의 다리 근육 구조를 모방해 설계됐다. 지난 대회에서는 로봇을 착용한 선수가 앉고 서기, 지그재그 걷기, 경사로를 걸어 올라 닫힌 문을 열고 통과해 내려오기, 징검다리 걷기, 측면 경사로 걷기, 계단 오르내리기 등 총 6개의 코스 중 5개를 252초의 기록으로 통과했다.
2회 대회는 그동안 발전한 기술 수준을 반영해 코스의 난이도가 높아졌다. 공 교수는 이를 위해 대형 컨소시엄을 구성해 하지마비 장애인이 사용할 외골격로봇 개발과 대회 준비에 나섰다.
공경철 교수와 나동욱 교수(세브란스 재활병원)가 공동으로 창업한 ㈜엔젤로보틱스가 로봇기술을 담당하고 사람의 신체와 맞닿는 부분에 적용될 기술은 재활공학연구소가 개발한다. 완성된 로봇을 선수에게 적용하는 임상 훈련은 세브란스 재활병원이 맡았다. 이 외에도 영남대학교·국립교통재활병원·선문대학교·한국산업기술시험원·에스톡스 등이 참여한다.
내년 대회를 겨냥해 새롭게 제작되는 ‘워크온슈트4.0’은 완벽한 개인 맞춤형으로 양팔을 자유롭게 사용할 수 있는 형태로 만들어진다. 대회에서는 보조 도구 없이 제자리에 선 채 물컵을 정리하는 미션 수행에 활용될 예정이며, 로봇의 사용성을 향상시켜 목발을 항상 짚어야 하는 장애인들의 불편함을 일부 해소하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
컨소시엄의 총괄책임자인 공경철 교수는 “각 분야에서는 이미 세계 최고의 기술들이다. 이들을 잘 모으기만 해도 세계 최고의 로봇이 탄생할 것이다.”라며 자신감을 내비쳤다.
〈사이배슬론 선수 김병욱(45세) 씨가 하반신 완전마비 장애인을 위해 개발된 보행보조로봇 워크온슈트를 착용하고 시연을 보이고 있다. 〉
이날 열린 출정식에는 지난 대회에 출전했던 김병욱(45세) 선수가 ‘워크온슈트’를 착용하고 시연을 선보였다. 김 씨는 98년 뺑소니 사고로 하반신 전체가 마비되는 장애를 얻어 20년 가까이 휠체어에 의지해 생활해왔다. 지난 2015년 말 연세대 세브란스병원 재활의료진의 소개로 공경철 교수 연구팀에 합류한 뒤 약 5개월간에 걸친 훈련 끝에 로봇을 입고 두 다리로 걸어 국제대회 3위에 입상하는 쾌거를 이뤘다.
김병욱 씨는 “로봇을 입고 두 다리로 처음 섰던 날 다시 태어나는 기분이었다. 그날 밤 잠자리에 누웠을 때 아내 몰래 눈물을 흘렸다”고 회상했다.
지난 2016년 대회에서는 김 씨가 공 교수 연구팀의 유일한 선수였지만 오는 2020년 대회는 세브란스 재활병원·재활공학연구소·국립교통재활병원에서 각각 선발한 총 7명의 선수 후보가 준비한다. 모든 선수에게 개인 맞춤형으로 제작된 워크온슈트4.0을 지급해 보행 훈련을 진행한 뒤, 올해 11월에 대회에 출전할 선수 1명과 보궐 선수 1명을 최종 선발할 예정이다.
김병욱 씨는 “내부 경쟁이 생겨서 부담이 많이 커졌지만 여러 사람과 이 로봇의 혜택을 공유할 수 있어서 좋다. 여러 사용자의 목소리가 모아지면 로봇도 그만큼 더 좋아질 것”이라며 기대감을 밝혔다.
내년 대회를 준비하기 위한 로봇은 산업통상자원부의 지원을 받아 제작된다. 로봇 기술에 대한 연구개발자들의 관심은 물론이고 정부기관· 병원·일반 대중의 관심도 매우 커졌다는 것이 공 교수의 평이다.
출정식에 참여한 정양호 한국산업기술평가관리원장은 격려사를 통해 “장애인을 위한 로봇기술 개발은 정부가 적극적으로 지원해야 할 분야이며, 사이배슬론 대회 출전뿐만 아니라 로봇을 상용화하는 단계까지 지원할 계획이다.”라고 밝혔다.
〈 신성철 총장이 24일 대전 KAIST 기계공학동에서 열린 2020 사이배슬론 출정식에서 환영사를 하고 있다 〉
또한, 신성철 KAIST 총장은 “사람을 위한 로봇기술은 KAIST가 추구하는 핵심 가치인 도전·창의·배려를 가장 잘 표현하는 기술이며 앞으로도 KAIST는 약자를 위한 기술 개발에 전폭적인 투자를 아끼지 않겠다”며 사회적으로 책임 있는 혁신을 선도하겠다고 강조했다.
