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1 ISSN Vol. 58, No 년 월 제58권 제7호 기획시리즈 Healthcare Robot 기술개발 동향 및 사례 기술동향 2009년 여름철 최대부하시 전력계통 안정운영 방안

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4 기획시리즈 전기의세계 Vol. 58 No C O N T E N T S COVER STORY 학회 본부 임원 Healthcare Robot 기술개발 동향 및 사례 기술동향 2009년 여름철 최대부하시 전력계통 안정운영 방안 회기회장 백수현 차기회장 박종근 부회장 이영희 김문덕 구자윤 김건중 김호용 김희준 권영수 김영철 감 사 문영현 송효성 총무이사 김철진 황종영 재무이사 정도영 명근식 기획 정책이사 한성진 이상렬 김동현 회원 교육이사 이건영 이상철 김재언 편집이사 김상식 장재원 안진우 문승일 학술이사 조금배 심재선 강희전 이학성 사업이사 박대희 송재륜 김 용 민석원 국제이사 이병준 이 주 홍보이사 문영환 전기계 뉴스 12 현대 重, 태양광 발전 모듈 UL 획득 등 신기술 신제품 14 소비자의 차량을 이용해 슈퍼 마켓의 전력을 생산한다? 등 기획시리즈 (Healthcare Robot 기술개발 동향 및 사례) 20 감각 및 운동기능 증진을 위한 헬스케어 로봇 기술동향 김 경, 권대규 29 Wellness(건강증진 및 예방) 로봇 연구 동향 정경렬, 홍규석 35 노령자의 보행지원을 위한 지능형 헬스케어 로봇의 기술 동향 이응혁, 이동광, 공정식 45 프론티어 지능로봇사업단의 노인을 위한 Healthcare Robot 개발 소개 전도영, 이용권, 최문택, 김문상 54 노약자 및 장애인의 일상생활을 위한 홈 헬스케어 시스템 박광현, 변증남 부문회 회장 A부문 회장 B부문 회장 C부문 회장 D부문 회장 김호용 김희준 권영수 김영철

5 7월 행사 안내 7. 5 ~ 9 - ICEE 2009 국제학술회의개최(중국, 심양) ~ 17 - 제 40회 하계학술대회(무주리조트) 본부 제 7차 이사회 기술동향 년 여름철 최대부하시 전력계통 안정운영 방안 조종만, 이창근 학회참석보고 71 중국전기공정학회(CSEE) 제9기 전국회원대표대회 겸 학회 창립 75주년 기념식에 다녀와서 백수현 인물소개 년도 양흥석 학술상 수상자 정찬수 특허이야기 78 지역 특허창출을 위한 특허컨설팅 조재신 논문목차 80 전기학회논문지 7월호 목차 학회소식 81 학회 본부/부문회소식, 회비납부자 명단 등 89 학회일지

6 Transformers Oil Type Transformer Ventilated Dry Type Transformer Cast Resin Transformer Special Purpose Transformer 세계의 시선이 모이는 곳! 한발 앞선 기술로 미래도약. Reactor Motor Starting Reactor Condenser Series Reactor Inverter Reactor / DC Reactor Special Purpose Reactor Soft Starters Soft Starters(HV / LV) Sensors Proximity Switch Sensor Beam Sensor Ultra Sonic Sensor 지식경영과 기술개발로 고객 만족도를 극대화 시키고, 최상의 품질과 기술로 세계적인 기업으로 산일전기의 신뢰도를 쌓아 가겠습니다. 산일전기 주식회사 경기도 시흥시 정왕동 시화산업단지 3나 202호 대표전화: Fax:

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8 세계 초일류 제품들은 어떤 Motor를 사용할까요? 모두 SPG를 선택했습니다! GE, Whirlpool, ELECTROLUX 세계 초일류 제품으로 손꼽히는 미국의 3대 가전회사들도 한결같이 SPG Motor를 선택했습니다. 가전제품에서 산업용품까지 세계 최고품질의 모터 생산기업 SPG, 세계 모터의 표준이 됩니다. 유성감속기 동력 GEARED MOTOR WORM GEARHEAD (중실축, 중공축) STANDARD BLDC GEARED MOTORS STANDARD AC GEARED MOTORS SPEED CONTROL MOTORS(CONTROLLER) DC GEARED MOTORS SHADED POLE INDUCTION GEARED MOTORS CONDENSER RUN INDUCTION GEARED MOTORS BRAKE PACK OPTION 본 사 : 인천광역시 남동구 고잔동 B/L 12LOT TEL : (032) FAX : (032) 국내영업팀 : (직통) TEL : (032) FAX : (032)

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10 국고지원 전기분야 인재양성 특성화 대학 지식경제부와 한국에너지기술평가원에서 지원하는 기초인력양성사업으로 우수한 전력기술인 양성에 앞장서겠습니다! 취업률 제 고 특전 1. 우수 신입생 장학금 지급 2. 성적 우수자 해외연수 기초인력 양성사업 교육환경 개 선 우수인력 양 성 3. 국가기술자격 취득율 전국 최고 4. 산학협력 프로그램 교육과정 운영 대 학 명 학 과 명 총괄책임교수 전 화 강릉영동대학 강원도 강릉시 홍제동 1009 전기과 김제홍 경기공업대학 경기도 시흥시 정왕동 전기제어과 이해수 구미1대학 경북 구미시 부곡동 407 전기 에너지계열 오진훈 대덕대학 대전광역시 유성구 장동 48 전기과 박강식 두원공과대학 경기도 안성시 죽산면 장원리 678 전기과 김일동 명지전문대학 서울특별시 서대문구 홍은3동 전기과 한태환 순천제일대학 전남 순천시 제일대학길 17(덕월동) 전기자동화과 신규재 영진전문대학 대구광역시 북구 복현동 218 신재생에너지 전기계열 권기진 전남도립대학 전남 담양군 담양읍 향교리 262 신재생에너지 전기과 황종선 충청대학 전기전자학부 충북 청원군 강내면 월곡리 330 전기전공 이해기 033) ) ) ) ) ) ) ) ) ) (가나다순) 전력산업기초인력양성사업 전문대학협의회

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12 2009년도 대한전기학회 학술활동 일정표 학술행사 총괄표 구 분 개최횟수 내 용 개최기간 및 장소 전국학술대회 1회 1 하계학술대회 7월 14 일( 화)~ 17 일( 금) 무주리조트 부문학술대회 위원회 및 연구회 학술발표회 11개 지회 총회 및 행사 국제학술대회 6회 20회 이상 20회 이상 4회 1 전기기기 및 에너지변환시스템부문회 동계학술대회 2 전기기기 및 에너지변환시스템부문회 춘계학술대회 3 정보 및 제어부문회 정보 및 제어 심포지움 4 전력기술부문회 정기총회 및 추계학술대회 5 전기기기 및 에너지변환시스템부문회 정기총회 및 추계학술대회 6 전기물성응용부문회 정기총회 및 추계학술대회 7 정보 및 제어부문회 정기총회 및 추계학술대회 1 전기설비전문위원회 춘계학술대회 2 전기설비전문위원회 총회 및 추계학술대회 3 전문대학교육위원회 총회 및 계학술대회 4 19 개 연구회 학술발표, 심포지움 5 관련 학회 전문연구회 합동학술대회 제11회 한국MEMS 학술대회 ( 전기, 기계, 센서, 정밀공학회와 합동개최 ) 제16회 한국반도체학술대회 ( 전기, 전자, 재료, 물리학회와 합동 개최) 제16회 광전자 및 광통신 학술회의 ( 전기, 전자, 통신, 광학회와 합동 개최) 2월 20 일( 금) 한국전기연구원 4월 23 일( 목)~ 25 일( 토) 강원대 삼척캠퍼스 5월 7 일( 목)~ 8일( 금) 군산대학교 11월 6 일( 금)~ 7 일( 토) 고려대학교 10월 23 일( 금) 한국과학기술회관 11월 5 일( 목)~ 7 일( 토) 파라다이스호텔 ( 부산) 10월 15 일( 목)~17 일( 토) 휘닉스아일랜드 ( 제주) 4월 17 일( 금) ~18 일( 토) 동아대학교 11월 20 일( 금) ~21 일( 토) 마산대학 서울, 지방 4월 2 일( 목)~ 4 일( 토) 제주 KAL 호텔 2월 18 일( 수)~ 20 일( 금) 제주 신라호텔 5월 13 일( 수) ~15 일( 목) 한화콘도( 대 천) 지회별 학술발표, 총회, 산업시찰등 개최 2월-12 월 전국 각지역 1 ICEE 2009 국제학술회의 2 Intelec 2009 국제학술회의 개최 IEEE T&D Asia Conference & 4 Exposition ICEMS 2009 국제학술회의 7월 5 일( 일) ~ 9 일( 목) ( 중국 심양) 10월 18 일( 일) ~ 22 일( 목) ( 송도켄벤시아) 10월 26 일( 월) ~ 30 일( 금) (COEX) 11월 15 일( 일) ~ 18 일( 수) ( 일본 동경) 월별 학술 활동 일정표

13 확정되지 않은(지회 및 연구회 등) 행사의 날짜 및 장소가 결정되는 대로 월별 학술활동일정표에 추가됩니다.

14 전기의세계 NEWS 전 기 계 뉴 스 현대 重, 태양광 발전 모듈 UL 획득 국내 최초... 美 시장 진출 '가속화' 충북 음성에 위치한 현대중공업 태양광발전설비 공장. 현대중공업이 국내 최초로 태양광발전설비 분야에 서 미국 안전규격을 획득했다. 현대중공업은 최근 미국의 제품 안전 시험 기관인 UL(Underwriters Laboratories)로부터 태양광 발전 모 듈 부문에 대한 UL인증 을 획득, 미국 시장 진출이 더욱 가속화될 것으로 기대된다고 밝혔다. 116년의 역사를 가진 UL은 자체 안전 표준 및 관련 기 준에 따라 매년 수천 종의 제품을 테스트해 인증 마크를 부여하고 있으며, 북미 지역에서는 독보적인 신뢰도를 확보하고 있어 이 마크가 있어야만 수출이 가능하다. 특히 현대중공업은 인증 과정에서 보통 6개월 이상 걸리는 UL의 테스트를 4개월 만에 모두 통과해 제품 의 우수성과 기술력을 입증했다. 이에 앞서 현대중공업은 2006년 12월 유럽 28개국 에서 통용되는 국제 안전인증인 CE마크 와 전세계 43개국에서 통용되는 국제전기기술위원회(IEC) 의 안전 품질 인증 마크를 획득하기도 했다. 이로써 현대중공업은 국내 태양광발전설비 업체로 는 유일하게 UL, CE, IEC 등 3대 국제 규격과 에너지 관리공단이 주관하는 국내 신재생 에너지 설비 인 증 등을 모두 획득했다. 이와 관련 현대중공업 관계자는 이번 국제 인증 획득으로 유럽뿐 아니라 북미 시장에서도 태양광 발 전 분야 수주가 가능해졌다. 전 세계 시장 공략을 목 표로 품질 향상에 더욱 매진할 것 이라고 말했다. 현대중공업은 2004년부터 태양광발전사업을 추진 해 왔으며, 2008년 5월 충북 음성에 태양광발전설비 공장을 건설하는 등 폴리실리콘, 잉곳 웨이퍼, 태양 전지, 모듈, 발전시스템 등 태양광발전산업의 전 분 야에 진출한 국내 유일의 기업이다. 또한 이미 2006년 스페인 솔라파크에서 6천만 달 러 상당의 태양광발전 모듈을 수주하며 기술력을 인 정받았고, 국내 민간 아파트와 종합병원을 비롯해 전 남 해남과 장흥 등에서 대규모 태양광발전소 공사를 성공적으로 수행했다. 한수원, 우라늄 농축 공장 지분 획득 농축우라늄 수급에 안정, 가격 정보 획득에 큰 기대 우리나라가 우라늄 농축 분야에도 진출하게 됐다. 세계적 원자력회사인 프랑스 아레바 社 가 원전 르네상스 시대에 대비, 트리카스탱 지역에 짓고 있는 원심분리방식의 GB-Ⅱ 우라늄 농축공장 모습. 한국수력원자력(주)은 올 하반기 본격 가동에 나서 는 이 공장에 지분을 투자, 안정적으로 농축우라늄을 공급받을 수 있게 됐다. 15일 한국수력원자력(주)(사장 김종신 이하 한수원) 에 따르면 프랑스 아레바사가 건설중인 우라늄 농축공 장의 지분을 2.5% 확보키로 하고, 김종신 사장과 앤 로 베르종 아레바사 회장이 계약서에 서명했다고 밝혔다. 우리나라는 이번 계약을 통해 원전연료 제조상 가장 핵심적인 분야에 진출함으로써 경제적이고 안정적으로 농축우라늄 확보가 가능하게 됐다. <관련기사 11면> 아레바사는 현재 운영하고 있는 기체확산방식 공 장이 노후화돼 트리카스탱 지역에 원심분리방식의 GB-Ⅱ 공장을 2006년 9월 건설에 착수했으며, 올 하 반기 본격 가동에 들어간다. 아레바사는 공장을 건설하며 세계 유수 전력회사 와 전략적인 제휴 차원에서 한수원을 비롯, 일본 간 사이전력, 벨기에 수에즈, 프랑스 EDF 등 유명 전력 12 전기의 세계

