웨어러블 외골격 로봇(장치)은 걷기 속도를 높이거나 달리기를 더 쉽게 하는 것과 같은 다양한 용도로 작동하고 있다.

스탠퍼드(Stanford University) 바이오메카트로닉스 연구소(Stanford Biomechatronics Laboratory) 연구팀은 외골격이 얼마나 도움을 주는지에 있어 이상적인 훈련이 가장 중요한 역할을 한다는 것을 연구를 통해 증명했다.

웨어러블 외골격 로봇(이하, 외골격 또는 장치)을 어떻게 가장 효율적으로 사용해야 하는지를 밝히기 위해 스탠포드 인간중심 인공지능연구소(HAI, Stanford Institute for Human-Centered Artificial Intelligence)의 교수이자 바이오메카트로닉스 연구소(Biomechatronics Laboratory)의 책임자인 스티브 콜린스(Steve Collins)는 발목 외골격 에뮬레이터를 착용한 15명의 참가자를 대상으로 모니터링 했다.

이 사람들은 이전에 외골격을 사용한 적이 없었지만, 모두 훈련의 이점을 얻었지만 훈련 접근 방식은 매우 다른 결과를 낳았다. 가장 이상적인 훈련을 받은 참가자는 그냥 걷는 것보다 외골격의 도움을 받아 걷는 동안 에너지를 40% 덜 소비했다고 한다. 모든 참가자에 걸쳐 연구팀은 이상적인 훈련이 외골격이 제공하는 전체 이점의 약 절반에 기여한다고 밝혔다.

이 연구를 주도한 콜린스는 "외골격 경험은 슈퍼히어로의 스마트 갑옷을 입는 것보다 자전거를 타는 것과 같습니다" 라며, "일단 방법을 배우면 외골격을 착용하고 걷기만 하면 되지만 전문가(experts)가 되는 데는 시간이 좀 걸립니다"라고 말했다.

연구팀은 참가자들에 세 가지 주요 관점에 초점을 맞췄다.

사람들에게 단지 장치를 주고 오랫동안 걷게 함으로써 외골격을 사용할 수 있도록 훈련시킬 수 있을까? 그들을 다양한 외골격 기능에 접근시킨다면 연구팀이 사람들이 더 빨리 훈련할 수 있도록 도울 수 있을까? 그리고, 사람들이 완전히 훈련되면, 외골격에 대한 맞춤형 제어는 성과에 어떤 영향을 미치는가?

이를 위해 참가자들은 3개의 그룹으로 나뉘어 각각 5일간의 훈련을 진행했다.

한 그룹은 외골격 에뮬레이터(emulator)로부터 일반적인 도움을 받았고(과거 참가자들에게 도움을 준 것에 기초함), 다른 그룹은 연구 전반에 걸쳐 특정 요구에 맞게 장치를 지속적으로 최적화했으며, 세 번째 그룹은 매일 재설정되는 최적화를 진행했다.

예상대로 두 번째, 연속 최적화 그룹의 참가자들은 에너지 소비가 가장 많이 감소했으며 다양한 외골격 동작에 노출되었기 때문에 이러한 이점을 더 빨리 얻을 수 있었다.

이처럼 지속적인 최적화와 적당한 다양성에 대한 노출은 에너지 비용을 거의 40% 절감한 사람들이었다. 그리고 많은 참가자들은 외골격이 꺼진 채 걷기 전까지 얼마나 많은 도움을 주고 있는지조차 인식하지 못했다. 모든 테스트를 비교함으로써, 연구팀은 훈련이 이 개선의 약 절반에 작용하고 있으며 4분의 1이 맞춤화 때문이라고 밝혔다.

또 다른 놀라운 점은 참가자들이 에너지 소비가 정체되는 지점으로 정의한 '전문가'가 되기까지 얼마나 오랜 시간이 걸렸는지였다. 이것은 외골격 에뮬레이터에서 약 2시간이 걸렸으며, 이는 5마일(8Km) 걷기에 해당한다.

이 연구를 주도한 콜린스 교수는 “외골격 제품 사용자들이 기기를 사용하는 첫 주 동안 많은 훈련을 해야 합니다"라며, "하지만 사람들이 새로운 장치에 신체와 어떻게 반응하는지 이해하려면 긴 프로토콜이 필요합니다"라고 말했다.

이어 그는”이는 근육이 장치를 더 잘 활용하기 위해 적응하며, 강화되는 방식이다“라고 설명했다.

한편, 이번 연구는 로봇분야 최고 권위의 국제 학술지 사이언스 로보틱스(Science Robotics)에 '적응, 훈련 및 맞춤화가 외골격 지원의 이점에 어떻게 기여하는지(How adaptation, training, and customization contribute to benefits from exoskeleton assistance- 다운)'란 제목으로 지난달 29일 게재됐다. (아래는 관련 영상)