이날 출정식에는 김병욱 씨를 포함해 정우진(52세), 조영석(52세), 이종률(48세), 김상헌(36세), 김승환(32세), 이주현(18세) 씨 등 총 7명의 선수 후보와 가족, 40여 명의 연구팀이 참여해 내년 5월까지 계속될 긴 여정의 출발을 함께하며 결의를 다졌다.
신성철 KAIST 총장, 이상민 더불어민주당 국회의원, 정양호 한국산업기술평가관리원장, 김덕용 세브란스 재활병원장 등도 참여해 새롭게 시작하는 출정팀을 응원하고 격려했다.
사이배슬론은 장애를 극복하기 위해 개발된 로봇기술들을 한 자리에 모아놓고 선의의 경쟁을 펼치는 자리로, 단순한 대회를 넘어서 연구개발자들이 도전해야 할 가치와 목표를 제시한다는 점에서 순위 경쟁 이상의 의미를 인정받고 있다.
〈 기계공학과 공경철 교수와 사이배슬론 2020 선수 후보 김병욱 씨 〉
공경철 교수는 “대회에서 제시하는 미션들은 장애인들이 일상생활에서 가장 필요로 하는 동작들로 구성되어 있기 때문에 대회 코스만 충실히 따라가도 실제 장애인 사용자들을 위한 기술다운 기술을 개발할 수 있을 것”이라고 말했다. 공 교수는 이어 “순위에 얽매이지 않고 우리가 가진 기술력을 있는 그대로 전 세계 사람들에게 보여주겠다”며 굳은 포부를 밝혔다.
◎ 사이배슬론 소개
1. 사이배스론의 어원 · 인조인간을 뜻하는 사이보그(cyborg)와 경기를 의미하는 라틴어 애슬론(athlon)의 합성어
2. 사이배슬론의 정의 · 신체 일부가 불편한 장애인들이 로봇과 같은 생체 공학 보조장치를 착용하고 겨루는 경기. 장애를 극복하기 위해 개발된 로봇기술들을 한 자리에 모아놓고 선의의 경쟁을 펼치는 것에 의의를 둔다.
3. 대회 연혁
· 2016년 10월 1회 대회 개최(스위스) · 2020년 5월 2회 대회 개최 예정(스위스)
4. 대회 장소 · 스위스 아레나 경기장(클로텐(Kloten)시 소재)
5. 대회 종목
1) 뇌-기계 인터페이스
: 사지마비 장애인이 생각만으로 컴퓨터 속 아바타를 조종하는 경기
2) 전기자극 자전거
: 완전마비 장애인의 다리에 전기 자극을 주어 실행하는 자전거 경기
3) 로봇의수(바이오닉 암)
: 절단 장애인이 의수를 작용하고 일상생활의 동작을 수행하는 경기
4) 로봇의족(바이오닐 레그)
: 절단 장애인이 의족을 착용하고 도전적인 장애물을 통과하는 경기
5) 착용형 외골격로봇(웨어러블 로봇)
: 완전마비 장애인이 로봇을 착용하고 도전적인 장애물을 통과하는 경기
6) 전동 휠체어 : 완전마비 장애인이 휠체어를 타고 계단 등 장애물을 통과하는 경기
6. 착용형 외골격로봇(웨어러블 로봇) 경기 방식
· 예선: 서면 심사를 통과한 16개 팀이 6개 코스 수행(2020. 05. 02. 예정) · 결선: 예선 통과한 4개 팀이 6개 코스 수행(2020. 05. 03. 예정)
7. 착용형 외골격로봇(웨어러블 로봇) 평가 방식
· 총 6개의 코스 별로 부여된 미션 점수 합산
· 10분 이내에 획득한 점수로 순위 평가 · 총점이 같을 경우 미션 수행 시간이 짧은 팀이 우위에 오르는 방식
8. 각국 대회 참여 현황
· 2016년
: 미국, 독일, 스위스, 일본 등 25개국 56개 팀 66명의 파일럿(선수) 참여
· 2020년 : 미국, 독일, 스위스, 일본 등 25개국 66개 팀 참여
9. 2016년 대회 한국팀 참여 현황
· 공경철 교수팀
: 착용형 외골격로봇 종목 3위
· 고려대학교 뇌공학과 이성환 교수팀
: 뇌-기계 인터페이스 종목 출전
· 연세대학교 작업치료학과 김종배 교수팀 : 휠체어 종목 출전
2019.06.24 조회수 19026