15 전기의세계 NEWS 전 기 계 뉴 스 업체의 투자를 유치했다. GB-Ⅱ 공장의 최대 생산물량은 800만SWU(SWU : 농 축서비스 단위)로, 현재 전 세계 소요량의 약 15%에 달하 며, 향후 시설용량을 1100만SWU까지 증설할 계획이다. 한수원측은 이번 지분 참여로 향후 비상시에 농축 우라늄을 우선 공급받을 수 있게 됨에 따라 보다 안 정적이고 싼값에 농축서비스를 확보할 수 있게 됐으 며, 특히 GB-Ⅱ 이사회의 정식 멤버로 참여해, 농축 서비스 원가를 포함한 고급정보를 수시로 획득할 수 있게 돼 실제 농축공장을 보유, 운영하는 것과 똑같 은 효과를 거둘 수 있는 길이 열렸다고 설명했다. 김종신 사장은 우라늄 농축서비스 시장의 경우 원 전 확대추세에 따라 판매자가 시장을 주도하는 이른 바 판매자 시장 (Seller's Market)이 한동안 유지될 전망 이라며 국제관례상 상세한 투자금액 등 세부 내용을 밝힐 수는 없지만 이런 상황에서 해외 농축공 장 지분 매입은 안정적으로 농축서비스를 공급하는 것은 물론 원전 수출시 원전연료 공급까지도 희망하 는 원전 도입국들의 요구사항도 맞출 수 있는 유리한 기반을 구축하는 의미가 있다 고 밝혔다. 우라늄 농축 현물가격은 2007년 말 SWU당 143달 러에서 현재는 165달러 선으로 올랐으며, 시장가격 예측 전문기관인 UxC사는 오는 2010년대 초반까지 높은 가격이 유지될 것으로 전망했다. 한편 한수원은 지난해 미국, 영국, 러시아 등 3개국 4 개 회사에서 4억 6000만달러 규모의 농축 우라늄을 구매 했으며, 이들 회사와 10년 단위 장기 계약을 하고 있다. 여름철 아파트 정전사고 걱정 '끝' 한전, AMR활용한 아파트 정전예방 안내시스템 개발 전력사용량이 변압기 설비용량 초과 시 위험상황 알려 아파트에서 정전사고 가능성이 높아질 경우 자동으 로 관리사무소에 위험상황을 알리는 시스템이 개발됨 에 따라 아파트 정전사고가 크게 줄어들 전망이다. 한전은 여름철 아파트 정전사고 예방을 위해 원격 검침시스템(AMR)을 이용한 고압아파트 정전예방 안내시스템 을 개발, 전국 사업소에 설치하고 8일부 고압아파트 정전예방 안내시스템 개념도. 터 본격적인 운영에 들어갔다. 이 시스템은 고압아파트에 설치된 원격검침 계량기를 통해 아파트 변압기 사용량을 실시간 확인하고, 전력사용 량이 변압기 설비용량의 일정 수준을 초과하면 위험상황 을 아파트 관리사무소와 전기담당자에게 사전에 알린다. 때문에 여름철 아파트 전력사용량 급증에 따른 변 압기 과부하 정전사고를 예방할 수 있는 효과가 있다. 고압아파트는 한전으로부터 22.9kV 고압 배전선로 를 통해 전기를 공급받는 아파트로, 변압기 등 수전 설비를 관리사무소에서 자체적으로 설치`관리해 한 전 설비보다 사고 가능성이 높다. 한전 관계자는 여름철에 반복적으로 발생하는 아파 트 정전사고는 복구에 필요한 자재를 확보하고 공사를 하는데 많은 시간이 소요돼 아파트 입주민의 전기사용에 큰 불편을 초래할 뿐만 아니라 인근 주변지역까지 정전 사고를 파급시켜 지역주민의 전기사용에도 악영향을 미 친다 면서 또 고객의 관리책임 하에 있는 아파트 수전 설비에 의한 사고임에도 불구하고, 그 동안 한전 잘못에 의한 정전사고라는 오해를 많이 받아왔다 고 설명했다. 한전은 그러나 앞으로 고압아파트에 정전예방 안 내시스템을 설치할 경우 사고 발생 전 위험을 관리자 에게 알릴 수 있어 정전사고를 예방하는데 큰 기여를 할 것으로 기대했다. 한편 한전은 여름철 고압아파트의 수전설비 고장을 줄이기 위해 열화상진단(적외선촬영으로 과열지점 파 악), 정전예방 고객협조 요청안내문 발송 등 정전예방 활동을 적극 전개하는 한편 건설한 지 10년이 넘은 고압 아파트를 대상으로 수전설비 교체비용을 지원해왔다. 2005년부터 2008년까지 전국 1048개 아파트 단지 에 지급된 지원금은 214억원이며, 한전은 올해도 206 개 아파트에 약 40억원의 수전설비 교체비용을 지원 할 예정이다. 2009년 제58권 제7호 13

16 신 기 술 신 제 품 NEW PROJECT NEW TECHNOLOGY 소비자의 차량을 이용해 슈퍼마켓의 전력을 생산 한다? Gloucester에 위치한 Sainsbury`s 상점의 길에 설치된 동역학적 플레이트는 차량 이 그 위를 지나갈 때마다 매번 눌러지게 된다. (그림1) 이때 펌프 작용이 시작되 어 일련의 수압 파이프를 통해 발전기를 구동시킨다. 플레이트들은 시간당 30kW의 녹색 에너지를 생산할 수 있는데 이는 가게의 계 산대에 전력을 공급하기에 충분한 양이다. Gloucester Quays 스토어의 방식은 거대한 양의 전력을 발생시키기 위한 운동 에너지의 잠재력을 증명한다. 테마 공원들의 차도 상의 유사한 시스템은 롤러 코스터들이 달리도록 하기 위해 필요한 충분한 전력을 제공할 수 있었다. 그리고 도로 플레이트들은 국가 도로 시스템의 조명을 밝히기 위해 자동차도로 의 측면 도로에 사용될 수 있었다. Sainsbury`s의 환경 매니저인 Alison Austin은 "우리들이 고객들과 그러한 에너 지를 사용한 최초일 뿐만 아니라 이제는 소비자들이 지역 상점들을 더욱 녹색화하 도록 도울 수 있다. 우리는 주말 시장이 유지되기를 원한다. 이러한 기술의 사용을 통해 탄소 소비를 감소시킬 수 있을 것"이라고 말한다. Sainsbury`s는 최초에 Northampton의 저장소에 동역학적 도로 플레이트를 사용 했다. 그 성공적인 결과 후에, Sainsbury는 슈퍼마켓들에 기술을 출시하고 있다. (그림2) 플레이트들은 상점에서 에너지를 절약하는 여러 방법 중의 하나다. 지난 2년 동 안, 이 상점은 올림픽 수영장 크기 만한 풀을 채우기 충분한 빗물을 얻었고 -수세 식 화장실을 위해서-, 태양열 패널을 여름 동안 물을 끓이는데 사용하였다. 전면 창문과 지붕의 140개 태양 파이프는 인공적인 조명의 필요성을 감소시키고, 자동 감광식 조명은 더 밝은 날에는 더 적은 전기를 사용하도록 보장된다. 차가운 공기는 체크아웃 지역을 시원하게 하기 위해 냉장고들로부터 얻어진다. Sainsbury`s의 상점 개발 관리자인 David Sheehan은 "우리들은 서비스와 상점 환경을 개선하기 위해 최첨단 기술을 사용한다. 동시에 근본적으로 탄소 사용량을 줄이고 있다"고 말했다. 그림 1 그림 2 14 전기의 세계

17 신 기 술 신 제 품 NEW PROJECT NEW TECHNOLOGY 미세패턴 회로형성용 레지스트 기술 및 에칭 기술 개발 일본의 미츠비시제지( 三 菱 製 紙 )는 미세패턴 회로형성용 레지스트 기술 및 에칭 기술을 새로 개발했다고 발표하였다. 이 기술은 종래의 배선 패턴 제작공법인 서 브트랙티브(subtractive) 공법[주1]의 문제점을 해결한 것이다. 새로 개발된 레지스트 기술은 다음과 같다. 드라이필름 레지스트(DFR, dry film resist)[주2]를 사용한 레지스트 형성 프로세 스의 능력을 전반적으로 개선할 수 있는 새로운 공법을 개발하여 DFR의 미세화 과정에서의 한계를 크게 향상시키는데 성공하였다. 이 기술을 이용하면 지금까지 어려운 것으로 생각되어 오던 박막 레지스트층(최소 두께 2um)의 안정된 형성이 가능해진다. 또한 박막 레지스트 층을 형성할 때 발생하는 텐팅 불량이나 라미네 이션 불량 등의 문제를 해결할 수 있다. 종래의 서브트랙티브 공법은 일반적으로 필름 형태의 DFR을 라미네이션에 의해 구리 기판 위에 전사하여, 노광과 현상, 그 리고 에칭 등의 일련의 과정을 거쳐 배선 패턴을 형성하는 기술이다. 한편, 최근에 는 전자기기의 소형화와 고기능화를 위해 배선패턴을 보다 미세하게 형성하고 있 으며 좁은 배선 폭 때문에 배선 사이의 공간폭도 매우 좁아지고 있어 현상액이나 에칭액 등의 처리액이 배선 사이에 잘 들어가지 않는 문제가 발생하고 있다. 따라서 DFR의 막 두께를 얇게 하는 방법 등이 제안되고 있으나 DFR을 얇게 하 면 층간 접속용의 비아홀을 보호하기 위한 텐팅 불량, 또는 요철 기판에의 스텝 커 버리지 불량 등이 발생하여 서브트랙티브 공법에서의 기술적 한계를 극복하기 위 한 효과적인 수단의 개발이 요구되고 있는 실정이었다. 한편, 새로운 발상의 구리 에칭 기술을 함께 개발하였다. 새로 개발된 약액과 처 리 시스템을 이용하여 에칭 속도의 종형 이방성을 크게 높여 에칭 팩터 (배선 측면 의 기울기)가 높은 (배선 측면 기울기가 수직에 가까운) 구리 배선 형성이 가능해 졌다. 앞서 설명한 신규 레지스트 기술과 함께 적용함으로써 18um 두께의 구리 배 선을 40um 핏치 이하로 미세화할 수 있다. 또한 이 기술을 이용하여 레지스트의 선폭을 실제의 구리 배선보다 두껍게 형성하는 등의 번거로운 보정 작업을 생략할 수있다. 종래의 서브트랙티브 공법은 에칭이 기판의 면내 방향으로 진행하는 사이드 에 칭 현상에 의해 단면 형상이 마름모꼴(저 에칭팩터)로 되기 쉬워, 극단적로 배선 폭을 좁히면 배선의 상단 폭을 확보할 수 없기 때문에 이미 미세화의 한계에 도달 해 있는 상황이었다. [작성자 주1] 서브트랙티브 공법: 패키지 기판에서 Cu 적층판의 불필요한 구리 부분을 에칭 으로 제거하여 배선을 형성하는 방법이다. 이 방법에는 두 가지 결점이 있다. 첫 번째는 에 칭 공정 시 구리의 잔류 문제이다. 구리와 수지와의 밀착성을 높이기 위해 구리 표면을 거칠 게 하는 공정을 실시하는데 이 때문에 구리가 두꺼운 부분에서 완전 에칭되지 않고 잔류하 는 문제가 발생한다. 두 번째는 배선의 단면 형상이 직사각형이 되지 않는 문제이다. 따라서 서브트랙티브 공법은 미세 배선 형성에 적합하지 않은 것으로 인식되고 있다. 2009년 제58권 제7호 15

18 신 기 술 신 제 품 NEW PROJECT NEW TECHNOLOGY [작성자 주2] DFR: 드라이필름 레지스트는 단면, 양면, 다층 기판의 회로 형성에 사용되는 필름 형태의 에칭 공정용 레지스트이다. DFR은 베이스 필름 상에 도포된 포토레지스트 층 을 건조한 후, 보호필름을 포토레지스트 층에 라미네이션하는 방법으로 제조된다. 그림 1 미세패턴 회로형성용 레지스트 기술을 이 용하여 제작한 레지스트 패턴의 예이다. 그림 2 미세패턴 회로형성용 에칭 기술을 이용하 여 제작한 구리 회로 패턴의 예이다. 반도체 패키지의 소형화와 저비용화를 실현하기 위한 차세대 리드프 레임 기술 개발 일본의 대일본인쇄(DNP)는 반도체 패키지의 소형화와 저비용화가 가능한 최첨 단 초미세 가공기술을 이용한 차세대 리드프레임을 개발했다고 밝혔다. 이 기술은 랜드라고 불리는 반도체와 리드프레임의 접속 부분을 미세화하여 복수열 배치하 는 방법으로 소형, 고성능 반도체 칩을 실장할 수 있는 표면실장형 최첨단 반도체 플라스틱 패키지인 Land Grid Array(LGA) 대응 리드프레임이다. 현재 보급되어 있는 가능 소형의 반도체 플라스틱 패키지인 Quad Flat No lead Package(QFN)[주 1]와 비교하여 용적비로 1/4 정도이다. 또한 세계 최초로 리드프레임 기재에 하프 에칭을 실시함으로써 반도체 칩과 리드프레임과의 거리를 좁혀 반도체 칩과 리드 프레임의 접속에 사용하는 금 와이어의 사용량을 크게 줄이는데 성공하여 패키지 의 저비용화도 실현하였다. PC의 모바일화나 PDA 기능을 가지는 휴대전화 등, 다양한 전자기기의 소형화 와 고성능화에 따라 PC, 통신, AV 등의 기능을 하나로 집약한 모바일 전자기기가 실용화되고 있으며, 더욱 많은 기능의 실장이 요구되고 있는 상황이다. 이러한 요 구에 대응하기 위해 반도체 패키지 분야에서도 소형화, 박형화, 고밀도화에 대한 요구가 매우 빠른 속도로 높아지고 있다. 이번 기술 개발에서 DNP는 미세한 에칭 가공 기술을 이용하여 QFN 패키지보다 많은 단자를 가지는 고성능 반도체에 대응 이 가능한 LGA용 리드프레임을 개발하였다. 그림 1 왼쪽 그림은 종래의 LGA 패키지이고, 오른쪽 그림은 이번에 개발한 LGA 패키지의 모식도이다. 16 전기의 세계

19 신 기 술 신 제 품 NEW PROJECT NEW TECHNOLOGY 그림 2 왼쪽 그림은 QFN 패 그림 3 왼이번에 개발된 리드프레임의 외관이다. 키지 사진이고, 오른 쪽 그림은 이번에 개 LGA 패키지용 리드프레임은 관련 업체에서 개발되 발한 LGA 패키지의 사진이다. 어 왔으나, 이번에 DNP가 개발한 LGA용 리드프레임은 리드프레임 기재를 하프에칭으로 연장하여 반도체 칩 의 패드와의 간격을 종래의 2.5mm에서 0.8mm까지 좁히는데 성공함으로써 본딩 공정 시 금 와이어의 사용량을 1/3로 줄였다. 또한 랜드 배열을 QFN 패키지의 1열 에서 2열로 변경하여 세로 방향 40%, 가로 방향 40%, 높이 방향 20%씩 각각 줄임 으로써 용적비로 약 1/4의 소형화를 실현하였다. 지금까지는 에칭가공의 디자인 상 이유 때문에 랜드 배열은 1열로 하는 것으로 되어 있었지만 이번 기술 개발을 통해 하프에칭을 조절하는 기술을 개선함으로써 2열의 랜드 배열을 실현할 수 있 게 된 것이다. [주1] IC 칩의 표면 실장 패키지 방식의 하나이다. 패키지 아래 면에 랜드라고 불리는 미세한 평탄 전극을 1열로 배치하는 것이다. 2009년 제58권 제7호 17

