로봇 보철장치 발전을 위한 연구

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KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-12-01
로봇 하지 보철장치는 절단수술을 받은 사람들의 이동성 개선을 보장하지만, 기술에서의 에러가 사용자가 발을 헛디디게 하거나 넘어지게 할 수도 있다. 새로운 연구가 더욱 강력한 새세대 로봇 보철장치 개발을 목적으로, 이러한 기술이 실패할 때는 어떤 일이 발생할 것인지를 정확하게 조사하고 있다. "나의 연구는 사람의 근육의 전기적인 신호를 변환시켜 로봇 보철장치용 사지를 제어하는 신호로 만드는 기술을 개발하는 것에 초점을 두고 있는데 예를 들면, 근육 신호를 디코딩하여 보철장치 다리에 전달하여 직진으로 걸어가야 하는지 아니면 계단 위쪽으로 걸어가야 하는지 등을 지시하는 것"이라고 이 연구 논문의 차석 저자인 헬렌 후앙(Helen Huang) 박사는 말했다. 그는 노스캐롤라이나 주립대학교와 노스캐롤라이나 대학교 채플 힐 캠퍼스 간의 조인트 바이오의학 엔지니어링 프로그램의 조교수이기도 하다. "그렇지만 때때로, 이 디코딩 기술은 계단을 오르고 싶어하는데 실제로는 그렇게 작동하지 않는 것과 같은 실수를 저지른다. 우리는 사용자들이 발을 헛디디거나 넘어지는 위험에 처하기를 원하지 않기 때문에 이것은 문제가 된다"고 이 논문의 선임 저자이자 조인트 바이오의학 엔지니어링 프로그램의 박사과정 학생인 팡 창(Fan Zhang)씨는 말했다. 후앙(Huang) 박사 연구팀은, 디코딩 기술에 오류가 발생할 때 로봇 보철장치 다리를 사용하는 사람들에게 무슨 일이 발생하는지를 정확하게 이해하기 시작했다. "우리는 디코딩 기술의 정확성을 개선할 뿐 아니라 어떤 오류가 더 중요하고 어떤 것이 덜 중요한지 또는 사용자에게 미치는 영향이 적은지를 결정하고자 한다. 문제를 이해하는 것은 이러한 보철장치를 더욱 신뢰성있게 만드는 방법을 발견하는 데 있어서 중요한 단계"라고 후앙(Huang) 박사는 발표에서 말했다. 이 문제를 해결하기 위해, 연구진들은 오류를 범하도록 프로그래밍한 맞춤형 보철장치를 사용하는 연구과제를 수행했다. 이 작업은 후앙(Huang) 박사 연구팀이 각 사용자의 균형과 바이오메카닉스를 모니터링할 수 있도록 세팅된 실험실 내에서 진행되었다. 또한, 사용자들은 각각의 실험 도중에 그들이 얼마나 안정한지를 느끼는지를 말하도록 요청받았다. 연구진들은 일부 오류들은 거의 중요하지 않은 것이어서 사용자들이 주목할 필요도 없는 것이 있다는 사실을 발견했다. 예를 들어, 진행 기간에 짧게 나타나는 에러나 사용자의 몸무게가 보철장치용 다리에 적용되지 않았을 때에 나타나는 오류 등이다. 오랫동안 지속하는 에러나 사용자의 몸무게가 보철장치에 적용되었을 때 발생하는 에러가 더 주목되어야 한다. 또한, 연구진들은 아주 중요하거나 특히 주목해야 하는 에러는 큰 기계적인 작업상의 변화(mechanical work change)에 의해 특징지어진다고 결정했다. 이것은 로봇 보철장치 사지가 사용자가 의도했던 것보다 상당히 많거나 적게 작업을 진행했음을 의미한다. "우리가 이 연구를 통해 진행하려는 것 중의 하나는 이러한 기계적인 작업상의 변화(mechanical work change)를 제한하는 방법을 찾는 것이다. 사람과 인터페이스를 진행하는 어떠한 시스템도 우연한 오류는 있을 수 있다. 그렇지만, 우리는 이러한 오류를 효과적으로 무의미하게 만드는 방법을 찾기를 원하는 것"이라고 후앙(Huang) 박사는 말했다. ‘로봇 무릎 상부 보철장치의 자유의지 제어에 관한 운동모드 인식 오류 효과에 대한 연구’라는 제목의 이 연구결과는 신경시스템 및 재활 엔지니어링에 관한 [IEEE Transactions]에서 발표되었다. 이 논문에서는 조인트 바이오의학 엔지니어링 프로그램의 실험실 매니저인 밍 리우(Ming Liu)씨가 공동저자이다. control powered prosthetic limbs.jpg http://www.theengineer.co.uk/news/research-aims-for-improvements-in-powered-prosthetics/1019540.article