보행 보조 로봇은 장애인 및 다리에 이상이 있는 사람이 착용해 앉고, 서고, 걷게 함으로써 다리의 하체 근골격계의 회복과 재활훈련을 보조하는 착용형 재활 및 보조 로봇이다. 재활 의료기기의 신체기능 복원과 이동 및 생활지원기기 분야는 물론 산업용, 구조용, 군사용 등 특수목적 분야에 다양하게 활용된다. 보행 보조 로봇 분야 특허 기술 트렌드 및 시장 동향을 살펴본다. <편집자>

급속한 고령화 사회…. 노인성 및 퇴행성 질환 사용자 증가

재활 및 보행보조 로봇은 대부분 목발(crutch)과 함께 사용해 다리의 마비(paralysis)나 위약(weakness)이 있는 사람(또는 환자)이 앉은 상태에서 일어서기, 걷기, 선 상태에서 앉기와 같이 두 다리를 이용해 일상적인 이동을 가능하게 해줄 뿐만 아니라 평지, 계단 등 다양한 환경에서 보행에 필요한 운동 기술(motor skill)을 다시 습득할 수 있게 해준다.

보행보조 로봇 ※ 출처: rewalk.com, eksobionics.com

최근 주목받고 있는 것이 ‘재활 및 보행보조 로봇’으로, 이전의 단순한 원리의 보행 보조기에 비해 컴퓨터 온 모듈, 센서, 구동모터, 충전식 배터리 등 첨단기술이 접목되어 그 활용도가 매우 개선됐다.

‘재활 및 보행보조 로봇’의 적용을 통해 인간중심적이며, 반복적인 걷기가 가능하고 환자의 개선과정을 모니터링을 제공함으로써 인체의 다리 가동성을 안전하게 회복할 수 있게 됐다. 이에 따라 보행재활 및 훈련을 전문으로 하는 병원 등 의료기관에서 수요가 점차적으로 증가하고 있다.

다리형 HAL ※ 출처: www.cyberdyne.jp

‘재활 및 보행보조 로봇’의 적용분야는 다음과 같다. 현재 병원의 의사나 치료사에 의해 실시되는 기립 및 보행훈련 등 재활 치료 및 훈련에 있어, 사용자에게 더 큰 동기를 부여하며 능동적 및 자발적으로 움직일 수 있게 해준다. 이를 통해 병원, 재활원 등 의료기관에서의 수요가 증가할 것으로 예상된다.

특히 고령화 사회로 급속하게 변하고 있는 국내 추세에 따라, 노인성 및 퇴행성 질환에 의한 사용자가 크게 증가할 것으로 볼 때 그 수요는 크게 늘어날 전망이다.

경증의 불완전마비 척수손상 보조 로봇… 현대로템, 삼성전자

국내에는 척수손상 장애인이 사용할 수 있을 정도의 ‘재활 및 보행보조 로봇’을 제조하는 업체는 없는 것으로 알려져 있다. 다만 경증의 불완전마비 척수손상이나 보행에 이상이 있는 사람을 대상으로 한 제품을 연구개발 및 생산하는 곳은 SG 로보틱스가 있다.

H-MEX ※ 출처: HMG journal

그 외 현대자동차의 현대로템 등이 착용형 보행 로봇 개발을 완료해 인증을 위한 임상실험을 준비하고 있으며, 한국생산기술연구원, 삼성 등에서도 연구개발 중인 것으로 조사됐다.

현대로템의 H-MEX는 세계 가전제품박람회에서 시제품으로 공개됐으며, 현재 인증을 위해 임상실험 중인 것으로 알려져 있다. 시제품은 등 부분에 착탈식 배터리 팩, 양쪽 엉덩이 부분에 액추에이터, 발판 센서 등이 특징이며, 무게 18 kg 및 한 번 충전으로 4시간 사용이 가능한 것으로 알려져 있다.

현대자동차가 출원한 보행 보조 로봇 시스템 및 그 제어방법(walking assistanc robot system and control method therefor)특허는 클러치를 사용해야 하는 하반신 마비 환자용 보행 보조 로봇 구동 시 적절한 무게 균형이 유지된 상태인지 판단한 이후 로봇을 구동시킴으로써 보행 안전성을 향상시킬 수 있는 제어 기술이다.

해당 보행 보조 로봇 시스템은 팔다리 마비 환자를 위한 클러치를 구비 한 보행 보조 로봇을 제공하는데, 여기에서 안정적인 보행이 가능하도록 적절한 체중 균형이 유지되는지 판단한 후, 보행 안전성을 높이기 위해 로봇을 제어하는 기술이다. 복수의 센서에서 검출된 지면반력에 기반하여 착용자의 보행의도를 판단하고 판단된 보행의도에 따라 관절구동부를 제어하는 컨트롤 시스템이다.

삼성전자가 등록한 ‘조인트 조립체 및이를 포함하는 보행 보조 로봇 ‘특허는 사용자의 움직임을 보조하는 관절 조립체 및 이를 포함하는 보행 보조 로봇 기술이다. 감소한 체중을 보조하거나 무거운 물체를 운반하기 위한 사용자의 힘을 증폭시키기 위한 보조 장치로 사용될 수있다.

보건의료용 로봇 출하량… 2021년까지 3만 8,400대 넘어

헬스케어 분야의 로봇은 수술 로봇(surgical robots), 병원 로봇(hospital robots), 재활 로봇(rehabilitation robots)으로 구분할 수 있다. 세부적으로는 ▲수술 지원 로봇 ▲병원 물류 로봇 ▲소독 로봇 ▲간호 로봇 ▲재활에 사용되는 외골격 로봇 ▲로봇 인공 관절 및 ▲기타 다양한 형태의 로봇 유형을 포함한다.

외골격 로봇 제품 개발 사례

전 세계에서 이미 수백 개의 회사가 의료 로봇 시장의 다양한 측면에서 활발히 활동하며, 좀 더 광범위한 응용을 위해 전문화된 최첨단 로봇 장치가 개발되고 있다. 로봇의 유용성에 주목한 보건의료 분야에서 로봇 도입이 확대되면서 헬스케어 로봇의 세계 시장도 성장세를 이어갈 전망이다.

Global Wearable Robotic Exoskeleton Market by Application 2016-2026
※ 출처 : BIS Research Analysis, https://bisresearch.com/about-us, 2016

시장조사업체 Tractica에 따르면, 보건의료용 로봇 출하량은 2016년 약 3,400대에서 2021년까지 누적 대수가 3만 8,400대를 넘어설 전망이다. 지역별로는 북미 지역이 시장을 주도하는 가운데, 2021년까지 아시아 태평양 지역의 비중이 꾸준히 증가할 것으로 예측된다.

기술&시장 분석 시리즈는 한국발명진흥회 지식재산평가센터가 다년간 축적해온 기술시장 자료를 기반으로 작성됐다. 기술가치평가는 사업화하려는 기술이나 사업화된 기술이 해당 사업을 통해 창출하는 경제적 가치(금액)를 시장에서 일반적으로 인정된 가치평가 원칙과 방법론에 입각해 평가하는 작업이다. 한국발명진흥회 지식재산평가센터는 기술이전 및 사업화 촉진에 관한 법률 제 35조, 발명진흥법 제28조 등에 따른 정부 공인 기술평가기관이다.