20 PROJECT SERIES 09년 7월 기획시리즈

21 Healthcare Robot 기술개발 동향 및 사례 ㅣ 감각 및 운동기능 증진을 위한 헬스케어 로봇 기술동향 ㅣㅣ Wellness(건강증진 및 예방) 로봇 연구동향 ㅣㅣㅣ 노령자의 보행지원을 위한 지능형 헬스케어 로봇의 기술 동향 ㅣㅣㅣㅣ 프론티어 지능로봇사업단의 노인을 위한 Healthcare Robot 개발 소개 ㅣㅣㅣㅣㅣ 노약자 및 장애인의 일상생활을 위한 홈 헬스케어 시스템

22 기 획 시 리 즈 감각 및 운동기능 증진을 위한 헬스케어 로봇 기술동향 김 경 / 전북대학교 헬스케어공학과 권대규/ 전북대학교 헬스케어기술개발사업단/바이오메디컬공학부 Ⅰ. 서 론 1977년 세계건강회의가 제창한 모든 사람에게 건강 을 이라는 운동은 Alma-Ata 선언의 중요한 이정표가 되 었다. 거의 10년에 걸쳐 세계보건기구(WHO)의 검토가 결실을 맺은 1978년 구소련 Alma-Ata에서 WHO와 UNICEF가 공동 개최한 국제회의에서 WHO가 제안한 헬스케어에 관한 Alma-Ata 선언 이 받아드려졌다. 이 것을 계기로 세계 모든 인류의 건강을 지키고 향상시키 기 위하여 정부, 보건 그리고 개발 분야의 종사자들이 헬 스케어의 그 필요성이 더욱 더 강조되게 되었다. 이에 세 계보건기구(WHO)에서는 건강이란 손상이나 질병이 없는 상태만이 아닌, 신체적, 정신적, 사회적 건전 이라 는 종합적인 뜻으로 개념을 규정하고 있고, 헬스케어는 새로운 지역 보건뿐만 아니라 모든 인류의 건강 증진을 위한 방향을 제시하는 측면에서 매우 중요시되고 있다. 고령화 사회의 진행으로 인하여 개인의 건강에 대한 관심이 고도화되고 있으며, 이러한 건강에 관심은 노인 이나 장애자 뿐만 아니라, 좀 더 건강한 미래를 원하는 일반 사람에게도 큰 이슈가 되고 있다. 건강하고 장수하 는 삶을 원하는 사람들의 욕망은 첨단기술 분야의 복합 체로 기술혁신성과 성장잠재력이 유망한 로봇기술과 인체 생리, 심리 및 행동 특성을 정량적으로 계측 및 분 석하여 감각 및 운동기능을 증진시키는 헬스케어기술 과 맞물려 헬스케어 로봇기술이라는 새로운 융합 기술 을 탄생시켰다. 로봇기술(IT)과 신체기능 증진기술(BT)의 접목은 새 로운 융합기술 창조를 위한 기술 발전적인 측면에서 매 우 필요하다. 감각 및 운동기능 증진 헬스케어 로봇은 21세기 장수사회의 도래와 맞물려 개인의 건강을 관리 시켜주는 중요한 역할을 하고 있다. 특히, 감각 및 운동 기능 증진 헬스케어 로봇을 통한 신체기능 증진기술은 노인들의 건강을 유지 및 증진시킴으로 인하여 정상적 인 사회활동 참여를 지원하여 실버 계층의 삶을 질 향상 에도 큰 도움을 주고 있다. 감각 및 운동기능 증진 헬스 케어 로봇은 국제 경쟁력을 확보할 수 있는 고부가가치 전략 산업으로 육성이 가능하며 건강관리 분야의 기술 적, 경제적 파급효과도 급증시킴에 따라 세계 시장을 선 점하여 국가 경제력을 높일 수 있는 산업 분야로 각광받 고 있는 실정이다. 헬스케어 로봇의 범주에 넣을 수 있는 일반적인 기기 는 러닝머신(treadmill)이 있다. 1950년대 미국 국방부 가 병사들의 체력 테스트를 위해 개발한 러닝머신 이후 피트니스 센터의 체력관리용으로 수요가 증가하였으며 현재는 일반 가정에서도 개인의 건강을 위하여 설치될 만큼 대중화된 기기이다. 러닝머신에서 발전된 자동화 20 전기의 세계

23 감각 및 운동기능 증진을 위한 헬스케어 로봇 기술동향 트렌드는 첨단 IT 기술, 로봇 기술 및 생체신호 측정 및 분석 기술과 접목하여, 단순 운동기기의 개념을 넘어서 자동화 및 개인의 건강을 관리해주는 맞춤형 헬스케어 로봇으로 발전하는 등 혁신적인 발전을 이루고 있다. 본 기고에서는 최근 개발되고 있는 감각 및 운동기능 증진을 위한 헬스케어 로봇의 사례를 알아봄으로써 감 각 및 운동기능 증진 헬스케어 로봇의 최신 동향을 분석 하고자 한다. Ⅱ. 감각 및 운동기능 증진 헬스케어 로봇의 정의 및 분류 의료기기, 재활기기, 고령친화기기, 운동기기 등 전 기 기계적인 제품을 통칭하는 헬스케어간의 통합 또 는 센싱 모니터링 정보분석 피드백의 과정에 관한 체계를 헬스케어 시스템이라고 한다. 헬스케어 로 봇은 이러한 헬스케어 시스템의 한 분야로써, 로봇기술 (IT)과 생리신호 분석 기술(BT)를 이용하여 개인의 건 강 추구 및 증진할 목적으로 제공되는 능동적 개념의 로 봇으로써 신체적, 정신적으로 건강한 상태를 유지하고 삶의 질을 향상시킴으로써 건강하고 장수하는 삶을 만 드는 로봇을 말한다. 감각 및 운동기능 증진 헬스케어 로봇은 성격에 따라 다음과 같이 4가지로 분류된다. 1. 보행보조 로봇 : 하지 근력이 약한 노인 및 하지 기 능이 약화 또는 상실된 장애인들을 위한 보행보조 로봇 2. 생활지원 로봇 : 독거 노인 등 인간다운 삶을 보장 하는 생활지원 로봇 3. 재활용 로봇 : 개인의 건강을 위한 재활용 로봇 4. 건강관리 로봇 : 개인의 건강 모니터링 및 케어용 로봇 Ⅲ. 감각 및 운동기능 증진용 헬스케어 로봇 연구동향 및 사례 1. 감각 및 운동기능 증진용 헬스케어 로봇 연구동향 보행보조 로봇 연구 하지 근력이 약한 노인 및 장애인 등의 거동이 어려운 환자들을 위한 지능형, 다기능 보조 장치 및 전동 휠체 어 등의 보조(공학) 기구로 정의된다. 기존의 단순 수동 적인 보조 장치에서 지능형, 다기능의 스마트 보행보조 장치로 발전이 되고 있으며, 사용자의 하지에 직접적으 로 부착이 가능한 독립형 보행보조 로봇과 캐스터 (caster) 등에 몸을 의지하면서 보행을 도와주는 의지형 보행보조 로봇으로 나뉠 수 있다. 이러한 보행보조 로봇 은 사용자의 의도와 상태를 자동으로 인식하여 보행을 보조하고, 장애물 통과 등의 보행 이외의 기능도 수행할 수 있다. 보행보조 로봇에 관한 연구는 사용자의 의도를 알기 위한 생체신호 처리 기술, 이를 다시 사용자에 게 보조를 제공하는 바이 오피드백(biofeedback) 기 술, 자동으로 사용자의 상 황을 인식하기 위한 인공 지능 및 지능로봇 기술 등 활발한 분야에서 연구가 진행되고 있다. 이러한 보 행보조 로봇 연구 분야는 특히 하지 근력이 약한 노 인 및 보행 기능이 약한 환 자들을 대상으로 이루어 지는 실버 및 재활공학의 대표 연구 분야로써 삶의 2009년 제58권 제7호 21

24 기 획 시 리 즈 질 향상을 위한 헬스케어 로봇 연구의 대표적인 분야로 각광받고 있는 연구 분야이다. 생활지원 로봇 연구 생활지원 로봇은 사용자의 일상생활을 지원해주는 연구 분야로써, 헬스 모니터링 및 케어 지원 로봇과 생 활지원 로봇으로 분류된다. 헬스모니터링 및 케어 지원 로봇은 집안에서 가족들의 건강상태를 모니터링하는 헬스 모니터링 로봇과 독거 노인 등 혼자 사는 노인 및 환자들이 집안에서도 일상 생활을 영위할 수 있도록 간 호 및 보조해주는 케어지원 로봇으로 나뉜다. 생활 지원 로봇은 주로 생활의 기본적인 기능이 약한 노인 및 환자 들을 대상으로 앉기-서기, 무거운 것 들기 등의 상하지 운동 보조 및 보행 등의 운동을 지원해주는 로봇으로써 전동휠체어 및 가정용 상하지 헬스기구 로봇 등의 연구 분야가 활발히 진행되고 있다. 재활보조 로봇 연구 몸의 기본적인 기능이 약화된 노인 및 장애인 등 환자 를 대상으로 원래의 기본 기능으로 회복될 수 있도록 도 와주는 재활 로봇 분야로써, 시청각 및 자세균형 등의 감각 기관의 재활 로봇과 보행 운동 및 상하지 운동 등 운동 기능의 재활 로봇으로 분류된다. 기존에 혼자 움직 일 수 없는 독거 노인 및 환자의 재활 훈련은 훈련을 도 와주는 보조자가 필요하였다. 기존의 훈련은 따로 도와 주는 1인 이상이 필요하고 기본적인 동작의 반복적인 운동으로 인하여 적응 훈련을 통하여 진행되었다. 최근 의 재활 로봇의 연구는 이러한 문제점을 해결하고자, 돌 봐주는 사람이 아닌 스스로 할 수 있는 지능적인 재활 운동 기구로 제작되고 있으며, 훈련자의 운동 상황을 실 시간으로 체크하여 상황마 다 적절한 훈련을 제공하 는 맞춤형 스마트 재활 보 조 로봇에 관한 연구가 활 발히 진행되고 있다. 을 포함하고 또한 건강한 일반인들의 건강을 미리 예방 및 케어해줄 수 있는 로봇을 건강관리 로봇라고 정의된 다. 건강이 약한 노인 및 장애인들의 건강 상태를 관리 및 치료해주는 병원 치료용 건강관리 로봇과 가정 등에 서 건강한 일반인들을 대상으로 예방차원에서 건강상 태를 관리해주는 가정용 건강관리 로봇으로 나뉠 수 있 다. 사용자의 몸 상태, 즉, 체온, 혈압, 혈당, 심전도, 심 박수, 산소포화도 등의 생체현상의 기본적인 기능을 일 상생활에서 자동으로 체크하고 또한 사용자의 스트레 스 상태를 자동으로 인식하여 사용자의 몸이 건강하게 유지되는지를 판별하고 적당한 운동 및 마사지 등을 통 하여 건강을 관리한다. 또한 일상에 지친 환자들을 대상 으로 감성적으로 사용자의 친구가 되어줄 수 있는 감성 및 정서 지원형 로봇 시스템에 관한 연구도 활발하게 진 행되어지고 있다. 웰빙바람을 타고 피트니스 시장이 급격히 커지자 승 마운동을 모방한 헬스케어 로봇의 개발이 시작되고 있 다. 이 중 승마형 헬스기구는 2010년대 중반까지 러닝 머신에 견줄 만한 시장규모를 형성할 것으로 기대, 현재 는 일본산 승마형 헬스기구들이 시장을 선도하는 가운 데 국내 중소기업들이 유사한 제품 개발되어지고 있는 실정이다. 또한, 산업용 로봇업체인 유도스타 자동화는 승마형 헬스기구의 성장성에 주목하고 사람의 생체신 호와 동작의지까지 인식하는 차세대 승마형 로봇 (RideBot) 개발하고 있다. 국내 최대의 마사지 체어 전 문 업체인 대경산업은 사용자의 체형을 스스로 인식해 필요한 곳에 실제 손과 유사한 자극을 주는 3차원 안마 로봇인 체어봇 (ChairBot)을 연구 개발하고 있고, 산업 자원부는 국책연구소, 로봇 업체 등과 함께 올해부터 2011년까지 지압, 안마용 의자로봇 (체어봇), 인간과 대 건강관리 로봇 연구 노인, 장애인의 건강관 리 및 간호 등의 치료 목적 그림 1 보행 보조 로봇(왼쪽부터 순서 : Guido Robot/Robotic walker/hitachi/care-o-bot) 22 전기의 세계

25 감각 및 운동기능 증진을 위한 헬스케어 로봇 기술동향 화를 통해 마음을 안정시켜주는 심리치료 로봇(라이프 케어봇), 근골격계 교정 로봇(라이드봇) 등 헬스케어 로 봇을 개발해 상용화시킨다는 계획이다. 2. 감각 및 운동기능 증진용 헬스케어 로봇 연구사례 보행보조 로봇 분야 (1) 노인 보행 보조 장치 로봇 노인 보행 보조 장치 로봇은 하지 근력이 저하된 노인 및 환자가 실내 및 실외 환경에서 자유롭고 안정되게 보 행, 부축, 앉기/서기 및 용변 동작 등 기본적인 생활 동 작을 가능하게 하며 더 나아가 운동 능력 향상 및 치유 를 통하여 보다 편안한 생활을 영위할 수 있도록 보조해 주는 로봇이다. 노인용 보행 보조 장치는 Walker 사용 전, 후의 노인 낙상 방지 기능, 실내환경에서 목 표지까지의 이동 안내 시스템, 재 활용 보행보조로봇(환자와의 거 리감지, 보행속도 감지 및 제어), 물건 이동, 물건 잡기/들기 등의 기능을 포함하고 있다. 그림 2 SMH 엑츄에이터를 이용한 실버워커 및 SMH 엑츄에이터 구동 원리 그림 3 SMH 엑츄에이터를 적용한 상하지 운동 보조 로봇(전북대, 한국) (2) SMH엑츄에이터를 이용한 상하지 실버워커 보조 로봇 환경 친화적인 수소를 이용한 수소저장합금(Special metal hydride, SMH) 엑츄에이터를 개 발되었고, 이를 이용한 보행 보조 용 실버워커 로봇에 관한 연구가 진행되고 있다. SMH 엑츄에이터 는 가열과 냉각 시 수소의 방출/흡 입의 메커니즘을 이용하여 구동되 는 엑츄에이터로써 상하지 운동 보조 기구에 응용이 되고 있다. 이 러한 신개념 소형 고출력 SMH 엑 츄에이터를 적용한 고정형 실버워 커에 관한 연구가 진행되고 있다. 그림 4 HAL-5(CYBERDYNE, Japan) (3) HAL-5(Hybrid assist limb) HAL-5는 입는 로봇을 착용함으 로써 팔과 다리의 신체 활동을 도 와주는 입는 로봇(wearable type power assist suit)이다. 2005년 일 본 쓰쿠바대학의 요시유키 산카이 교수팀이 개발한 HAL-5는 행동이 불편한 노인, 장애인이 걷거나 무 2009년 제58권 제7호 23

