"6 DOF 로드셀을 구매하려고 하는데 Sunrise 로우 프로파일 옵션에 깊은 인상을 받았습니다."----재활 연구 전문가
이미지 출처: 미시간 대학교 신경생체학 연구실
인공지능의 발전과 함께 북미와 유럽의 연구자들은 의료 재활 연구 개발에서 눈부신 진전을 이루었습니다. 그중에서도 인공지능 보철물(로봇 보철물)이 많은 주목을 받고 있습니다. AI 보철물의 핵심 구성 요소 중 하나는 힘 제어 장치입니다. 기존 보철물은 사용자를 고정된 방식으로 지지하기 때문에, 사용자의 다른 팔다리와 신체 부위가 동작을 완료하기 위해 강성 보철물과 협력해야 하는 경우가 많습니다. 이러한 보철물은 움직임이 제한될 뿐만 아니라, 움직임의 조화가 이루어지지 않습니다. 넘어지기 쉽고 이차적인 합병증이 발생하여 환자에게 더 큰 어려움과 어려움을 안겨줍니다. 기존 보철물과 달리 로봇 보철물은 도로 상황과 움직임의 변화에 따라 수동적인 균형 지원이 아닌 능동적인 균형 지원을 제공하여 사용자가 더욱 자유롭게 행동하고 삶의 질을 크게 향상시킬 수 있도록 합니다.
이미지 출처: 오픈 소스 생체의학 다리의 설계 및 임상 구현, Alejandro F. Azocar. Nature Biomedical Engineering vol.
통계에 따르면 미국에는 최소 30만 명의 절단 환자가 있습니다. 중국에는 신체 장애인이 2,412만 명이며, 이 중 226만 명이 절단 환자이고, 39.8%만이 의족을 착용했습니다. 지난 2년간의 통계에 따르면 중국에서는 교통사고, 산업재해, 광산 사고 및 질병으로 인해 연평균 약 20만 건의 새로운 절단 환자가 발생합니다. 당뇨병으로 인한 절단 환자 수도 급증하고 있습니다. 의족은 나이가 들면서 교체해야 합니다. 또한 근력 약화, 근위축 또는 편마비 환자는 다시 서거나 움직일 수 있도록 도와주는 외골격과 같은 의료 보조기구가 필요합니다. 따라서 더욱 효율적이고 신뢰할 수 있는 스마트 의족과 스마트 외골격은 시장 수요와 사회적 의의가 매우 높습니다.
이미지 출처: UT Dallas 운동 제어 시스템 연구실
지능형 보철 장치의 힘 제어를 실현하려면 도로 상황의 변화를 실시간으로 감지하고 힘의 크기를 정밀하게 제어할 수 있는 6자유도 힘 센서가 필요합니다. 도로 상황의 복잡성, 동작의 가변성, 그리고 통합 제약 조건은 6자유도 힘 센서에 매우 높은 요건을 요구합니다. 힘과 모멘트의 범위 요건을 충족해야 할 뿐만 아니라 가볍고 얇아야 합니다. 사용자들은 조사 결과, 시중에서 SRI M35 초박형 시리즈 6자유도 힘 센서만이 이러한 모든 요건을 충족할 수 있다는 것을 알게 되었다고 밝혔습니다.
M35 시리즈는 18개 모델로 구성되어 있으며, 모두 두께 1cm 미만이며, 가장 작은 모델도 7.5mm에 불과합니다. 무게는 모두 0.26kg 미만이며, 가장 가벼운 모델도 0.01kg에 불과합니다. 비선형성 및 히스테리시스는 1%, 크로스토크는 3% 미만이며, 금속 호일 스트레인 게이지 기술로 제작되었습니다. 이처럼 얇고 가벼우며 컴팩트한 센서의 탁월한 성능은 자동차 안전 충돌 더미에서 시작하여 그 이상으로 확장해 온 SRI의 30년 설계 경험 덕분에 가능했습니다. 이러한 기술은 이제 더 많은 사람들의 안전을 보장하는 지능형 보철 장치 연구 개발에 활용되고 있습니다.
이미지 출처: 미시간 대학교 신경생체학 연구실, 운동제어 시스템 연구실
SRI 센서는 다른 주요 힘 센서 제조업체와 비교했을 때 가격 경쟁력이 매우 뛰어납니다. 강력한 기술력과 합리적인 가격으로 SRI는 입소문을 타고 유명 의료 재활 연구실과 로봇 보철 업계에서 큰 사랑을 받고 있습니다. 지난 7년 동안 미국, 중국, 캐나다, 일본, 이탈리아, 스페인 등 여러 국가의 생체공학 및 생체역학 연구원과 엔지니어들이 SRI 초박형 센서를 혁신적인 연구에 활용하여 수많은 학술 논문을 발표하고 괄목할 만한 성과를 거두었습니다.
다음 글에서는 SRI M35 초박형 시리즈가 의료 재활 분야에 어떻게 적용되는지 소개합니다. Nature와 IEEE 학술지에 발표된 지능형 보철 및 지능형 외골격 관련 최신 연구 결과도 함께 소개합니다. 기대해 주세요!
참조:
1. 미국 내 보철 및 보조기 환자 수 및 기타 추정치, Maurice A. LeBlanc, MS, CP
2. 오픈 소스 생체의학 의족 설계 및 임상 구현, Alejandro F. Azocar. Nature Biomedical Engineering vol.
3. 토크 밀도가 높고 역구동성이 뛰어난 동력식 무릎-발목 보조기의 설계 및 검증. Hanqi Zhu, 2017 IEEE 국제 로봇 및 자동화 컨퍼런스(ICRA)