광주과학기술원(GIST·총장 임기철)은 강지연 AI학과 교수팀이 옵토닉스, 화순전남대학교병원과 공동으로 침대에서 일어나거나 이동하기 어려운 환자가 누운 자세에서도 다리 운동을 할 수 있도록 돕는 맞춤형 침상 재활로봇 '필라테스봇(Pilates-Bot)'을 개발했다고 15일 밝혔다.
오랫동안 침대에 누워 지내는 환자는 근육이 약해지고 관절이 굳어 움직임이 더욱 어려워질 수 있어 꾸준한 운동이 중요하다. 그러나 침대에서 일어나기 어려운 환자는 운동 장비가 있는 곳까지 이동하는 것부터 쉽지 않다. 환자를 옮기거나 팔다리 운동을 반복해서 도와줄 인력도 필요하다. 특히 돌봄 인력의 고령화로 환자를 이동시키거나 운동을 보조하는 신체적 부담도 커질 수 있다.
연구팀은 환자를 재활 장비로 옮기는 대신, 재활로봇을 환자가 머무는 침대 주변으로 가져오는 방식에 착안했다. 환자의 다리에 연결되는 장치의 무게를 줄이기 위해 무거운 모터를 침대 주변의 프레임에 설치하고, 가벼운 케이블로 다리 보조기에 힘을 전달하는 '케이블 구동 방식'을 적용했다.
또한 바퀴가 달린 모듈형 프레임을 침대 주변으로 이동해 배치할 수 있고, 보조기와 케이블을 탈부착할 수 있도록 설계했다. 환자의 이동 부담을 줄이면서 침대 주변에서 운동을 준비하고 진행할 수 있도록 한 것이다.
연구팀이 제어 기술의 효과를 확인하기 위해 건강한 성인 8명을 대상으로 실험을 진행한 결과 새로운 제어 기술을 적용했을 때 근육의 전기적 활동을 나타내는 신호가 기존 방식보다 73% 높게 나타났다. 로봇이 근육 사용을 유도하기 위해 사용자의 움직임에 반대 방향으로 가하는 저항력도 기존보다 3.5배 높았다. 이때 목표한 관절 움직임 범위와 동작 정확도는 유지됐다.
현재 필라테스봇 시제품 제작을 마쳤으며, 의료기기 인허가를 위한 성능·안전성 시험과 기술문서를 준비하고 있다. 맞춤형 보조·저항 제어 기술을 다리와 몸통 운동으로 확대 적용하고, 침대의 자세 변화와 로봇 움직임을 연동하는 등 실제 사용 환경에 맞춰 기능을 개선할 계획이다.
강지연 교수는 “필라테스봇은 환자를 재활 장비로 옮기는 부담을 줄이고, 침대에서도 개인의 운동 능력에 맞춰 재활운동을 할 수 있도록 개발한 로봇”이라며 “공동개발 기관과 함께 실제 사용자의 요구를 반영하고, 필요한 보조와 적절한 운동 부하를 제공하는 기술을 고도화해 병원과 지역사회 돌봄 현장에서 활용할 수 있도록 하겠다”고 말했다.
전남광주=김한식 기자 hskim@etnews.com