26 기 획 시 리 즈 거운 짐을 드는 것을 도와주기 위해 개발하였고, 사용자 의 움직임을 예측하는 기능이 구현되었다. 이 로봇은 로 봇 옷에 장착된 제어 박스를 통해 신발 밑창의 균형센서 와 허벅지, 팔꿈치 등의 힘조절 센서를 통제하여 작동되 며, 피로감 없이 시속 4Km로 보행하고, 40Kg이상의 팔 힘을 더 발휘하고, 각 운동이 행해질 때의 근육 특성을 위상차로 구분하여 발바닥 압력 센서로 구동되는 타입 이다. 노인의 일상생활 운동이 보조되고, 노인이나 장애 인들의 보행이나 물건의 운반 시 효과적이며 고령화로 인한 부족한 노동력 대체, 건설 현장이나 군사적 목적으 로 활용이 가능하다. 춤형 수동 맛사지 및 뮤직 싱크로나이즈 맛사지 효과 기 능이 있다. 또한 인체공학적으로 고안된 5가지 무드라 그림 5 Honda 보행 보조 로봇 (4) 기타 보행보조로봇 동향 Honda에서 개발된 보행보조기구는 센서로부터 엉덩 이의 각도를 인식하고, 인식된 각도 데이터를 분석하여 최적의 도움을 제공(무게 2.8kg)하고, 체중을 지탱하고 무릎의 스트레스를 감소시키며, 한 번 충전으로 2시간 동안 사용(무게 6kg)된다. 그 밖에도 환자들의 이동을 쉽게 하기 위한 간호사를 위한 파워 보조 로봇과 계단 등을 쉽게 오를 수 있는 Roboknee 등도 연구되고 있다. 생활지원 로봇 분야 (1) 정신적 위안을 주는 치료용 로봇, PARO(일본) 치료용 로봇은 혼자 사는 노인들의 복지를 향상시키 며, 정신 치료 효과 증대를 위한 감성적인 치료 로봇이 다. 일본 산업기술종합연구소에서 12년간 바다 표범형 치료 로봇을 개발, 2004년 마이크로제닉스사와 합작하 여 상품화 모델이 출시되었다. 치료용 로봇은 노인의 우 울증 및 정신적 치료에 도움이 되는 로봇이며, 임상실험 결과, 심리적 생리적 스트레스 해소 및 우울증 개선, 간 호자와 피간호자 간의 의사소통 개선 및 치료 효과 증대 로 간호 부담이 경감되는 효과가 있다. 본 로봇은 기네 스북에 세계에서 가장 테라피(Therapy) 효과가 있는 로봇 으로 선정되기도 하였으며, 장애 아동 시설, 의료, 노인 복지 시설에서 적극 활용될 예정이다. 그림 6 그 외 보행 보조 로봇(좌부터 순서 : MIT Exoskeleton/Nurse-Assisting Exoskeleton/ RoboKnee) 그림 7 정신 치료용 로봇(PARO, Japan) (2) 로보틱 마사지 의자 로봇 (OSIM uspace, Japan) 로보틱 마사지 의자 로봇은 토탈웰빙 마사지 체어로 써, 8가지 헬스케어 프로그램이 장착되었고, 12가지 맞 그림 8 로보틱 마사지 의자 로봇(OSIM uspace, Japan) 24 전기의 세계

27 감각 및 운동기능 증진을 위한 헬스케어 로봇 기술동향 이트(Mood Light), 음악(Music) 및 마사지 프로그램 기 능을 보유한 토탈 웰빙 마사지 체어 로봇이다. 재활보조 로봇 분야 (1) 고령자용 보행 훈련용 Two-belt용 런닝머신 로봇 고령자용 보행 훈련용 two-belt 런닝머신은 좌, 우 벨 트가 분리되어 작동하며, 각기 다른 속도조절이 가능하 고, 일반 러닝모드와 낙상예방훈련 보행 모드가 내장되 어 있다. 속도 조절은 수동모드와 훈련자의 보행 속도에 따른 자동모드로 나뉘며, 운동 시 신체를 보조하기 위한 보조 기구를 동시에 착용할 수 있기 때문에 환자를 대상 으로도 보행 재활 훈련이 가능하다. 본 로봇은 보행 및 근력 재활을 위한 고령자용 통합재활 훈련기기로써 개 발된 로봇이다. (2) 공압 인공근육을 이용한 족관절 보조기 로봇 족관절 보조기 로봇은 인공근육을 이용한 동력 족관 절보조기(powered Ankle-foot orthosis)로써, 공기압 고 무 엑츄에이터의 인공근육을 이용한 외골격 타입의 보 조 로봇이다. 보행 시, 발바닥의 push-off 되는 순간의 가자미근 특성을 이용한 제어가 이루어지고, 발바닥의 foot switch를 이용하여 공기압 엑츄에이터가 구동되어 보행 시 추진력을 보조해주는 로봇이다. (4) 복합감각 증진을 위한 조기재활훈련 로봇 조기재활 훈련 로봇은 경사침대를 이용하여 복합감 각 자극이 가능하며, 시 청각 및 자세균형 훈련 등의 그림 10 Powered ankle-foot orthosis(university of Michigan, USA) (3) 트레드밀 타입의 로보틱 보행 보조 로봇 Lokomat 은 트레드밀 타입의 로보틱 보행 재활 훈련 그림 9 Honda 보행 보조 로봇보행 재활 훈련용 런닝머신 로봇(전북 대학교, 한국) 로봇이며, 신경 재활 훈련을 위한 기술과 혁신을 통한 자동 로보틱 보행 보조 로봇이다. 뇌졸중 환자 등 신경 장애를 가진 환자를 대상 으로 보행 훈련이 가능하며 세계 각 나라의 재활 병원에서 환자를 대상으로 보행 훈련 시행 중이다. 사용자 중심의 편안한 운전과 실 시간으로 보행 패턴을 분석하여 생리학적인 보행 패턴 훈련 및 가 능 트레드밀 타입의 효율적이고 개선된 보행 테라피가 가능한 지 능형 로보틱 보행 보조 로봇이다. 그림 11 Lokomat(Lokomat, Swiss) 2009년 제58권 제7호 25

28 기 획 시 리 즈 다감각증진재활훈련 용 로봇이다. 재활치료 및 자세균형증진 운동 패턴 훈련을 통하여 자 세균형능력 훈련, 평가, 분석이 가능한 다기능성 로봇 장치이다. 또한 자 세균형능력 및 하지 근 력이 약화되어 증진 훈 련이 필요한 고령자를 대상으로 실시할 수 있다. 그림 12 조기재활훈련 로봇(전북대, 한국) (5) 자세균형 훈련 로봇(TONUS Co.; 독일) 자세균형 훈련 로봇은 발란스 측정, 사용자 움직임 개선, 신경계질환 환자 운동치료에 획 기적인 트레이닝 로봇으로써, 신경근 조절 능 력(Coordination), 고유 수용성(Proprioception), 안정성(Stand stability), 평형력(Equilibrium), 체간의 움직임(Trunk mobility), 인 체 근 장력(Body tension Refreshing) 개선에 효과가 있다. 중력의 모든 영역 내에서 신체 위치 변화를 통해 척추 주위 심부근육을 강화 하는 헬스 건강 재활 보조 로봇으로, 스포츠 능력의 향상 및 효과적인 허리 근력 증진을 위 한 척추 안정화 운동 시스템이기도 하다. 그림 13 자세균형 훈련 로봇(TONUS Co.<좌>, BFMC Co.<우>, Germany) 건강관리 로봇 분야 (1) 건강증진용 승마로봇(Panasonic Co. Japan) 일본인구의 10%가 요통으로 고통을 받고 있으며, 이중 절반이 허리부위에 누적된 피로 그림 14 JOMA(Panasonic Co. Japan) 로 인한 근육통인 자세성 요통이다. 따라서, 배근육과 등근육을 중심으로 근력을 키우는 훈련을 할 개발에서는 자유로운 자세제어와 안정된 보행이 과제 필요가 높아지고 있는 실정에서 이를 위한 건강증진용 가 된다. 말의 동체이동 데이터에 기초하여 운동계획을 승마로봇이 개발되었다. 승마 운동은 미국과 유럽에서 세우고 자세제어와 보행의 시뮬레이션까지 성공하고 널리 이용되며, 말의 움직임에 따라 균형을 취할 때 적 상용화 단계에 접어들고 있다. 당한 이완과 긴장감 조성됨으로써 근육의 발달, 혈액순 환 보조, 폐활량 증대 등 건강이 촉진된다. 승마 로봇은 (2) 척추 강화 훈련용 로봇 건강증진 실험결과 속도가 빠를수록 근력효과가 큰 것 척추 강화 훈련용 로봇은 척추를 직접적으로 강화시 을 확인하였고, 23자유도를 가진 4다리 보행 승마로봇 키는 치료 메커니즘을 가진 헬스운동기기 로봇으로써, 26 전기의 세계

29 감각 및 운동기능 증진을 위한 헬스케어 로봇 기술동향 척추자극을 직접강화 방식으로 하여 척추 속 근육과 척 추 주위 근육을 강화시키고 또 관절도 강화시키는 기능 을 가지고 있다. 이로 인하여 근밀도도 증가하고, 신체 조화도도 60%증가함으로써 매우 양호하며 혈류개선도 또한 매우 양호한 편이다. 척추 강화 훈련 로봇은 만성 요통, 수술 후 관리, 척추측만증, 척추후만증, 신경계재 활, 스포츠재활, 노인질환 등에 유용한 로봇이다. (4) 척추 운동 훈련 로봇 척추 운동 훈련 로봇은 허리디스크 환자를 위한 재활 척추 운동치료기로써, 흉부조임과 골반 조임으로 자세 를 바르게 교정할 수 있는 로봇이다. 본 시스템은 허리 디스크 예방 및 재활 운동과 교정에 효과적이며, 허리를 Traction 한 후 좌우로 회전운동 시킴으로써 허리근육 재건에도 탁월한 효과를 가지고 있다. 카이로프라틱 치 료 원리를 의공학적으로 운동기구에 접목한 로봇으로 써 신개념 척추 디스크 감압 치료용 기구이다. 본 시스 그림 15 척추 강화 훈련용 로봇(Huber, France) 그림 16 척추 운동 훈련 로봇(GDX-1000, 3000, Discbike) 템은 현재는 단순 척추 운동 훈련용 기구로써의 기능을 가지고 있지만, 향후 지능화된 맞춤형 운동 훈련 로봇으 로의 개발이 필요한 실정이다. Ⅳ. 결 론 개인의 건강에 대한 관심이 높아지고 있는 사회 흐름 에 맞춰 헬스케어 로봇도 함께 주목을 받고 있다. 이로 인하여, 감각 및 운동기능 증진을 위한 헬스케어 로봇에 관한 연구도 많이 진행되고 있다. 기존의 단순 수동적인 운동 개념에서 벗어나 사용자의 운동 상황을 실시간으 로 체크하고 그 상황마다 적당한 훈련을 제공하는 지능 형 헬스케어기기로써의 똑똑함을 갖추면서 발전하고 있다. 발전하는 로봇 제어 및 알고리즘 구현 등의 IT 기 술과 생체신호 측정 및 분석기술 등의 BT 기술을 접목 시킴으로써 로봇 기구부가 갖춰진 스마트 헬스케어 로 봇 등 다양한 분야가 연구되고 있다. 감각 및 운동기능 증진을 위한 헬스케어 로봇은 보행보조 로봇, 생활지원 로봇, 재활보조 로봇, 건 강관리 로봇으로 분류될 수 있다. 헬스케어 로봇 산업은 개인의 건강에 대한 관심에 힘입어 기존의 헬스기구 시 스템에 로봇기술(IT)와 신체기능 증진기 술(BT)가 추가됨으로써 새로운 융합기술 분야로써 유망한 산업이다. 이러한 헬스 케어 로봇은 신체기능 증진기술을 통하여 노인들의 삶의 질 향상에 큰 도움을 주고, 젊은 성인들의 건강을 관리해줌으로써 건 강한 사회 구현에 도움이 되고 있다. 헬스 케어 로봇은 서비스 로봇 시범 사업을 통 한 초기 시장을 형성하고, 관련 법 제도 개 선 및 정비, 국내외 유통망 확충, 전시, 홍 보 사업 등을 강화시킴으로써 시장을 개 척하고, 유니버셜 디자인을 함으로써 소 비자의 확대 및 제품 개발에 힘써야 할 것 이다. 또한 가치 창출을 위한 제품 브랜드 화 및 수출 주도형 산업 구조로 개편하고 원천기술 개발의 강화 및 지적재산권 확 보, 플랫폼 규격화를 통한 기술공유를 함 2009년 제58권 제7호 27

30 기 획 시 리 즈 으로써 헬스케어 로봇 산업의 인프라를 구축해야 한다. 본 헬스케어 로봇산업은 로봇 부품산업, 로봇 S/W 산 업, 로봇용 컨텐츠 산업 등 산업구조를 고도화시킬 수 있 을거라 전망되며 기계산업, 가전산업, IT 산업 및 실버 산 업 등의 국제경쟁력을 확보할 수 있을 거라 기대된다. 또 한 감각 및 운동기능 증진을 위한 헬스케어 로봇 산업은 고부가가치 전략 산업으로 육성이 가능하며 건강관리 분 야의 기술적, 경제적 파급효과도 급증시킴에 따라 세계 시장을 선점하여 국가 경쟁력을 높일 수 있는 산업 분야 로 각광받을 거라 예측된다. 또한, 정보통신 기술을 바이 오산업, 로봇산업과 연계함으로써 헬스케어 로봇 기술의 독자적인 개발을 통한 기술의 해외 의존도를 낮추고 자 주적인 국가경쟁력을 확보할 수 있을거라 사려된다. 후기 이 기고는 2009년 교육과학기술부로부터 지원받 아 수행된 기술연구 동향임 (지역거점연구단육성사 업/헬스케어기술개발사업단) 참고문헌 [1] Kyoung chul Kong; Doyoung Jeon, "Design and Control of an Exoskeleton for the Old and Patients", IEEE/ASME Transaction on Mechatronics, vol. 11, issue 4, august 2006, pp , [2] Tae Kyu Kwon,; Du Yeol Pang,; Choi, Kwang- Hun; Yong Yook Kim,; Seong Cheol Lee,; Nam Gyun Kim, "Development of a SMH actuator system using hydrogen-absorbing alloys", Smart Materials and Structures, Vol. 15, Number 5, October 2006, pp. N117-N123(1) [3] 권대규, 김경, 박용군, 양윤석, 김남균, 편마비 환 자의 자세균형 재활 훈련을 위한 보행 보조기 개 발, 한국정밀공학회 2008년도 춘계학술대회 논문 집, Vol. 11, Num. 13 Jun 2008, pp [4] 김경, 임화윤, 홍경주, 권대규, 양윤석, 김남균, 공 압인공근육을 이용한 지능형 족관절 보조기 개 발, 2008년도 대한기계학회 바이오공학부문 춘계 학술대회 강연 및 논문집,, vol.22,num.23, May 2008, pp [5] Kyong Kim Kyung-Ju Hong, Mun-Ho Ryu, Chul- Un Hong, Tae-Kyu Kwon, Nam-Gyun Kim Characteristics of the Muscle Activities of the Elderly wearing the Lower Limb Orthisis during Gait on the Treadmill SICE-ICASE International Joint Conference 2006 [6] N.G. Kim, Y. Y. Kim, T. K. Kwon Development of a Virtual Reality Bicycle Simulator for Rehabilitation Training of Postural Balance, ICCSA 2006, LNCS 3980, 2006, pp. 241? 250. [7] Y. J. Choi, Y. J. Piao, M. Heo, T. K. Kwon, J. H. Hwang, D. W. Kim, N. G. Kim, Development of Rehabilitation Training System Using Unstable Flatform with Magneto-Rheological Damper, Journal of Institute of Control, Robotics and Systems Vol. 14, NO. 2, February 2008, pp [8] Y. I. Yoon, T. K. Kwon, D. W. Kim, J. J. Kim, N. G. Kim, Development of a Health Bicycle for Improving the Muscle Strength of Lower Limb using MR Rotary Brake, J. Biomed. Eng. Res, Vol.28, No.6, 2007, pp [9] Y. J Piao, T. K. Kwon, D. W. Kim, N. G. Kim, Development of a new training system for improving the postural control ability of elderly adults, Journal of Mechanical Science and Technology, Vol.23, No.2, 2009, pp [10] Chang-Ho Yu, Kyong Kim, Yong-Yook Kim, Tae-Kyu Kwon, Chul-Un Hong, Nam-Gyun Kim Development of an Advanced Early Rehabilitation Training System for Postural Control Using A Tilting Bed 2006 International Symposium on Healthcare Technology Development, OP-3,2006 [11] Chang-Ho Yu, Kyung Kim, Yong-Yook Kim, Tae-Kyu Kwon, Mun-Ho Ryu, Nam-Gyun Kim A New Training System Using a Tilting Bed for an Early Rehabilitation SICE-ICASE International Joint Conference 전기의 세계

31 기 획 시 리 즈 Wellness(건강증진 및 예방) 로봇 연구동향 정경렬, 홍규석/ 한국생산기술연구원 웰니스시스템개발단 Ⅰ. 서 론 최근 건강에 대한 관심 증대로 웰빙, 건강관리 등이 성 공 키워드로 여겨지고 있으며 이로 인해 산업 전반에 걸 쳐 헬스케어 기술과의 융합이 시도되고 있다. 이러한 양 상은 고령화 사회 진입으로 인해 더욱 심화될 전망이다. 로봇분야에서도 마찬가지로 다양한 헬스케어 기술과 의 융합이 이루어지고 있다. 로봇기술과 헬스케어 기술 의 융합은 다양한 상용모델을 창출하였고, 헬스케어 기 술을 더 정밀하고 더 똑똑하게 하여 수술, 진단검사, 재 활, 건강관리 등에서 혁 신적인 변화를 가져왔다. 최근에는 헬스케어의 범위가 건강증진 및 예방 분야까지 확장되어 운동, 휴식, 스트레스 해소, 마 사지 등의 보다 확장된 개념의 예방 건강을 위한 로봇(이하 wellness 로봇 으로 표기)들이 개발되고 있다. 이러한 wellness 로봇은 질환, 병원 중심 의 기존 헬스케어 로봇보 다 제도적인 제약이 적 고 활용분야가 다양하여 관련 시장이 크고 조기 산업화가 가능한 분야로 여겨 져 급부상하고 있다. 이에 본 고에서는 최근에 개발되고 있는 건강증진 및 예방 분야 로봇의 사례를 살펴봄으로써 wellness 로봇 의 최신 동향을 분석하고자 한다. Ⅱ. Wellness 로봇의 개념 및 범위 1. Wellness 로봇의 개념 및 범위 Wellness 1) 로봇은 건강한 사람을 대상으로 질환예방, 2009년 제58권 제7호 29

32 기 획 시 리 즈 해 쉽게 이용하게 하거나 특별히 부족한 부분을 집중적으 로 훈련할 수 있게 한다. Wellness 로봇은 운동기구와 로 봇기술이 융합되어, 운동기구만으로 구현하기 힘든 정밀 모사 및 제어와 feedback을 제공하는 형태로 연구가 이루 어지고 있다.(승마로봇, 보행운동 로봇, 라이드봇 등) 건강 증진, 스트레스 해소 등의 목적으로 제공되는 능동 적 개념의 로봇으로써 질병에 걸린 사람을 대상으로 질 병 증상 완화 또는 치료를 목적으로 하는 수동적 개념의 의료/복지 로봇과 구별된다. 또한 그 성격상 지능형 로 봇과 헬스 또는 웰니스 산업 모두에 포함되는 산업구조 를 가지고 있다. 2. Wellness 로봇과 기존 의료/복지 로봇의 구분 Wellness 로봇은 예방의학적 측면에서 건강한 사람을 대상으로 질병예방, 건강증진 등의 목적으로 제공되는 능동적 개념의 로봇인 반면, 의료/복지로봇은 치료의학 적 측면에서 질병에 걸린 사람을 대상으로 질병 증상 완 화 또는 진단/치료를 목적으로 하는 수동적 개념의 로 봇이다. 산업적 측면에서 보면 의료/복지 로봇은 주로 의료보 건산업, 재활복지, 실버산업에 속하고, Wellness 로봇은 주로 휘트니스, 레저/스포츠, 기타 예방 및 건강증진 산 업에 속하며, 주요 서비스 대상은 각각 환자와 정상인으 로 구분된다. Ⅲ. Wellness 로봇 연구동향 및 사례 1. Wellness 로봇 연구동향 스포츠의 정밀모사 또는 기존 운동기구의 고정밀화 일반적으로 운동기구는 고비용 또는 시 공간적 제약 으로 이용하기 힘든 운동을 기구 및 시스템 설계 등을 통 지속적인 운동을 위해 엔터테인먼트적인 요소와 융합 어떤 운동을 하는 것보다 어떻게 운동하느냐가 중요 하며, 지속적이고 규칙적으로 운동하는 것이 효율적인 운동의 가장 중요한 요소이다. 최근 Wellness 로봇들은 사람들의 운동 참여 및 흥미를 유발하여 지속적으로 운 동할 수 있도록 가상현실, 게임 등의 엔터테인먼트적인 요소와 융합되고 있다.(승마로봇, VR 스포츠 로봇, 라이 드봇 등) 지능화된 운동 처방 및 코칭 서비스 운동에서 처방 및 코칭은 운동 효과를 극대화할 수 있 으며, 주먹구구식의 운동은 오히려 건강을 해칠 수 도 있다. 일부 헬스클럽에서는 전문 트레이너가 운동 처방 을 하고 있지만 모든 사람의 운동을 관리하고 모니터링 하기에는 많은 제약이 따른다. 이러한 이유로 Wellness 로봇 분야는 생체정보 측정 및 운동 상태를 모니터링하 여 전문 트레이터와 같이 스포츠 과학 기반의 평가 및 처방을 제공하는 연구가 이루어지고 있다.(골프 트레이 너, 보행운동 로봇, Huber 등) 스트레스 해소를 위한 서비스 최근에는 Wellness 로봇이 운동 분야에만 국한되는 않고 다양한 예방 건강분야에서 응용되고 있다. 만병의 근원으로 불리는 스트레스는 다양한 방법으로 해소가 가능하나 사용자의 상태에 따라 다른 방법이 필요하다. 스트레스 해소를 위한 Wellness 로봇은 사용자의 스트 레스 상태를 읽어 최적화된 Relaxation 서비스를 제공한 다. 일반적인 로봇 플랫폼의 형태는 의자, 침대 등이 있 으며, 의자의 경우 사용자의 인체 형태를 측정하여 사용 자에게 최적화된 자세를 서비스하거나 사용자의 근육 정보를 읽어 사용자에 최적화된 마사지를 제공하는 등 의 연구가 진행되고 있고, 침대의 경우 수면 환경에 대 1) 웰니스(wellness)란 건강한 상태를 유지하고 웰빙(well-being)을 위한 잠재력을 극대화하기 위한 체계적인 노력 - WHO 30 전기의 세계

33 Wellness(건강증진 및 예방) 로봇 연구동향 한 다양한 서비스가 개발되어지고 있다.(체어봇, Relax Station, CRAVE, Reiz DZ-270 등) 쾌적환경 서비스 고농도 산소 및 쾌적한 실내 환경은 업무능력, 학습능 력, 운동능력등을향상시킬수있다. 실내환경은항상 같은 조건이 요구되는 것이 아니라 상황에 따라 달라져 야 한다. 운동회복, 재활 등을 목적으로 하는 경우는 고 농도 산소 가 필요하며 운동효과, 고지대 훈련 등을 목 적으로 하는 경우는 저농도 산소가 필요하다. Wellness 로봇은 이러한 실내 요구 조건들을 상황에 맞게 환경을 최적화 한다. 최근에는 실내의 습도, 산소 등을 제어하 여 운동 효과를 높이거나 쾌적한 실내 환경을 최적화하 는 Wellness 로봇들이 개발되고 있다.(화초 로봇, 산소 챔버 로봇 등) 2. Wellness 로봇 연구사례 (1) 승마로봇 승마운동은 전신운동으로 다이어트, 내장비만, 변비 등에 효과적인 것으로 알려져 있으며, 특히 요추부 근력 발달과 골밀도 증가에 효과가 있는 것으로 알려져 있 다. 2) 승마운동이 많은 장점을 가지고 있으나 고비용, 시 공간적인 제약으로 인해 쉽게 접할 수 없어, 승마형 헬스기구들이 개발되었다. 그러나 기존 승마형 헬스기 구는 탑승자 의지와 무관하게 일정한 움직임만 반복해 신체상황에 따라 체계적인 운동이 어렵고 부작용 위험 도 존재한다. 그래서 최근에는 실제 승마운동을 그대로 모사하며 여러 가지 승마 모션을 구현할 수 있는 승마로 봇들이 개발되고 있다. 최근에는 실제 승마모션 구현을 위해 4자유도를 구현 한 승마로봇이 개발되고 있으며 생체 정보를 측정하여 승마를 얼마나 타야하고, 얼마의 강도로 타야하는 지까 지 피드백해 주는 등 지능화 되어가고 있다. 4자유도 승마로봇 라이드봇 (2) VR(virtual reality) 스포츠 로봇 VR 스포츠는 그동안의 스포츠 3) 와 달리 가상현실의 기술 즉 3D Graphic 기술과 4D 모션 및 체감 증감현실 기술을 이용하여 가상공간에서의 움직임(즉, 게임에서 의 움직임)이 사람의 근육을 통해 만들어 지도록 하는 것을 의미한다. 쉽게 말하면 게임의 제어 신호를 사람의 움직임으로 만들어 내는 것을 의미한다. 이러한 VR 스 포츠에는 최근 큰 인기를 얻고 있는 WIIFIT도 속한다고 할 수 있으며, VR 스포츠 로봇은 로봇 플랫폼을 통해 이 루어진 VR 스포츠를 의미한다. VR 스포츠의 장점은 운 동효과는 물론, 게임을 통해 운동 흥미를 높여 운동을 지속할 수 있도록 하며 다양한 기존의 스포츠를 가상으 로 즐길 수 있으며 안전하고 시 공간의 제약 없이 즐길 수 있다는 것이다. 초기 승마로봇 고급형 보급형 VR 스포츠 로봇 2) 임순길 외 2명, "승마 운동이 요추골밀도에 미치는 효과 ", Sports Science Studies, pp , ) 야외에서 볼이나 간단한 기구로 룰을 만들어 사람들이 자신의 몸의 무게와 근육을 통한 움직임을 주로 하여 정해진 게임을 하는 방식 2009년 제58권 제7호 31

34 기 획 시 리 즈 (3) 보행 운동 로봇 보행 운동은 환자의 재활뿐만 아니라 노약자 등의 건 강증진에 많은 도움을 주며 치매나 낙상예방에도 효과 적인 것으로 알려져 있다. 그러나 이러한 훈련은 정상적 인 형태 혹은 인지가 개입된 형태로 진행되어야 하며 보 행 운동 로봇은 이러한 것을 가능하게 한다. 체의 모든 부위, 특히 척추의 방향성을 모든 방향으로 제어할 수 있어 전신운동이 가능하다. 그리고 이러한 전 신운동은 감각기들을 자극하는 훈련을 시켜 뇌 기능을 강화하는 훈련까지 포함하게 된다. Huber전문 기관에 서도 인정한 로봇으로 최근에는 재활센터나 병원에서 도 도입하고 있는 실정이다. (4) 골프 스윙 트레이너 운동의 자세교정을 위하여 골퍼에게 스윙자세를 올 바르게 교정하는 골프스윙 트레이너 로봇이 개발되었 다. 이 로봇은 골퍼의 스윙을 분석하여 골퍼의 잘 못된 부분을 교정하게하고 골퍼에게 최적화된 자세를 시뮬 레이팅 하여 바른 자세를 훈련할 수 있게 한다. (5) 스포츠 지원 로봇 스포츠는 즐기는 것 이외의 지원이 필요하다. 테니스 의 볼보이, 골프에서 친 공의 위치를 찾거나 골프채를 나르는 등의 스포츠를 위한 서비스가 필요하다. Wellness 로봇은 사람이 직접하기 번거로운 서비스를 제공하기도 한다. Intelecady는 골프장 전체의 홀의 위 치 및 골프채를 운반하는 역할을 수행하고, 실제 골프를 치는 선수에게 다양한 정보를 제공하며 선수의 위치 및 골프공의 추적 기능도 가지고 있다. Tennis Ball Collector 로봇은 테니스 공을 자동으로 인식하고 매우 빠르게 공을 담을 수 있어 사용자가 편하 게 테니스를 즐기도록 도와준다. (5) Huber Huber는 경사판위에서 자세를 유지함으로써 균형감 각, 시각 반응능력 그리고 근력을 강화하는 운동기구를 말한다. 시각 지시 장치에서 지시하는 데로 발 위치 및 손 위치를 따라하며 균형을 잡음으로써 근력뿐만 아니 라 균형 감각이 동시에 향상될 수 있다. 기존의 플랫폼들은 진동형태이거나, 수평면을 오가 는 구조였으나 Huber는 로봇 기술을 이용해 전후좌우 그리고 상하로 움직이는 3D방식의 구조를 구현하여 신 (5) 체어봇 마사지체어는 온 가족이 함께 사용하기 때문에 앉은 사람의 체형에 맞는 센서와 적절한 압력조정 등 로봇제 32 전기의 세계

35 Wellness(건강증진 및 예방) 로봇 연구동향 어기능이 절실히 필요하다. 서로 다른 체형의 사람을 마 사지체어가 일률적으로 마사지하면 잘못된 마사지가 돼 오히려 피로를 누적시킬 수 있다. 사람의 체형을 인 식하고 부위별로 정확히 자극을 주는 안마로봇의 핵심 기술은 향후 서비스 로봇시장의 성장에 중요한 기폭제 로 작용할 전망이며 침대, 소파에도 관련기술들이 활용 될수있다. 저가로 판매되고 있으며 사람이 하는 마사지 모션을 모 사하여 개발 되었다. (6) Relax Station Relax Station은 업무에 시달리는 현대인에게 편하게 쉴 수 있는 공간을 제공하며 육체적 정신적 스트레스 를 풀어 줌으로써 건강한 신체와 건강한 정신을 유지하 기 위해 개발되었다. 마사지 등을 통한 Relaxation이 아 닌 건강한 자세와 무구속 생체정보 를 통해 사용자의 구속을 최소화한 휴식을 제공한다. Relax Station에 앉거나 누우면 air cell을 통해 생체정 보 및 자세정보를 모니터링하여 사용자에게 최적화된 자세가 되도록 air cell 등판 및 좌판을 가변해 주며, 무 구속으로 측정된 생체정보를 통해 스트레스를 평가하 여 서비스한다. (9) 침대형 전신 마사지 로봇, Reiz DZ-270 Reiz DZ-270은 머리끝부터 발끝까지 전신 마사지를 제공하는 로봇이다. 멀티미디어 시스템과 결합되어 누 워서 Relaxation하며 전신을 맞사지 받게 되지만, 전문 적인 마사지라기보다는 미용을 위한 마사지에 가깝다. (10) 화초로봇 실제로 사람을 인식해 반응하는 '화초로봇'은 가습, 산소발생, 방향 기능 등을 가진 상호 교감형 로봇으로 실내 화초의 특성을 착안해 개발되었으며, 화초로부터 (7) 미니 마사지 로봇, CRAVE 마사지는 일반적으로 피로회복에 도움을 주는 것을 알려져 있어 많은 마사지 체어가 개발되었다. 그러나 이 러한 마사지 체어는 고가의 장비이며 수동적으로 마사 지를 받아야 하는 단점이 있고 원하는 마사지 위치를 찾 아 마사지 하는 데는 아직까지 무리가 있다. 미니 마사 지 로봇 CRAVE는 사람이 직접 들고 원하는 위치에 대 면 4개의 발이 움직이며 마사지를 한다. 약 25$ 정도의 2009년 제58권 제7호 33

36 기 획 시 리 즈 40Cm 내에 접근하면 초음파센서가 사람을 인식해 사람 쪽으로 줄기가 구부러지면서 인사하고 꽃봉오리도 피 우게 된다. 그 밖에 유비쿼터스 네트워크 기능이 내장돼 여러 개의 화초로봇들로 로봇화원을 꾸밀 수 있다. (11) 산소챔버 로봇 고동도 산소는 운동 회복 효과를 높일 수 있고 저농도 산소는 고지대에서 운동하는 효과를 줄 수 있다. 운동 선수들의 경우 운동 효과를 극대화시키기 위해 고지대 로 해외전지훈련을 가기도 하는데 산소챔버 로봇를 이 용하면 이러한 비용을 절감할 수 있다. 산소농도 뿐만 아니라 습도 및 온도 등의 가변을 통해 스포츠 경기의 악조건에 대비하는 훈련을 제공할 수 있다. Ⅳ. 요약 및 결론 Wellness 로봇은 웰빙이라는 사회 트랜드와 더불어 매우 주목받는 분야로 급부상하고 있으며, 다양한 분야 에서 활용도가 높아 전 후방 산업에 파급효과가 크고 조기 상용화가 가능한 분야이다. 그래서 본 고에서는 Wellness 로봇의 국내외 동향에 대해 조사해 보았다. Wellness 로봇 분야는 아직까지 개념 및 기술이 명확히 정의되거나 체계적인 연구가 이루어 지지 못하고 있으 나, 다양한 분야에서 연구가 진행되고 있다. 진행되는 연구들의 내용을 종합해보면 다음과 같다. 스포츠의 정밀모사 또는 기존 운동기구의 고정밀화 지속적인 운동을 위해 엔터테인먼트적인 요소와 의융합 지능화된 운동 처방 및 코칭 서비스 스트레스 해소를 위한 서비스 쾌적환경 서비스 Wellness 로봇 산업은 근래의 건강에 대한 관심에 힘 입어 10년 내에 막대한 시장수요를 창출할 것으로 전망 되며, 우리나라의 웰니스 로봇 산업은 우수한 IT 경쟁력 을 바탕으로, 고부가가치를 창출하는 차세대 성장산업 으로 발전할 것으로 예상된다. 또한 아직 이 분야가 세계 적으로 초기 수준에 이르고 있으므로 현재의 산발적인 연구를 집중하고, wellness 로봇의 개념과 시스템 표준 화를 정립해나가면 세계시장을 선도할 수도 있을 것으 로 예측된다. 34 전기의 세계

37 기 획 시 리 즈 노령자의 보행지원을 위한 지능형 헬스케어 로봇의 기술 동향 이응혁/ 한국산업기술대학교전자공학과 이동광/ 한국산업기술대학교지식기반기술에너지대학원 공정식/ 인덕대학 기계설계과 Ⅰ. 서 론 일반적으로 고령화 사회란 총인구 중에 65세 이상의 인구의 비율이 증가하는 사회를 말하며, 현재 사회의 선 진화 및 BT 산업의 발전으로 인해 인간의 수명이 연장 되어 고령화 사회를 예고하고 있다. 현재 우리나라의 경 우에는 표 1에 제시된 바와 같이 고령화 사회를 지나 2020년경에는 고령사회로의 진입이 예상되고 있다[1-2]. 표. 1 65세 이상 인구 및 구성비 (단위 : 천명) 연도 총인구 65세이상 구성비 ,124 1, % ,869 2, % ,287 3, % ,008 3, % ,607 5, % ,875 5, % ,340 7, % ,039 10, % 고령화 사회가 도래하면서 세계적으로 실버산업이 폭발적으로 증가하고 있으며, 특히 우리나라는 세계에 서 가장 빠른 고령인구의 증가율을 보여 실버산업 시장 이 급속하게 증가할 가능성이 높으며 85세 이상 초고령 인구의 증가로 요양보호를 요하는 노인이 증가하여 의 료서비스, 사회서비스 등의 실버산업 발전을 촉진하고 있다. 현재 세계적으로 고령화가 진행되고 있는 시점에서 고령자의 삶의 질(QOL : Quality Of Life) 향상을 통해 사회 참여를 도모하기 위해 필요한 분야로는 그림 1에 나타낸 것과 같이 생명지원 분야, 생활지원 분야와 생활 활동지원 분야 등으로 구분할 수 있으며, 이에 필요한 기술로는 생체기능 대행 보조 기술, 치료지원 기술, 자 그림 1 고령자의 삶의 질 향상을 위한 지원 기술 그림 2 이동형 헬스케어 로봇의 정의 2009년 제58권 제7호 35

38 기 획 시 리 즈 립지원 기술, 생체 계측 기술 등을 활용한 자립지원 기 술 및 간호지원 기술이 요구된다. 이러한 자립지원 및 간호지원 기술은 전통적인 BT 산업과 더불어 RT와 IT 산업이 부간된 시스템 즉, 이동형 헬스케어 시스템 및 재택진료 시스템으로 발전하고 있다[3-8]. 고령자들의 생활지원을 위한 이동형 헬스케어 시스 템 및 재택진료 시스템이 결합된 이동형 헬스케어 로봇 기술은 그림 2와 같이 가사지원, 이동지원과 헬스케어 및 통신 지원 등의 기능으로 정의될 수 있으며, 이러한 지원 기능은 크게 육체적 지원, 정신적 지원, 정보적 지 원 등으로 분류될 수 있다. 육체적 지원 기능은 노인의 이동기능보조(보행보조, 부축, 심부름 등), 조작기능보 조(식사, 세면, 용변 등), 기능증진(근력증진, 안마 등)이 필요하다. 정신적 지원 기능으로는 노인학기반의 전문 가 시스템, 감성인식 기능으로 구성된 심리치료(mental therapy) 컨텐츠, 대화상대 및 오락상대가 되는 감성적 기능 지원, 기억력을 증진시키고 새로운 지식을 교육시 키는 지성적지원이 요구된다. 또한, 정보적 지원 기능으 로는 노인들의 활동상황 또는 위급상황을 알려주는 신 체 정보제공, 일정 식사 투약 등의 기능을 지원하는 생 활 스케줄 관리, 날씨 방문자 지역 방송 연락처 정보 등 을 제공하는 생활정보 제공 등의 기술이 요구되고 된다. 특히, 운동능력과 기억력이 저하된 재택 고령자의 삶 의 질을 향상시키기 위해서는 실내외 환경에서 타인의 도움을 받지 않고 스스로 기본적인 생활을 유지할 수 있 도록 고령자의 보행과 앉기/서기를 보조하며 기본적인 일상 생활을 지원할 수 있는 재활보조 기능 및 경작업 지원기능을 겸비한 보행보조 기기의 개발이 절실히 요 구되고 있으며, 이러한 보행보조기기는 보행 재활 기능, 보행보조 기기의 자율 주행에 의한 유도 기능, 음성 및 영상에 의한 지능적 제어 기능, 실내 생활 작업 지원을 위한 고령자 중심의 지원 기능, 유비쿼터스 컴퓨팅 지원 을 위한 원격제어 기능, 고령자의 생활 패턴을 고려한 사용자 인터페이스 기술, 주택내의 barrier free화 등 IT 와 BT 기술을 접목한 RT 기술이 필요한 실정이다. 또 한, 고령자를 위한 생활 지원 기능을 갖는 보행보조 로 봇은 인간과 동일 공간에서 존재하면서 사용되어야 하 므로, 인간과의 친화성과 사용의 편리성 등을 고려한 설 계 기술이 요구되고 있다. 따라서, 운동능력과 기억력이 저하된 고령자의 일상 생활 지원을 위한 보행보조 기능, 경작업 지원 기능, 헬 스케어 정보 지원 기능, 기억력 보조 기능 등이 겸비된 지능형 헬스케어 로봇의 개발이 절실히 요구되는 상황 이고, 향후 이와 관련되어 선진국에 기술종속화를 피하 기 위해서는 선행 기술개발이 절실히 요구된다. 더욱이 이러한 노인의 지능형 보행 보조 기술 개발은 고령화 사 회에 시급히 요구 되는 과제라 할 수 있다. 이에 본 논문에서는 고령자의 생활지원을 위한 지능 형 헬스케어 로봇의 현황 및 보행보조 로봇 구축 기술에 대해 기술하기로 한다. Ⅱ. 보행 및 생활지원을 위한 지능형 헬스케어 로봇 현황 1. 국외 기술 현황 보행 및 생활지원을 위한 지능형 헬스케어 로봇은 운 동능력과 기억력이 저하된 노약자가 실.내외 환경에서 타인의 도움을 받지 않고 스스로 기본적인 생활을 영위 할 수 있도록 노약자의 보행을 보조하고, 보조기적인 역 할로써 보행보조 기능을 지원하여 기본적인 일상생활 을 지원할 수 있는 시스템으로 시스템의 특성상 안전성, 신뢰성, 재현성 및 오류 복구성이 보장되어야 한다. 원래 보행보조를 위한 지능형 헬스케어 로봇 기술은 시각장애인의 보행을 유도하기 위한 이동 로봇(RTA : Robotic Travel Aids) 개발에 그 효시가 있고, 이러한 기 술을 바탕으로 고령자의 실.내외 생활지원을 위한 지능 형 보행보조 시스템으로의 활용 개발이 되어 왔다. 본 논문에서 기술하고자 하는 지능형 보행보조용 헬 스케어 로봇에 대한 관련 연구는 유럽의 경우 1990년부 터 10년간 고령자 장애인을 위한 종합 기술지원 프로그 램인 TIDE(Technology for Inclusi- ve Design andequality) 프로젝트를 기반으로 수행되어 왔으며, 일 본의 경우 1990년부터 총예산 6조 엔의 고령자 복지 10 개년 계획을 실시하여 왔으며, 현재 NEDO의 주관으로 확대 실시되고 있는 실정이다. 이를 통해 개발된 지능형 보행보조용 헬스케어 로봇의 대표적인 사례는 Haptica 사의 Guido, IPA 연구소의 Care-O-Bot, CMU 대학의 Nursebot과 Hitachi사의 고령자 생활작업지원 시스템을 36 전기의 세계

39 노령자의 보행지원을 위한 지능형 헬스케어 로봇의 기술 동향 들 수 있다. 이들 로봇의 기술개발 내용은 다음과 같이 정리할 수 있다. (1) Haptica사의 Guido 아일랜드의 Trinity 대학에서는 고령자의 보행을 보조 하기 위한 수단으로 PAM- AID를 개발하였다[3]. PAM- AID는 허약한 고령자의 생활지원을 위해 보행을 보조/ 안내하기 위한 목적으로 육체적인 보조와 함께 사용자 의 자율성을 개선시키기 위한 시스템으로서, 움직임에 대한 많은 연구를 수행하였다. PAM-AID는 사용자의 수 동 조작과 공유된 제어 방법의 두 가지로 사용자의 움직 임을 보조하며, 이와 함께 장애물을 회피하거나, 로봇 주위의 장애물에 대한 정보를 알려주는 기능도 내장하 고 있다. Haptica사에서는 그림 3에 나타낸 바와 같이 PAM-AID를 기반으로 한 실내의 노약자를 위한 보행보 조 로봇인 Guido를 개발하였다[4]. Guido는 인공지능을 이용한 보행보조 로봇으로서 레이저 거리 검출기(LRF: Laser Range Finder)와 초음파 센서 등의 센서 융합을 통한 장애물 감지 및 회피, 지도작성 및 주행 기능을 갖 추고 있으며, 지속적인 사용자와의 상호작용에 의해 장 애물을 감지하고 이에 대한 경로를 계획하여 자율적인 보행을 유도하고 있으며 장애물 인식 및 보행 유도에 대 한 결과를 음성 기능을 이용해 사용자에게 전달하고 있 다, 또한 핸들바에 장착된 힘 센서에 의해 사용자의 보 행의지를 파악하여 보행의 안전성을 확보하고 있다. (2) IPA 연구소의 Care-O-Bot Care-O-Bot은 독일 IPA 연구소에서 1998년부터 개발 하기 시작하였으며 그림 4와 같은 Care-O-BotⅡ의 모습 으로 발전하여 왔다. Care-O-BotⅡ는 경로상의 장애물 을 자동으로 회피하면서 목적지로의 안내를 하는 이동 기능과 환자 간호 및 가전 제품 제어 등의 가정부 기능 과 위급 상황시 의료진에게 연락하거나 스케쥴 관리 등 의 의사소통 기능을 갖추고 있다. 특히, 이동 기능의 경 우는 직접 조정 모드 와 목표지점 모드 로 동작되는 데, 직접조정모드 에서는 사용자가 진행 방향으로 보 행 보조기 핸들에 힘을 가하면 핸들의 센서로 측정되고 필터로 보정된 값을 통해 로봇의 진행 속도를 변화시키 며, 만약 로봇의 지정된 이동 방향에 장애물이 감지되면 속도벡터를 수정하여 경로를 수정해 나가는 기능을 수 행한다. 그리고 목표지점 모드 에서는 사용자가 목표 지점을 지정하면 Care-O-BotⅡ는 그 지점에 이르는 가 장 안전한 방법으로 최적의 경로를 찾아서 따라가는 기 능을 수행한다. 그림 3 Haptica사의 Guido 그림 4 IPA의 Care-O-BotⅡ 2009년 제58권 제7호 37

40 기 획 시 리 즈 그림 5 Care-O-BotⅡ의 시스템 구성 그림 6 Nursebot의 외관 및 기능 Care-O-BotⅡ의 시스템 구성은 그림 5에 나타낸 것과 같이 모바일 플랫폼과 탑레벨 시스템으로 구성되어 있 으며, 이는 각각 독립적인 시스템으로 구현되어 있고, 두 시스템과의 정보 교환은 이더넷을 통해 이루어진다. 모바일 플랫폼은 로봇이 자율적으로 이동하여 노인의 보행을 보조하는 기능을 한다[5]. 전면부에는 터치스크 린이 장착되어 있어 노인과 쉽게 인터페이스가 가능하 도록 되어있다. 탑 레벨 시스템은 로봇 팔, 센서헤드와 38 전기의 세계

41 노령자의 보행지원을 위한 지능형 헬스케어 로봇의 기술 동향 그리퍼를 구동할 수 있도록 구성되어 있으며, 컵과 같은 물건을 잡는 동작을 통해 거동이 불편한 노인의 실내 생 활지원을 할 수 있도록 되어있다. (3) CMU의 Nursebot 미국 Carnegie Mellon 대학과 Pittsburgh 대학에서는 1998년부터 "Robotic Assistants for the Elderly" 프로젝 트를 공동으로 수행하여 Nursebot를 개발하였다[6]. Nursebot은 노인들의 일상생활에 필요한 작업을 수행 하는 개인용 이동로봇으로서 그림 6과 같은 기능을 가 지고 있다. (4) Hitachi사의 고령자 생활작업지원 시스템 일본의 Hitachi사에서 개발한 Power Assisted Walking Support System은 고령자의 앉기/서기 동작과 보행 동작에 대한 보조 시스템으로 2개의 전방 캐스터 와 후륜구동의 2개의 모터가 장착되어 있으며, 힘센서 에 의한 추진력 검출, 적외선 센서에 의한 장애물 검출, 기울기 센서를 사용한 경사면 주행 제어 등의 기능을 갖 고 있다[5]. 또한, 본 시스템에는 고령자의 근력을 보조 하기 위한 Power 보조 기능, 생활기록과 관리를 위한 메모리 보조 기능과 고령자에게 친숙하고 사용하기 편 리한 인터페이스 기능 등이 내장되어 있다. 경에서 목표지점까지 안내를 하며 보행을 유도하여 주 는 Navigation assistance 기능이 구현 되어 있다. 또한 Walking Helper는 Omni-Wheel 구조를 가지고 있으며 6축 힘 센서를 사용하여 보행의지 파악하는 기능을 내 장하고 있다. 2. 국내 기술 현황 국내의 경우에는 보장구 및 장애인 복지관련 연구 개발 이 1993년까지는 구체적인 결실이 미미한 상태였으며 1994년 이후 우리나라에 보장구 및 장애인 재활관련 연구 의 중요성이 인식되어 많은 변화가 일어나고 있다. 현재 여러 연구기관 및 산업체에서 이에 대한 연구개발 활동을 수행 중이며 정부의 연구개발에 대한 지원 및 투자도 증 가되고 있다. 그러나 국내의 연구는 외국에 비해 이제 시 작단계이며 보장구 및 장애인 복지와 관련된 국내 연구는 전동휠체어나 이와 관련된 연구가 주를 이루고 있으며 최 근 들어 다양한 분야로의 시도가 이루어지고 있다. 국내의 연구사례를 살펴보면 고령자를 위한 시스템 보다는 장애인을 위한 시스템 개발이 주로 진행되어 왔 으며, 병원내의 자동화를 위한 서비스 로봇의 개발사례 (5) 기타 보행 보조 시스템 이상의 시스템 외에 현재 실외의 환경에서 고령자의 보행보조를 위해 간단하게 사용할 수 있는 시스템으로 는 Virginia 대학 MARC 센터에서 개발 중인 Adaptive Walker, CMU 대학에서 개발 중인 Robotic Walker와 일 본의 Tohoku 대학에서 개발 중인 Walking Helper/RT- Walker가 있다. Adaptive Walker는 각종 센서(Laser, IR, emcoder)에 의한 장애물 감지, 지도 작성 등의 기능 외에 안전을 위한 하강계단 감지, 전기식 브레이크 시스 템의기능이 있으며, 사용자의 보행의지는 핸들부에 부 착된 힘 센서로부터 힘을 감지하여 판단한다. Robotic Walker는 상용의 4륜형 walker에 편리기능을 전자적으 로 구현한 시스템으로 walker를 사용한 후에 자동으로 주차할 수 있는 Selfparking & retrieval 기능과 고령자의 낙상방지를 위한 편의 기능이 구현되어 있으며, 실내 환 그림 7 Hitachi 사의 고령자 생활지원 시스템 및 메모리 보조기능 (a) Adaptive Walker 그림 8 기타 보행 보조 시스템 (b) Robotic Walker (c) Walking Helper 2009년 제58권 제7호 39

42 기 획 시 리 즈 도 보고되고 있다. 그러나 이러한 시스템들은 상용화를 위한 것보다는 학문적인 관점에서 접근하고 있으며 보 행 보조기기의 경우 아직 실용 가능한 결과를 내지 못하 고 있는 실정이다. 현재까지 대학에서 개발되어온 시스 템을 소개하면 다음과 같다. (1) KAIST의 보행 도우미 로봇 그림 9에는 KAIST에서 개발한 재활용 보행보조로봇 을 나타내었다. 이 로봇은 병원에서 환자의 재활지원 프 로그램을 지원하기 위해 개발 중인 로봇으로 로드셀에 의한 환자의 체중감지 및 보행 시 하중조절 기능과 초음 파센서에 의한 환자와 로봇과의 거리감지에 의한 보행 속도 감지 및 제어 기능을 갖추고 있다. 그림 9 KAIST의 보행보조로봇 그림 10 계단 승월이 가능한 시각장애인 보행 유도 로봇 그림 11 시각장애인 보행 유도 로봇의 시스템 구성도 40 전기의 세계

43 노령자의 보행지원을 위한 지능형 헬스케어 로봇의 기술 동향 (2) 한국산업기술대의 계단승월이 가능한 시각장애인 보행 유도 로봇 그림 10에는 한국산업기술대학교의 지능형 헬스케어 시스템 연구소에서 개발한 계단승월이 가능한 시각 장 애인 보행 유도 로봇을 나타내었다[8-9]. 이 유도 로봇의 주된 기능은 다음과 같으며, 시스템 구성은 그림 11에 나타내었다. - 계단 승월이 가능한 이동 로봇 메카니즘 - Odometer 및 자이로스코프 등에 의한 주행 경로 보 정 알고리즘 - GPS에 의한Global navigation 기능 구현 - 점자 또는 음성에 의한 전역적 항법 계획 기법 - 영상 및 초음파 센서를 융합한 주행 정보획득 및 회 피 알고리즘 개발 - 청각 또는 음성을 사용한 시각 장애인 유도 알고리 즘개발 - 시각 장애인 유도를 위한 점자 보도 블록 인식 기법 개발 - 경사면, 도로요철 및 턱이 있는 제한된 환경에서 고 령자의 보행, 부축 및 앉기/서기 등의 활동 보조 메 커니즘 - 저전력/고효율의 제어 장치 및 지능형 센서 메커니즘 - LRF 및 영상센서를 사용한 자율주행을 위한 장애물 회피 및 유도 알고리즘 - 고령자의 힘 감지 및 반영에 의한 Power Assist 제어 알고리즘 (3) 한국산업기술대학교와 고등기술원의 SIL-BO 보행 보조로봇 21세기 프론티어 기술개발사업으로 인간기능 생활지 원 지능로봇 기술개발 사업의 일환으로 고령자의 보행 특성에 적합한 실외용 지능형 보행보조 로봇 개발 사업 그림 12 지능형 보행보조 로봇 이 수행되었다. 이 로봇은 실외에서 하지 근력이 약화된 고령자의 보행 및 앉 기/서기 보조 기능과 경로 안내 기능을 갖 는 기능을 가지고 있 으며 그림 12에 나타 낸것과같이2륜구 동및2축의조향장 치로 이루어진 이동 메카니즘의 형태로 구현되어 있다. 이 로 봇의 시스템 구성은 그림 13과 같으며, 주 요 기술 내용은 다음 과같다. 그림 13 지능형 보행보조 로봇의 전체 시스템 구성도 2009년 제58권 제7호 41

44 기 획 시 리 즈 - 목적지 안내 및 유도 기법 - 고령자의 이동 상태를 원격에서 모니터링하고 보조 제어할 수 있는 통신기법 (4) 한국산업기술대학교의 보행 보조 로봇 앞서 설명한 SIL-BO 보행보조 로봇은 기능적인 측면 에서는 고령자를 위한 기능이 모두 포함되어 있으나, 기 구부가 복잡하고, 적용 센서 또한 고가이기 때문에 상용 화가 부적합한 면이 있다. 따라서 SIL-BO의 이러한 문 제점을 해결함과 동시에 저가의 상용화 모델의 개발이 대두되었다. 이에 한국산업기술대학교에서는 운동능력 및 근력과 기억력이 저하된 노령자가 타인의 도움을 받지 않고 스 스로 기본적인 일상생활을 할 수 있도록 도와주기 위한 지능형 보행보조 로봇의 운용 및 제어 알고리즘을 개발 하고 있으며, 특히 지능형 보행보조용 헬스케어 로봇의 사용자 편리성 증진을 위한 HRI(Human Robot Interaction) 기법 및 일상생활 지원을 위한 USN(Ubiquitous Sensor Network) 기반의 노령자 생활지원 시스템을 개 발중에있다. 현재 개발 진행 중인 보행보조 로봇(그림 14 참조)은 앉기/서기 보조가 가능하고, 휠체어 겸용이 가능한 구 조를 가지고 있으며, 경량화 및 저가의 시스템 구현을 목표로 구동 모터로 인휠 모터를 채용하고 있다 표 2는 현재 개발 중인 보행보조로봇의 제원을 나타낸다. 그림 14에서 제시된 저가 능동형 보행보조로봇은 사용자의 의지 파악을 정확하게 수행할수 있도록 고안된 스마트 핸들바를 가지고 있으며, 이 헨들바를 통해 사용자의 보 행 의지력을 힘센서인 FSR센서를 통해 추출하고 이를 분석하였다. 이 분석된 데이터를 근거로 지능알고리즘 을 통해 사용자의 의지에 따른 구동부인 인휠모터의 움 직임을 통해 자연스럽게 차량을 움직이도록 함으로써 사용자가 로봇을 조작한다는 관점에서 벗어나 차량이 사용자의 의지에 맞춰 자연스럽게 이동할 수 있도록 하 였다. 또한 노약자 및 장애인과 같이 일반인들에 비해 운동신경이 저하된 분의 장애물 회피를 위해 IR 스케너 를 장착하여 로봇 전방 주위에 장애물에 대한 인식하고 장애물이 발생되었을 경우 로봇의 자체적인 판단을 통 해 장애물을 회피할 수 있는 능력을 갖춤으로써 보행 보 조 로봇을 사용하는 사람이 보다 편리하고 안전하게 실 내외 공간을 이동할 수 있도록 하였다. 또한, 개발 중인 보행보조 로봇에는 기본적인 보행 보 조 기능과 장애물 회피 기능 이외에 노령자가 기본적으 로 겪게 되는 기억력 감퇴를 보조할 수 있도록 사용자의 튜약등과 같은 스케쥴 관리를 수행 및 사용자에게 필요 한 필수 물건들에 대한 위치 정보를 제공하는 등의 기능 을 제공하는 기억보조 장치 개발이 보행 보조 로봇의 기 능 중에 하나이다. 이와 더불어, 사용자가 실외에서 보 행 보조 로봇을 사용하게 될 경우 사용자의 요구에 따라 보행보조기로써의 역할 및 휠체어로써의 역할을 수행 할 수 있는 다양한 구동 방식을 제공하며, 내부 환경 정 그림 14 개발 중인 보행보조 로봇 표 2 보행 보조 로봇의 기구부 사양 항목 전폭 전고 전장 사용자영역폭 중량 바퀴지름 구동모터출력 연속사용시간 최고속도 경사등판 핸들높이조절(수동) 둔턱극복 설계사양 750mm 1150mm 800mm 476 mm 45kg 200 mm 150W 2 시간 3Km/h 10도 200 mm 50mm 42 전기의 세계

45 노령자의 보행지원을 위한 지능형 헬스케어 로봇의 기술 동향 그림 15 개발 중인 보행보조 로봇의 기능 보(배터리 잔량, 시스템 상태) 및 외부 환경 정보(장애 물 정보, 위험상황 발생 상태 등)를 사용자에게 알려줄 수 있는 사용자 인터페이스 등의 기능들을 구현하고 있 다. 그림 15에는 위에서 제시된 보행보조로봇의 기능들 을 정리하였다. Ⅲ. 결 론 고령자를 위한 지능형 보행보조용 헬스케어 로봇은 시각 장애인의 재활을 위한 이동 로봇(RTA) 개발을 바 탕으로 하여 1980년대부터 개발이 진행되어 오고 있으 며, 현재 각 연구소 별로 독자적으로 BT, IT 기술을 접목 하여 노령자의 생활지원 및 편리성 증진을 위해 제품을 연구하고 있는 단계에 있으며, 상품화하여 실용화한 연 구단체 및 기업은 사실상 부재한 실정이다. 또한, 고령 자를 위한 지능형 보행보조용 헬스케어 로봇을 설계할 때에는 고령자를 위한 fool proof, fail safe, long life 등 의 원칙이 고려되어야 하며, 고령자를 위한 사용의 편리 성 및 안전성이 고려되어야 한다. 그러나 현재 개발되고 있는 보행보조 시스템의 경우에는 이러한 평범한 사항 도 고려되지 않고 있는 것이 현재의 실정이다. 따라서, 고령자를 위한 재활보조용 헬스케어 로봇으 로 개발하고자 하는 시스템은 노령자의 생활방식과 사 용의 편리성을 고려한 사용자 인터페이스 방식이 개발 되어야 하고, 또한 피로도 경감과 사용자의 안전성을 고 려한 시스템의 개발이 필요할 것으로 사료된다. 이러한 기능을 포함하여 고령자를 위한 지능형 보행 보조용 헬스케어 로봇이 개발된다면 노인 인구의 경제 활동을 통한 인력난 해소와 노인 복지 재정 감소를 통한 전체적인 복지 서비스의 질을 향상시킬 수 있으리라 기 대된다. 참고문헌 [1] 통계청 NSOK(National Statistical Office of Korea), 고령자 통계 [2] [3] Shane MacNamara and Gerard Lacey, "A SmartWalker for the Frail Visually Impaired," Proceedings f the 2000 IEEE International Conference on Robotics & Automation San Francisco, CA, April pp 년 제58권 제7호 43

46 기 획 시 리 즈 [4] Diego Rodriguez-Losada, et. al., "Implementing Map Based Navigation in Guido, the Robotic SmartWalker," Proceedings of the 2005 IEEE International Conference on Robotics and Automation Barcelona, Spain, April 2005, pp [5] B. Graf, M. Hans, J. Kubacki, R.D. Schraft, "Robotic Home Assistant Care-O-bot II," Proceedings of the Second Joint EMBS/BMES Conference, Houston, TX, USA, October 23-26, 2002, pp [6] M. Montemerlo, J. Pineau, N. Roy, S. Thrun, and V.Verma, "Experiences with a Mobile Robotic Guide for the Elderly," Proceedings of the AAAI National Conference on Artificial Intelligence [7] Yasuhiro Nemoto, Saku Egawa, Atsushi Koseki, Shizuko Hattori, Takeshi Eshii, and Mesakatsu Fujie, "Power-Assisted Walking Support System for Elderly," Proceedings of the 20th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Machine and Biology Society, Volume 5, 1998, pp [8] 이종실, 이응혁, 민홍기, 홍승호 개단승월이 가능 한 시각장애인 유개발 재활복지 제 7권 1호, p , [9] 심현민, 홍승홍, 이응혁, 민홍기 시각장애인을 위 한 장애물 경보기의 개발, 2002년 대한 전자공학 회 하계종합학술대회 논문집 V,25권 1호, , pp [10] Hyeon-Min Shim; Eung-Hyuk Lee Jae-Hong Shim, Sang-Moo Lee, Seung-Hong Hong, "Implementation of an intelligent walking assistant robot for the elderly in outdoor environment," 9th International Conference on Rehabilitation Robotics, 28 June-1 July 2005, pp [11] G. Dudek and M. Jenkin, Computational Principles of Mobile Robotics, Cambridge university press, pp.26-27, [12] J. Borenstein and Y. Koren, "The Vector Field Histogram - Fast Obstacle Avoidance for Mobile Robots," IEEE Journal of Robotics and Automation Vo. 7, No. 3, pp June 전기의 세계

47 기 획 시 리 즈 프론티어 지능로봇사업단의 노인을 위한 Healthcare Robot 개발 소개 전도영/ 서강대학교 기계공학과 이 용 권 / KIST 인지로봇 연구단 최 문 택 / KIST 프론티어 지능로봇 사업단 김 문 상 / KIST 프론티어 지능로봇 사업단 1 배경 및 필요성 숨가쁘게 펼쳐지고 있는 21세기는 지난 20세기와는 확연히 다른 패러다임으로 전개되고 있다. 20세기가 산업 혁명을 기점으로 하여 에너지 소비, 인구 증가, 과 학 기술의 발전 등을 통해 엄청난 양적인 변화 가이룩 된 시기였다면 21세기는 지난 세기에서 간과되었던 인 간 삶의 질 향상을 추구하는 질적인 변혁 의 시대이다. 과학 기술의 발달도 이를 이룩하기 위한 방향으로 급격 하게 변화하고 있는데 대표적으로 거론되는 혁신적 돌 파형 기술들로서는 줄기 세포로 대변되는 생명 과학, 네 트워크를 기반으로 하는 정보 과학, 그리고 반도체 산업 등의 근간을 이루는 나노 과학이 있다. 그러나 이 기술 들이 우리의 생활 환경을 보다 직접적이고 가시적으로 바꾸기 위하여서는 이들을 적절히 융합하고 창조적으 로 발전시킬 수 있는 기술이 필요한데 이것이 바로 인공 지능을 이용한 지능 로봇 기술이다. 말하자면 지능 로봇 기술은 인간이 창조한 물건들에 인간성을 부여함으로 써 인간과 친숙하고 자연스러운 소통을 가능하게 하여 이를 통해 인간에게 좀더 편리한 생활 환경을 제공하는 역할을 할 것으로 받아들여지고 있다. 이러한 추세라면, 결국 멀지 않은 미래에 지능로봇이 현재의 휴대폰이 수행하고 있는 역할을 훌륭하게 이어 받는 시대가 도래할 것으로 믿고 있다. 그 이유는 휴대 폰이 가질 수 없는 지능 로봇의 두 가지 기능들 때문이 다. 첫째는 로봇의 적극적인 서비스 기능이다. 휴대폰 은 필요할 때 내가 찾으러 가야 하지만 로봇은 나에게 스스로 다가와 서비스를 제공할 수 있다. 몸이 아플 때 약 먹을 시간을 기억해서 나에게 다가와 알려줄 수도 있 고 피로할 때는 심부름이나 설거지도 대신할 수 있다. 예전 귀족들이나 누릴 수 있었던 호사를 이제는 로봇이 가능하게 할 수 있는 것이다. 두 번째 기능은 인간적인 소통이다. 로봇은 인간과 비슷한 형상을 갖고 인간이 가 진 오감의 기능을 장착하고 있기 때문에 인간과의 자연 스러운 교류가 가능한 새로운 동반자가 될 것이다. 특히 나 고령화가 빠르게 진행되고 개인화가 뚜렷한 현대사 회에서는 인간들의 소통을 돕는, 그리고 실질적인 도움 을 줄 수 있는 로봇의 위치가 더욱 중요해 질 것이다. 말 상대가 없는 할아버지 할머니들의 벗이 되고 때에 따라 서는 결리는 팔다리도 안마해 드릴 수 있는 든든한 친구 의 역할 말이다. 프론티어 사업단에서는 미래 지능로봇 의 가장 긴요한 적용분야로 노인들을 위한 서비스로 정 하고 이에 필요한 다양한 기술들과 로봇 시스템들을 개 발하고 있다. 본 고에서는 현재 개발되고 있는 로봇 시 스템들을 소개하고자 한다. 2009년 제58권 제7호 45

48 기 획 시 리 즈 1.1 사회 문화적 측면 2003년도 대한민국 통계청 자료에 따르면 한국이 어 느새 저 출산율 세계 1위 국가가 되었다고 한다. 불과 30~40년 전인 1960~70년대에 둘만 낳아 잘 기르자 는 표어 아래 산아제한 정책을 표방했던 국가가 이제는 아 이를 너무 안 낳아서 걱정인 시대로 진입하게 된 것이다. 이와는 대조적으로 2000년을 기점으로 한국은 65세 이 상 고령 인구가 전체 인 구의 7% 이상을 차지하 는 고령화 사회의 기준 을 이미 넘어섰으며 2030년경에는 미국이나 유럽 등 최고 선진국들 처럼 고령 인구가 전체 인구의 무려 21%를 상회 하는 초 고령화 사회가 될 것으로 예측하고 있 다. 여기서 주목해야 하 는 것은 저출산은 생산 연령 인구의 감소, 즉 노 동력의 감소로 이어진다 는 점이다. 반면 상대적 으로 급격하게 늘어나는 그림 1 고령화 추이 노인인구로 인해 부양 문제라는 심각한 사회문 제 역시 발생하게 된다. 근본적으로는 정부의 획기적인 출산정책 제 도 등이 단기간에 효과 적으로 작용해서 최악 의 상황으로 치닫는 것 을 막는 것이 최선책이 겠지만 이와는 별도로 불가피하게 발생하게 될 노인 부양인력 부족 문제 해결에 대한 실질 적인 방법론 제시가 절 실한 시점이다. 이를 해 결하는 가장 실질적인 그림 2 시장조사 결과 방법으로 로봇을 통한 서비스가 제시되고 있는데 프런 티어 사업단에서는 우선적으로 노인들을 위한 로봇기 술로 특화하여 구체적인 목표를 설정하고 있다. 노인을 위한 보행보조 장치, 노인을 위한 건강증진 로봇 등의 개발을 통하여 개발되고 있는 기술들을 효율적으로 통 합하고 이를 통해 새로운 시장을 창출하고자 한다. 고령화 사회에서의 노동력 제공과 노인복지서비스 46 전기의 세계

49 프론티어 지능로봇사업단의 노인을 위한 Healthcare Robot 개발 소개 수요 해결의 대안이 될 수 있으며, 가정과 가족, 자녀 등 에 관한 전통적 개념 약화에 따른 나홀로 사회 의동료 로서 사회적 역할을 담당할 수 있을 것이다. 지능로봇과 공존하는 미래사회를 고려한 사회시스템 설계 (로봇이 쉽게 인식할 수 있는 신호체계 개발과 사전 구축 등)으 로 미래의 사회경제적 비용을 절감할 수 있다. 노인에게의 효율적인 적용이 일차적으로 가능하여지 면 본 사업단에서 핵심으로 추진하는 다양한 Killer Application의 창출이 손쉬울 것으로 판단하고 있다. 시 범사업 등을 통한 일차적인 검증과 적용이 이루어지면 실버로봇 분야에서의 세계적인 경쟁력을 가질 것으로 생각되며 교육로봇, 장난감 로봇 등으로 그 적용 영역을 확대해 나갈 것으로 예상된다. 문화적 측면에서 또한 고려될 사항은 로봇을 통한 새 로운 Trend의 구축이 가능할 것으로 보이는데 이는 우 리나라 국민이 갖는 문화적 특성 및 사회 구조와도 긴밀 한 연계가 있다고 생각된다. 로봇을 통한 새로운 문화형 성을 도모하고 이를 통하여 contents 분야의 부가적인 시장도 형성할 수 있다. 1.2 경제 산업적 배경 노인계층 대상으로 생활지원 및 의료지원을 하기 위 해서는 심부름과 청소하는 사람, 업무를 대행해주는 사 람, 오락을 제공하는 사람, 간병인 등의 한 노인을 대상 으로 여러명의 고용이 필요하며 이들에 대한 인건비 및 휴업급여와 상해시 발생하는 의료보상비를 감안하면 지능로봇의 경제적 비용 절감 효과는 크다고 하겠다. 이러한 시장 변화에 능동적으로 대응하는 것이 결국 미지의 거대시장을 선점할 수 있는 가능성을 제공할 것 이다. 우리나라의 지능형 로봇산업이 세계적인 경쟁력 을 확보하기 위하여서는 따라서 필요한 산업인프라의 구축, 법제도의 예측적인 정비 그리고 시범사업 등을 통 한 정부의 노력이 어우러져야 대응이 가능할 것으로 보 인다. 이러한 인프라 구축 노력과 아울러 로봇 상업화를 그림 3 노인들을 위한 서비스 분류 2009년 제58권 제7호 47